Un sistema de control y un procedimiento para controlar una turbina eólica.

Un sistema de control para controlar el funcionamiento de una turbina eólica (1) basándose en uno o más parámetros de control, comprendiendo el sistema de control:

• un primer dispositivo sensor

(6) dispuesto para medir un parámetro de control utilizado para controlar el funcionamiento de la turbina eólica, teniendo dicho primer dispositivo sensor un primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento,

• un segundo dispositivo sensor (7) dispuesto para medir dicho parámetro de control, teniendo dicho segundo dispositivo sensor un segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento, comprendiendo el primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento al menos una condición de fallo de funcionamiento que no forma parte del segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento, y

• un tercer dispositivo sensor dispuesto para detectar una condición de fallo de funcionamiento del primer dispositivo sensor y/o del segundo dispositivo sensor,

en el que el sistema de control está adaptado para seleccionar entre controlar el funcionamiento de la turbina eólica basándose en parámetros de control medidos por el primer dispositivo sensor o basándose en parámetros de control medidos por el segundo dispositivo sensor, basándose en mediciones llevadas a cabo por medio del tercer dispositivo sensor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/052662.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: ORMEL,FRANK, HENNINGSEN,KELD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS... > Disposiciones de seguridad (G05B 7/00 tiene prioridad;... > G05B9/03 (con un bucle de canal múltiple, es decir, sistemas de control redundantes)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/04 (Control automático; Regulación)

PDF original: ES-2524043_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Un sistema de control y un procedimiento para controlar una turbina eólica Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de control para controlar el funcionamiento de una turbina eólica y a un procedimiento para controlar el funcionamiento de una turbina eólica. Más concretamente, la presente invención se refiere a un sistema de control y un procedimiento que permite una medición y un uso correctos de un parámetro de control relevante dado durante un tiempo de funcionamiento prolongado de la turbina eólica.

La Invención se refiere además a una turbina eólica que se controla por medio de dicho sistema de control.

Antecedentes de la invención

Las turbinas eóllcas se controlan normalmente de acuerdo con una estrategia de control basada en uno o más parámetros de control medidos, tales como velocidad del viento, dirección del viento, etc. Por consiguiente, un sistema de control utilizado para controlar el funcionamiento de una turbina eólica se conecta normalmente a uno o más sensores, disponiéndose cada sensor para medir un parámetro de control específico. Sin embargo, la mayoría de los sensores se especifica que funcionen dentro de Intervalos de funcionamientos concretos, por ejemplo en términos de la temperatura, humedad, y algunos sensores fallan o realiza mediciones Incorrectas en el caso de que se forme hielo sobre el sensor. Por consiguiente, cada sensor define un conjunto de modos de fallo que especifican condiciones bajo las cuales el sensor es Incapaz de funcionar con fiabilidad.

En el caso de que la estrategia de control para accionar una turbina eólica se base en un parámetro de control medido por un sensor específico, y que ese sensor esté en un modo de fallo, entonces no es posible obtener un valor fiable para el parámetro de control hasta que las condiciones de funcionamiento hayan cambiado lo suficiente para garantizar que el sensor ya no está en modo de fallo. Mientras tanto no es posible controlar el funcionamiento de la turbina eólica basándose en ese parámetro de control especifico, y se debe utilizar en su lugar otra estrategia de control, posiblemente menos preferida. Esto es Indeseable ya que inadvertidamente esto conduce a que se utilicen estrategias de control distintas de la óptima, y por lo tanto a una producción de energía distinta de la óptima.

El documento GB 267247 da a conocer una turbina eólica que tiene sondas de presión incorporadas en partes de punta de las palas del rotor para determinar la energía eólica en el plano del rotor. Las indicaciones de las sondas de presión se utilizan en el funcionamiento normal de la turbina eólica. Un anemómetro se sitúa en la parte superior de la góndola y mide la velocidad del viento en la parte superior de la góndola. El anemómetro se utiliza para controlar fuera del intervalo de funcionamiento de la turbina, cuando la turbina está parada debido a la ausencia de viento o en caso de una tormenta. Sin embargo, las sondas de presión y el anemómetro no miden el mismo parámetro de control.

El documento DE 2 26 816 U1 da a conocer una central de energía eólica que está provista de un anemómetro ultrasónico y de otro anemómetro, por ejemplo un anemómetro de cazoletas, para medir velocidad del viento. En el caso de que la velocidad del viento medida por medio del anemómetro ultrasónico y la velocidad del viento medida por medio del otro anemómetro difieran entre sí en una cierta cantidad, se envía una señal de control al sistema de control con el fin de detener el funcionamiento de la central de energía eólica.

Descripción de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de control para controlar el funcionamiento de una turbina eólica de tal modo que se pueda utilizar una estrategia de control óptima durante un tiempo de funcionamiento prolongado en comparación con sistemas de control conocidos.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar un sistema de control para controlar el funcionamiento de una turbina eólica de tal modo que se pueda obtener una medición fiable de un parámetro de control relevante durante un número aumentado de condiciones de funcionamiento en comparación con sistemas de control conocidos.

Es aún otro objeto adicional de la invención proporcionar un procedimiento para controlar el funcionamiento de una turbina eólica de tal modo que la producción de energía aumente en comparación con procedimientos de control conocidos.

Es aún otro objeto adicional de la invención proporcionar una turbina eólica que se pueda controlar de acuerdo con una estrategia de control óptima durante un periodo de funcionamiento prolongado en comparación con turbinas eólicas conocidas.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, los objetos anteriores y otros se obtienen proporcionando un sistema de control para controlar el funcionamiento de una turbina eólica basándose en uno o más parámetros de control, comprendiendo el sistema de control:

- un primer dispositivo sensor dispuesto para medir un parámetro de control utilizado para controlar el

funcionamiento de la turbina eólica, teniendo dicho primer dispositivo sensor un primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento,

- un segundo dispositivo sensor dispuesto para medir dicho parámetro de control, teniendo dicho segundo dispositivo sensor un segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento, comprendiendo el primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento al menos una condición de fallo de funcionamiento que no forma parte del segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento, y

- un tercer dispositivo sensor dispuesto para detectar una condición de fallo de funcionamiento del primer dispositivo sensor y/o del segundo dispositivo sensor,

en el que el sistema de control está adaptado para seleccionar entre controlar el funcionamiento de la turbina eólica basándose en parámetros de control medidos por el primer dispositivo sensor o basándose en parámetros de control medidos por el segundo dispositivo sensor, basándose en mediciones llevadas a cabo por medio del tercer dispositivo sensor.

En el presente contexto, el término parámetro de control se debe interpretar con el significado de un parámetro medible que es relevante en relación al funcionamiento de la turbina eólica, por ejemplo con el fin de obtener una producción de energía óptima. Parámetros de control adecuados incluyen, aunque sin limitarse a, velocidad del viento, dirección del viento, diversas cargas, tales como cargas estructurales sobre las palas del rotor o la construcción de torre, etc. Así pues, el sistema de control utiliza uno o más parámetros de control medidos para controlar el funcionamiento de la turbina eólica, de tal modo que se obtiene un funcionamiento óptimo de la turbina eólica, por ejemplo en términos de la producción de energía, cargas estructurales, vibraciones, ruido, etc. El sistema de control recibe los valores del parámetro de control medido y, basándose en éstos, ajusta reglajes relevantes de la turbina eólica, tales como el ángulo de cabeceo de las palas del rotor, el ángulo de guiñada, las revoluciones por minuto del rotor, la carga del generador, etc.

El sistema de control comprende un primer dispositivo sensor y un segundo dispositivo sensor. Ambos de estos dispositivos sensores se disponen para medir un parámetro de control específico utilizado para controlar el funcionamiento de la turbina eólica. Así pues, el mismo parámetro de control se mide por dos dispositivos sensores diferentes.

El primer dispositivo sensor tiene un primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento, y el segundo dispositivo sensor tiene un segundo conjunto de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de control para controlar el funcionamiento de una turbina eólica (1) basándose en uno o más parámetros de control, comprendiendo el sistema de control:

un primer dispositivo sensor (6) dispuesto para medir un parámetro de control utilizado para controlar el funcionamiento de la turbina eólica, teniendo dicho primer dispositivo sensor un primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento,

un segundo dispositivo sensor (7) dispuesto para medir dicho parámetro de control, teniendo dicho segundo dispositivo sensor un segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento, comprendiendo el primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento al menos una condición de fallo de funcionamiento que no forma parte del segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento, y

un tercer dispositivo sensor dispuesto para detectar una condición de fallo de funcionamiento del primer dispositivo sensor y/o del segundo dispositivo sensor,

en el que el sistema de control está adaptado para seleccionar entre controlar el funcionamiento de la turbina eólica basándose en parámetros de control medidos por el primer dispositivo sensor o basándose en parámetros de control medidos por el segundo dispositivo sensor, basándose en mediciones llevadas a cabo por medio del tercer dispositivo sensor.

2. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento comprende al menos una condición de fallo de funcionamiento que no forma parte del primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento.

3. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el primer dispositivo sensor está adaptado para sustituir al segundo dispositivo sensor en caso de fallo del segundo dispositivo sensor.

4. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo dispositivo sensor está adaptado para sustituir al primer dispositivo sensor en caso de fallo del primer dispositivo sensor.

5. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento y el segundo conjunto de condiciones de fallo de funcionamiento no solapan.

6. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de control está adaptado para determinar la validez de la señal del primer sensor y/o la validez de la señal del segundo sensor.

7. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el sistema de control está adaptado para generar una señal de cambio de la estrategia de control en el caso en que se determine que la señal del primer sensor así como la señal del segundo sensor son inválidas, y/o en el caso en que se detecte una condición de fallo del primer dispositivo sensor así como para el segundo dispositivo sensor.

8. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el parámetro de control es la velocidad del viento.

9. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el primer dispositivo sensor es un

anemómetro de cazoletas y el segundo dispositivo sensor es un sensor de viento ultrasónico.

1. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el parámetro de control es la dirección del viento.

11. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer dispositivo sensor es una veleta y el segundo dispositivo sensor es un sensor de viento ultrasónico.

12. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el parámetro de control es una deflexión de o una carga sobre al menos una pala del rotor de la turbina eólica.

13. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el primer dispositivo sensor es uno o más

sensores de deformación eléctricos dispuestos en o sobre una o más palas del rotor, y el segundo dispositivo sensor es una o más fibras ópticas comprendiendo rejillas de Bragg de fibra dispuestas en o sobre una o más palas del rotor.

14. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el parámetro de control es un ángulo de cabeceo de una pala del rotor de la turbina eólica.

15. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el primer dispositivo sensor es un dispositivo de sistema de posicionamiento global (GPS) dispuesto en o sobre una pala del rotor.

16. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el parámetro de control es un ángulo de guiñada de la turbina eólica.

17. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el primer dispositivo sensor es un contador de guiñada y el segundo dispositivo sensor es un dispositivo de sistema de posicionamiento global (GPS) dispuesto en o sobre una pala del rotor.

18. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el parámetro de control es una velocidad de giro de un rotor de la turbina eólica.

19. Un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 18, en el que el primer dispositivo sensores un sensor de velocidad de giro y el segundo dispositivo sensor es un dispositivo de sistema de posicionamiento global (GPS) dispuesto en o sobre una pala del rotor.

2. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tercer dispositivo sensor es un sensor separado.

21. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-19, en el que el tercer dispositivo sensor forma parte del primer dispositivo sensor o del segundo dispositivo sensor.

22. Un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tercer dispositivo sensor está adaptado para detectar la humedad relativa del aire ambiental.

23. Una turbina eólica que comprende una construcción de torre, una góndola que aloja al menos un tren de accionamiento, un conjunto de palas del rotor y un sistema de control de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

24. Un procedimiento para controlar el funcionamiento de una turbina eólica (1), comprendiendo el procedimiento las etapas de:

medir un primer valor de un parámetro de control por medio de un primer dispositivo sensor (6),

medir de modo sustancialmente simultáneo un segundo valor de dicho parámetro de control por medio de un segundo dispositivo sensor (7),

medir un valor de un parámetro de condición de fallo indicativo de una condición de fallo de funcionamiento del primer dispositivo sensor y/o del segundo dispositivo sensor, por medio de un tercer dispositivo sensor,

y

controlar el funcionamiento de la turbina eólica basándose en dicho primer valor y en dicho segundo valor de dicho parámetro de control, y basándose en dicho valor de un parámetro de condición de fallo.

25. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, que comprende además la etapa de determinar la validez de la señal del primer sensor y/o la validez de la señal del segundo sensor, y en el que la etapa de controlar se basa además en el resultado de la etapa de determinación.

26. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25, en el que la etapa de controlar comprende descartar una señal del sensor en el caso en que se determine que la señal del sensor es inválida.

27. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 25 o 26, que comprende además la etapa de generar una señal de cambio de la estrategia de control en el caso en que se determine que la señal del primer sensor así como la señal del segundo sensor son Inválidas, causando así un cambio en la estrategia de control de funcionamiento para la turbina eólica.

28. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27, que comprende además la etapa de controlar la turbina eólica de acuerdo con una estrategia de control dependiente de la carga como respuesta a una señal de cambio de estrategia de control generada.

29. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 27 o 28, en el que la etapa de controlar comprende controlar principalmente el funcionamiento de la turbina eólica de acuerdo con una estrategia de control basada en uno o más parámetros de control medidos Incluyendo la velocidad del viento, comprendiendo la etapa de controlar además el control del funcionamiento de la turbina eólica de acuerdo con una estrategia de control basada en uno o más parámetros de control incluyendo una carga medida cuando se satisfacen ciertas condiciones.

3. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 24-29, en el que la etapa de medir un valor de un parámetro de condición de fallo comprende medir la humedad relativa del aire ambiental.