Sistema y procedimiento de control de una planta de energía eólica.

Un procedimiento de control de una turbina eólica (100) que comprende las etapas de:

medir un parámetro operativo de la turbina eólica;

determinar la desviación típica del parámetro operativo medido; y

seleccionar un valor operativo de referencia de modo que el valor operativo de referencia se mantenga un número predeterminado de desviaciones típicas alejado de un límite operativo; en el que el valor operativo de referencia comprende un valor de referencia de la velocidad del rotor/generador, y en el que el parámetro operativo medido comprende la velocidad del rotor/generador, y en el que el límite del valor de referencia comprende un límite de exceso de velocidad del rotor/generador.

Sistema y procedimiento de control de una planta de energía eólica La presente invención versa, en general, acerca de turbinas eólicas y, más en particular, acerca de procedimientos y aparatos para reducir la carga de forma eficiente en las turbinas eólicas.

Las turbinas eólicas vienen recibiendo, últimamente, mayor atención como fuente de energía alternativa medioambientalmente segura y relativamente económica. Con este creciente interés, se han realizado esfuerzos considerables por desarrollar turbinas eólicas que sean fiables y eficientes.

en general, una turbina eólica incluye un rotor dotado de múltiples palas. El rotor está montado dentro de un alojamiento o góndola, que está colocado encima de un armazón o una torre tubular. Las turbinas eólicas de tipo industrial (es decir, turbinas eólicas diseñadas para proporcionar energía eléctrica a una red de distribución de energía eléctrica) pueden tener grandes rotores (por ejemplo, de 80 metros de diámetro o más) . Las palas de estos rotores transforman la energía del viento en un par rotativo o fuerza que impulsa uno o más generadores, acoplados rotativamente al rotor a través de una caja de engranajes. Puede usarse la caja de engranajes para aumentar la velocidad de rotación inherentemente baja del rotor de la turbina para que el generador convierta eficientemente la energía mecánica en energía eléctrica, que es introducida en una red de distribución de energía eléctrica. Algunas turbinas utilizan generadores que pueden ser acoplados directamente al rotor sin usar una caja de engranajes.

El documento EP 1429025 da a conocer un aerogenerador de tipo barlovento y un procedimiento operativo para evitar daños a las palas en caso de un corte del suministro eléctrico.

El documento JP 2005/147047 expone un aerogenerador de eje horizontal y un procedimiento de control para reducir automáticamente la carga que actúa sobre un dispositivo de transmisión.

En la actualidad, la estrategia de control y el concepto de la seguridad paran la turbina eólica por encima de cierta velocidad del viento (velocidad de corte) . Esta estrategia evita las cargas dañinas que podrían ocurrir debido a la mayor turbulencia del viento. La desventaja de esta estrategia es la falta de captura de energía en la zona por encima de la velocidad de corte del viento. Además, un breve aumento en la velocidad del viento podría desencadenar la parada de una turbina, mientras que la recuperación hasta una producción normal de potencia puede llevar cierto tiempo. Del mismo modo, la incidencia de una turbulencia elevada a velocidades de viento nominales también aumentará la probabilidad de desencadenamiento de una parada de la turbina.

Brevemente, en un aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de control de una turbina eólica definido en la reivindicación 1, adjunta.

En otro aspecto de la invención, se proporciona una turbina eólica definida en la reivindicación 3, adjunta.

Diversos aspectos, características y ventajas de la presente invención serán mejor entendidos cuando la siguiente descripción detallada se lea con referencia a los dibujos adjuntos, en los que cifras homólogas representan partes semejantes en todos los dibujos, en los que:

La FIG. 1 es un dibujo de una configuración ejemplar de una turbina eólica. La FIG. 2 es una vista cortada en perspectiva de una góndola de la configuración ejemplar de la turbina eólica mostrada en la FIG. 1. La FIG. 3 es un diagrama de bloques de una configuración ejemplar de un sistema de control para la configuración de turbina eólica mostrada en la FIG. 1. La FIG. 4 es un histograma de la velocidad del generador en función del número de mediciones a dos velocidades medias diferentes del viento de 25 m/s y 28 m/s. La FIG. 5 es un gráfico de la velocidad normalizada del generador en función del tiempo. La FIG. 6 es un gráfico de la potencia eléctrica normalizada del generador en función del tiempo.

Los inventores hacen referencia ahora a los dibujos, en los que números de referencia idénticos denotan los mismos elementos en la totalidad de las diversas vistas.

Con referencia ahora a la FIG. 1, una turbina eólica 100, en algunas configuraciones, comprende una góndola 102 que aloja un generador (no mostrado en la FIG. 1) . Una góndola 102 está montada encima de una torre alta 104, solo una porción de la cual se muestra en la FIG. 1. La turbina eólica 100 también comprende un rotor 106 que incluye una pluralidad de palas 108 de rotor unidas a un cubo giratorio 110. Aunque la turbina eólica 100 ilustrada en la FIG. 1 incluye tres palas 108 de rotor, no hay ningún límite específico en cuanto al número de palas 108 de rotor requeridas por diversas realizaciones de la invención.

Con referencia ahora a la FIG. 2, diversos componentes están alojados en la góndola 102 encima de la torre 104 de la turbina eólica 100. La altura de la torre 104 se selecciona en función de factores y condiciones conocidos en la técnica. En algunas configuraciones, uno o más microcontroladores dentro del panel 112 de control que comprenden un sistema de control se usan para la monitorización y el control totales del sistema, incluyendo la regulación del paso y la velocidad, la aplicación del freno al eje de alta velocidad y a la guiñada, la aplicación del motor de guiñada y de bombeo y la monitorización de averías. En algunas configuraciones se usan arquitecturas de control alternativas distribuidas o centralizadas.

El sistema de control proporciona señales de control a una transmisión variable 114 del paso de las palas para controlar el paso de las palas 108 (no mostradas en la FIG. 2) que impulsan el cubo 110 como consecuencia del viento. En la realización ilustrada, el cubo 110 recibe tres palas 108, pero otras configuraciones pueden utilizar cualquier número de palas. Los pasos de las palas 108 son controlados individualmente por la transmisión 114 del paso de las palas. El cubo 110 y las palas 108 comprenden conjuntamente el rotor 106 de la turbina eólica.

La transmisión de la turbina eólica incluye un eje principal 116 de rotor (también denominado “eje de baja velocidad”) conectado al cubo 110 y una caja 118 de engranajes que, en algunas configuraciones, utiliza una geometría de doble recorrido para impulsar un eje de alta velocidad encerrado dentro de la caja 118 de engranajes. Se usa el eje de alta velocidad (no mostrado en la FIG. 2) para impulsar el generador 120. En algunas configuraciones, se transmite par de rotor por medio de un embrague 122. El generador 120 puede ser de cualquier tipo adecuado; por ejemplo, un generador de inducción de rotor devanado. En algunas configuraciones no se usa caja de engranajes y, en vez de ello, el eje 116 del rotor impulsa directamente el generador 120.

Con referencia ahora a la FIG. 3, un sistema 300 de control para la turbina eólica 100 incluye un bus 302 u otro dispositivo de comunicaciones para comunicar información. Hay acoplados al bus 302 uno o varios procesadores 304 para procesar información, incluyendo información procedente de sensores configurados para medir desplazamientos o momentos. El sistema 300 de control incluye, además, memoria 306 de acceso aleatorio (RAM) y/u otro (s) dispositivo (s) 308 de almacenamiento. La RAM 306 y el o los dispositivos 308 de almacenamiento están acoplados al bus 302 para almacenar y transferir información e instrucciones que han de ser ejecutadas por el o los procesadores 304. La RAM 306 (y también el o los dispositivos 308 de almacenamiento, si hace falta) también puede ser usada para almacenar variables temporales u otra información intermedia durante la ejecución de instrucciones por parte del procesador o de los procesadores 304. El sistema 300 de control también puede incluir memoria de solo lectura (ROM) y/u otro dispositivo 310 de almacenamiento estático que están acoplados al bus 302 para almacenar y proporcionar información e instrucciones estáticos (es decir, no cambiante) al procesador o a los procesadores 304. El o los dispositivos 312 de entrada/salida pueden incluir cualquier dispositivo conocido en la técnica para proporcionar datos de entrada al sistema 300 de control y para proporcionar salidas de control de la guiñada y de control del paso. Se proporcionan instrucciones a la memoria desde un dispositivo de almacenamiento, tal como un disco magnético, un circuito integrado de memoria de solo lectura (ROM) , un CD-ROM, un DVD, mediante una conexión remota que esté cableada o que sea inalámbrica que proporcione acceso a uno o más medios accesibles electrónicamente y similares. En algunas realizaciones puede usarse circuitería cableada en lugar de instrucciones de soporte lógico o en combinación... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de control de una turbina eólica (100) que comprende las etapas de:

medir un parámetro operativo de la turbina eólica; determinar la desviación típica del parámetro operativo medido; y

seleccionar un valor operativo de referencia de modo que el valor operativo de referencia se mantenga un número predeterminado de desviaciones típicas alejado de un límite operativo; en el que el valor operativo de referencia comprende un valor de referencia de la velocidad del rotor/generador, y en el que el parámetro operativo medido comprende la velocidad del rotor/generador, y en el que el límite del valor de referencia comprende un límite de exceso de velocidad del rotor/generador.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que la etapa de selección ocurre únicamente cuando la velocidad media del viento supera una velocidad predeterminada del viento.

3. Una turbina eólica (100) que comprende:

un rotor (106) dotado de una pluralidad de palas (108a, 108b, 108c) ; y un sistema (300) de control configurado para medir un parámetro operativo de la turbina eólica, en la que dicho sistema de control determina la desviación típica del parámetro operativo medido y selecciona un valor operativo de referencia de modo que el valor operativo de referencia se mantenga un número predeterminado de desviaciones típicas alejado de un límite operativo; en la que el valor operativo de referencia comprende un valor de referencia de la velocidad del rotor/generador, y en la que el parámetro operativo medido comprende la velocidad del rotor/generador, y

en la que el límite del valor de referencia comprende un límite de exceso de velocidad del rotor/generador.

4. La turbina eólica (100) de la reivindicación 3 en la que el valor operativo de referencia está seleccionado únicamente cuando la velocidad media del viento supera una velocidad predeterminada del viento.