La instalación de energía eólica comprende un rotor con al menos una pala de rotor,

un generador y un sistema de control de paso para controlar el paso de las palas de rotor, comprendiendo dicho sistema de control de paso al menos un motor (100) de CA dispuesto para ser alimentado por un convertidor (101). El sistema de control de paso comprende además medios (102) para evitar dicho convertidor (101) de modo que se conecta el motor (100) de CA para recibir energía desde una fuente de suministro de energía de CA de emergencia

Instalación de energía eólica y procedimiento de modificación del paso de pala en una instalación de energía eólica.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de los sistemas y dispositivos de energía eólica, y más específicamente al control del paso de las palas de una instalación de energía eólica o turbina eólica.

Estado de la técnica

Los sistemas e instalaciones de energía eólica incluyen uno o más generadores o turbinas de energía eólica dispuestos para producir energía eléctrica mediante rotación inducida por el viento. Esta energía eléctrica, generada por uno o más de estos generadores (por ejemplo, por varios generadores que forman parte de o constituyen una denominada "planta eólica"), se suministra a una red general o red para la distribución de la energía. Normalmente, un gran número de generadores de energía eléctrica están conectados a la misma red general, y normalmente también están conectados varios consumidores de energía a la red general.

Las figuras 1 y 2 ilustran esquemáticamente una instalación de energía eólica, que incluye una turbina 1 eólica con un rotor que tiene un buje 11 al que están fijadas las palas 12, estando dispuesto el rotor de modo que se hace rotar por el viento, produciendo así, en ocasiones a través de una caja de engranajes (no ilustrada), la correspondiente rotación de un generador 13 (es decir, de una parte de rotor de dicho generador, comprendiendo además dicho generador una parte de estator). El generador 13 produce una tensión de CA de salida y puede conectarse a un convertidor 14 eléctrico; actualmente, se conocen ampliamente numerosos diseños y disposiciones de convertidor diferentes en este campo y no es necesario comentarlos adicionalmente en la presente memoria; ejemplos de disposiciones de convertidor que pueden utilizarse dentro del alcance de la presente invención incluyen disposiciones de convertidor de energía total (como el dado a conocer en el documento US-A-5083039) y disposiciones de generador de inducción doblemente alimentado como los que utilizan convertidores de energía adosados (como el dado a conocer en el documento US-A-6137187), así como sistemas como el dado a conocer en el documento US-A-2003/0151259; el contenido de tales documentos se incorpora a la presente memoria por referencia.

La caja de engranajes, el generador 13 y el convertidor 14 eléctrico pueden disponerse todos dentro de un alojamiento o "góndola" 15, que normalmente está montada sobre una torre 16. Sin embargo, también son posibles otras disposiciones dentro del alcance de la presente invención.

El convertidor 14 eléctrico puede convertir la tensión de CA en la salida del generador 13 en una tensión de CC, que a continuación se convierte en una tensión (y corriente) de CA en un extremo en el lado de la red general del convertidor 14, que puede conectarse a la red general o red 4 para la distribución de la energía generada por la turbina eólica a los clientes. Esta conexión puede tener lugar a través de una línea 3 de suministro, que puede comprender (como se ilustra en la figura 1) componentes tales como una línea 31 de baja tensión, un transformador 32 y una línea 33 de alta tensión. En un sistema de convertidor total, toda la energía que va a la red general pasa a través del convertidor. En un sistema de generador de inducción doblemente alimentado, una parte de la energía pasa a través del convertidor y otra parte se suministra a la red general sin pasar a través del convertidor, por ejemplo mediante una conexión directa del estator a la red general, como se ilustra en, por ejemplo, las figuras 1 y 3 del documento US-A-2003/0151259. Todo esto es convencional y no se considera necesario describirlo con más detalle en la presente memoria.

Además, el sistema para la generación de energía eólica puede comprender un sistema de control general, que también puede estar total o parcialmente dispuesto dentro del alojamiento o "góndola" 15, aunque también puede ser externo al alojamiento. Tal como se ilustra en la figura 1, este sistema de control puede comprender un controlador 2 principal, dotado del software pertinente para el control global del sistema basándose en información previamente almacenada y en información proporcionada por diferentes detectores, por ejemplo, en información o instrucciones de un operador externo o software operativo. Este controlador 2 principal puede controlar el funcionamiento de un regulador 21 de paso, que se encarga de ajustar el paso de las palas 12 (el "paso" se denomina también en ocasiones como el "ángulo de pala") del rotor basándose en instrucciones recibidas desde el controlador principal y, por ejemplo, basándose en información recibida desde detectores 211 en el rotor y/o en las palas.

Además, puede haber un controlador 22 de energía que recibe entradas desde uno o más detectores 221 de corriente y detectores 222 de tensión.

El controlador 22 de energía puede hacer funcionar el convertidor 14 eléctrico de modo que se proporciona la energía de salida correcta (energía P activa y energía Q reactiva) hacia la red general, basándose en la información de corriente y tensión proporcionada por el respectivo detector 221 de corriente y detector 222 de tensión, y en una señal 223 de referencia de energía proporcionada por el controlador 2 principal.

Todo esto es convencional y no se considera necesario describirlo más detalladamente. Especialmente, la forma en que debería realizarse la regulación del paso y de la energía para proporcionar energía a la red según la demanda de energía, las normativas sobre redes y el viento disponible es ampliamente conocida, y se conocen diversos sistemas y procedimientos prácticos diferentes para dicho control de la técnica anterior (cf., por ejemplo, los documentos US-A-5083039, US-A-6137187 y US-A-2003/0151259 indicados anteriormente).

Las palas 12 del rotor se extienden radialmente desde el buje 11. Para controlar o regular, por ejemplo, la captación mecánica de energía eólica por el rotor y/o la velocidad angular del rotor, puede utilizarse el denominado "control de paso" indicado anteriormente. El control de paso se basa en el hecho de que el "paso" de las palas puede variarse, girando las palas alrededor de sus ejes longitudinales, por ejemplo, en correspondencia con un cojinete 17 de paso en el buje.

Lo que se ha comentado anteriormente se aplica tanto a numerosos sistemas de la técnica anterior como a numerosos sistemas dentro del alcance de la presente invención.

El documento WO-A-2007/098759 da a conocer un ejemplo de cómo puede controlarse el paso de una pala de rotor mediante un cojinete de paso.

Un aspecto importante del control de paso está relacionado con la necesidad de poder reducir la captación de energía eólica a un mínimo girando las palas de rotor alejándose del viento, de modo que la superficie eficaz de la pala sobre la que incide el viento se minimiza. Esto se conoce también como girar las palas a su posición de "paso en bandera". Se trata de algo importante, ya que permite una reducción de la carga sobre las palas y también ayuda a frenar/detener la turbina eólica en cualquier circunstancia, por ejemplo, en el caso de un fallo de la red general. Por tanto, llevar las palas a la posición de "paso en bandera" es una forma eficaz de reducir rápidamente la velocidad del rotor, y por motivos de seguridad el sistema de control de paso sustancialmente siempre debe poder llevar las palas a dicha posición de "paso en bandera". Esto suele ser un requisito de las entidades de certificación, que normalmente exigen que una instalación de energía eólica incluya al menos dos sistemas independientes para detener la turbina. Esto implica que un sistema de control de paso debe diseñarse para poder funcionar también en situaciones en las que se produce un problema, tal como un fallo de la red general.

Básicamente, hay dos sistemas diferentes para el control de paso de las palas de rotor, a saber, sistemas hidráulicos y sistemas eléctricos (también hay algunos sistemas "híbridos" que incluyen componentes hidráulicos y eléctricos).

Mientras que en los sistemas hidráulicos el paso se controla bombeando un fluido, en un sistema eléctrico se proporciona al menos un motor eléctrico denominado de paso en correspondencia con cada pala (por ejemplo, a menudo al menos un motor de paso independiente o individual para cada pala, aunque también sería posible utilizar un...

1. Instalación de energía eólica que comprende:

un rotor que comprende al menos una pala (12) de rotor conectada a un buje (11);

un generador (13), estando dispuesto dicho generador para ser accionado por el rotor de modo que se produzca energía eléctrica, pudiendo conectarse dicho generador a una red (4) general para distribuir la energía eléctrica generada por el generador;

un sistema de control de paso para controlar el paso de las palas de rotor, comprendiendo dicho sistema de control de paso, para cada pala (12) de rotor, un accionamiento (A, B, C) de paso que comprende al menos un motor (100) de CA dispuesto para interactuar con la correspondiente pala (12) de rotor para producir el movimiento de dicha pala de rotor alrededor de un eje longitudinal de dicha pala de rotor;

en la que cada uno de dichos al menos un motor (100) de CA está dispuesto para ser alimentado por un convertidor (101) del sistema de control de paso;

caracterizada porque

el sistema de control de paso comprende además medios (102) para evitar dicho convertidor (101) de modo que se conecta el correspondiente motor (100) de CA para recibir energía desde una fuente de suministro de energía de CA de emergencia.

2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es la red (4) general, por lo que el motor de CA se alimentará con corriente que tiene la frecuencia de la red general.

3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es un extremo de salida del generador (13), por lo que el motor de CA se alimentará con corriente que tiene la frecuencia del generador.

4. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es un sistema (5) de alimentación ininterrumpida.

5. Instalación de energía eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos medios para evitar el convertidor están dispuestos para conectar el motor (100) de CA para que se alimente sustancialmente de manera directa desde un sistema (103) de transferencia de energía góndola-buje dispuesto para suministrar energía a los componentes dentro del buje (11).

6. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia comprende un generador (6) adicional dispuesto en el buje (11) para producir energía de CA dentro del buje.

7. Instalación de energía eólica según la reivindicación 6, en la que dichos medios para evitar el convertidor están dispuestos para conectar el motor (100) de CA para que se alimente sustancialmente de manera directa desde dicho generador (6) adicional.

8. Instalación de energía eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho rotor comprende una pluralidad de dichas palas (12) de rotor, y en la que dicho al menos un motor (100) de CA comprende al menos un motor de CA independiente para cada una de dichas palas de rotor.

9. Procedimiento de modificación del paso de pala de al menos una pala de rotor en una instalación de energía eólica, comprendiendo dicha instalación de energía eólica:

un rotor que comprende al menos una pala (12) de rotor conectada a un buje (11);

un generador (13), estando dispuesto dicho generador para ser accionado por el rotor de modo que se produzca energía eléctrica, pudiendo conectarse dicho generador a una red (4) general para distribuir la energía eléctrica generada por el generador;

un sistema de control de paso para controlar el paso de las palas de rotor, comprendiendo dicho sistema de control de paso, para cada pala (12) de rotor, un accionamiento (A, B, C) de paso que comprende al menos un motor (100) de CA dispuesto para interactuar con la correspondiente pala (12) de rotor para producir el movimiento de dicha pala de rotor alrededor de un eje longitudinal de dicha pala de rotor;

en la que cada uno de dichos al menos un motor (100) de CA está dispuesto para ser alimentado por un convertidor (101) del sistema de control de paso;

caracterizado porque

el procedimiento comprende las etapas de, en el caso de al menos una condición predeterminada,

evitar al menos un convertidor (101) de modo que se conecta el al menos un motor (100) de CA para recibir energía desde una fuente de suministro de energía de CA de emergencia, y

modificar el paso de pala de al menos una pala (12) de rotor utilizando dicho al menos un motor (100) de CA que recibe energía desde dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es la red (4) general, por lo que el motor de CA se alimentará con corriente que tiene la frecuencia de la red general.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es un extremo de salida del generador (13), por lo que el motor de CA se alimentará con corriente que tiene la frecuencia del generador.

12. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es un sistema (5) de alimentación ininterrumpida.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que la etapa de evitar el convertidor comprende conectar el motor (100) de CA para que se alimente sustancialmente de manera directa desde un sistema (103) de transferencia de energía góndola-buje dispuesto para suministrar energía a los componentes dentro del buje (11).

14. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia comprende un generador (6) adicional dispuesto en el buje (11) para producir energía de CA dentro del buje.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que dicha etapa de evitar el convertidor comprende conectar el motor (100) de CA para que se alimente sustancialmente de manera directa desde dicho generador (6) adicional.