Un método para eliminar el impacto de los retrocesos en la multiplicadora de un aerogenerador que comprende un tren de potencia accionando uno o más generadores eléctricos (23,

31) que proporcionan potencia a una red eléctrica (11), según el cual, en eventos que pueden crear una inversión de carga en la multiplicadora (17), se activa una carga de reserva (5) del tren de potencia para asegurar que el par de rotación del tren de potencia tiene una dirección constante, evitando el impacto de retrocesos en la multiplicadora (17), consistiendo dicha carga de reserva (5) en potencia absorbida por uno o más medios elegidos entre medios dedicados específicamente a la absorción de dicha carga de reserva (5) y medios presentes en el aerogenerador para otras finalidades. La invención también se refiere a un aerogenerador para implementar dicho método

Un método para eliminar el impacto de los retrocesos en la multiplicadora de un aerogenerador.

Campo de la invención

La invención se refiere a un método para eliminar el impacto de los retrocesos en la multiplicadora de un aerogenerador y a un aerogenerador con medios para implementar dicho método.

Antecedentes

Las multiplicadoras de los aerogeneradores necesitan tener cierta holgura entre sus componentes para distintas finalidades como evitar interferencias y excesiva generación de calor, asegurar una buena lubricación o compensar tolerancias de fabricación. Cuando se produce una inversión de la carga, esas holguras causan que el eje de salida gire un cierto ángulo aunque el eje de entrada no esté rotando. El valor del "ángulo de rotación con carga cero" del eje recibe el nombre de un retroceso rotacional de la multiplicadora.

Si el par de rotación del eje principal en la multiplicadora es cero, entonces las fuerzas actuantes en los engranajes de la multiplicadora tendrán un valor de aproximadamente cero. No habrá pues tensión en el tren de potencia y habrá un cierto retroceso.

Si el par de rotación del eje principal en la multiplicadora se incrementa por encima de aproximadamente cero, entonces las fuerzas actuantes en los engranajes de la multiplicadora actuarán solamente en una dirección, el tren de potencia estará alineado y su tensión aumentará.

Si el par de rotación del eje principal en la multiplicadora se reduce por debajo de aproximadamente cero, entonces las fuerzas actuantes en los engranajes de la multiplicadora actuarán solamente en una dirección, pero ahora en una dirección opuesta, el tren de potencia estará alineado y su tensión aumentará.

En los aerogeneradores es conocido que los impactos dinámicos causados por inversiones de carga periódicas, es decir, fenómenos de retroceso, se propagan por todo el tren de potencia y pueden ser amplificados a causa de las excitaciones introducidas por las variaciones del par de rotación del rotor y del par de rotación del generador pudiendo causar el colapso del tren de potencia del aerogenerador.

A causa de las variaciones del par de rotación del rotor y del par de rotación del generador, el tren de potencia se excita dinámicamente produciendo una pretensión variable permanentemente. En ciertos estados la pretensión del tren de potencia se pierde totalmente o incluso se invierte. La inversión de la pretensión produce retrocesos que pueden amplificarse a causa de las excitaciones introducidas por las variaciones del par de rotación del rotor y del par de rotación del generador.

Otro inconveniente de dichos retrocesos es que son una fuente importante de ruido.

El solicitante no conoce técnica anterior específicamente dirigida a la resolución de los problemas planteados por dichos retrocesos en los aerogeneradores. Existe ciertamente técnica anterior que enseña el uso de medios de control del par de rotación del generador y medios de regulación de paso de las palas para reducir las cargas del tren de potencia en estados normales de operación y también técnica anterior que enseña el uso de dispositivos limitadores del par de rotación en condiciones especiales del viento como en los casos de ráfagas, pero no se conoce técnica anterior orientada a evitar situaciones anormales en las que el valor del par de rotación es errático y de dirección cambiante con consecuencias potenciales indeseables, incluyendo la producción de ruido.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de operación de un aerogenerador para eliminar el impactos de los retrocesos en la multiplicadora.

Este y otros objetos se consiguen proporcionando un método de operación de un aerogenerador que comprende un tren de potencia accionando uno o más generadores eléctricos que proporcionan potencia a una red eléctrica, incluyendo dicho tren de potencia un buje de rotor, con una o más palas acopladas, un eje principal, una multiplicadora y ejes de conexión con dichos uno o más generadores eléctricos según el cual, en eventos que pueden crear una inversión de carga en la multiplicadora, se activa una carga de reserva del tren de potencia para asegurar que el par de rotación del tren de potencia tiene una dirección constante, consistiendo dicha carga de reserva en energía absorbida por uno o más medios elegidos entre medios dedicados específicamente a la absorción de dicha carga de reserva y medios presentes en el aerogenerador para otras finalidades.

Una ventaja de este método es que sí la multiplicadora contiene una o más etapas planetarias resulta ventajoso mantener una dirección constante de la tensión ya que entonces el posicionamiento del piñón solar se corresponde con una condición operativa normal lo que mejora la duración de la multiplicadora y permite diseños optimizados de la misma. Para otro tipo de configuraciones de etapas de la multiplicadora, como las de ejes paralelos y especialmente, las helicoidales, la ventaja no radica solo en la reducción de la fatiga de los dientes, sino también en la reducción de las variaciones de las fuerzas axiales sobre los cojinetes, ya que esas fuerzas axiales son generadas por cambios del par de rotación en la etapa helicoidal.

Otra ventaja de este método es que la emisión acústica será menor ya que no se emitirá ningún sonido producido por el traqueteo derivado del retroceso.

En una realización de este invención la carga de reserva se activa en el evento de una puesta en marcha del aerogenerador evitando inversiones de carga en el tren de potencia durante esta operación.

En otra realización de esta invención, la carga de reserva se activa en el evento de una desconexión del aerogenerador de la red, facilitando un procedimiento de desconexión correcto.

En otras realizaciones de esta invención, la carga de reserva se activa en diferentes eventos en los que el estado operacional del aerogenerador es un estado transitorio facilitando que el aerogenerador puede seguir funcionando durante el mismo y consecuentemente aumentando la producción de energía.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador para implementar el método descrito anteriormente.

Este y otros objetos se consiguen con un aerogenerador que comprende un tren de potencia accionando uno o más generadores eléctricos que proporcionan potencia a una red eléctrica, incluyendo dicho tren de potencia un buje de rotor, con una o más palas acopladas, un eje principal, una multiplicadora y ejes de conexión con dichos uno o más generadores eléctricos, que también comprende medios de absorción de energía para generar una carga de reserva del tren de potencia que se usa para asegurar que el par de rotación del tren de potencia tiene una dirección constante, evitando el impacto de retrocesos en la multiplicadora, siendo dichos medios de absorción de energía ó bien medios dedicados específicamente a la absorción de dicha carga de reserva ó bien medios presentes en el aerogenerador para otras finalidades.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra el método de esta invención en dos eventos: la puesta en marcha del aerogenerador y una situación de poco viento.

La Figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra el método de esta invención en el evento de un cambio de la conexión del generador a la red de una conexión estrella a una conexión triángulo ó viceversa.

La Figura 3 es un diagrama de bloques de un aerogenerador para implementar el método de esta invención con un convertidor doblemente alimentado.

La Figura 4 es un diagrama de bloques de un aerogenerador para implementar el método de esta invención con un convertidor completo.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La Figura 1 (Tiempo T en el eje x, Par de Rotación L del Tren de Potencia en el eje y) muestra una evolución típica de la carga 3 en la multiplicadora de un aerogenerador en dos eventos que pueden presentar problemas de retrocesos: la puesta en marcha del aerogenerador, que tiene lugar desde el tipo T0 hasta el tiempo T1 y una situación...

1. Método de operación de un aerogenerador que comprende un tren de potencia accionando uno o más generadores eléctricos (23, 31) que proporcionan potencia a una red eléctrica (11), incluyendo dicho tren de potencia un buje de rotor (13), con una o más palas acopladas, un eje principal (15), una multiplicadora (17) y ejes de conexión (19) con dichos uno o más generadores eléctricos, caracterizado porque, en eventos que pueden crear una inversión de carga en la multiplicadora (17), se activa una carga de reserva (5) del tren de potencia para asegurar que el par de rotación del tren de potencia tiene una dirección constante, evitando el impacto de retrocesos en la multiplicadora (17), consistiendo dicha carga de reserva (5) en potencia absorbida por uno o más medios elegidos entre medios dedicados específicamente a la absorción de dicha carga de reserva (5) y medios presentes en el aerogenerador para otras finalidades.

2. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos eventos es la puesta en marcha del aerogenerador y porque dicha carga de reserva (5) es activada al inicio de la puesta en marcha y es desactivada cuando el par de rotación del tren de potencia está por encima de un valor predeterminado L2.

3. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos eventos es una situación de poco viento y porque dicha carga de reserva (5) es activada cuando el par de rotación del tren de potencia está por debajo de un valor predeterminado L1 y es desactivada cuando el par de rotación del tren de potencia está por encima de un valor predeterminado L2.

4. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos eventos es un cambio de estado del acoplamiento del generador a la red y porque dicha carga de reserva (5) es activada cuando el par de rotación del tren de potencia está por debajo de un valor predeterminado L1 y es desactivada cuando el par de rotación del tren de potencia está por encima de un valor predeterminado L2.

5. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 4, caracterizado porque adicionalmente o en sustitución del uso de dicha carga de reserva (5), se lleva a cabo una aceleración del rotor (13) justo antes de que el valor del par de rotación del tren de potencia sea cero.

6. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos eventos es cualquier evento en el que el estado operacional del aerogenerador sea un estado transitorio debido a un fallo de la red ó a un fallo del aerogenerador y porque dicha carga de reserva (5) es activada cuando el par de rotación del tren de potencia está por debajo de un valor predeterminado L1 y es desactivada cuando el par de rotación del tren de potencia está por encima de un valor predeterminado L2.

7. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de dichos eventos es una desconexión del generador (23, 31) de la red (11) y porque dicha carga de reserva (5) es activada cuando el par de rotación del tren de potencia está por debajo de un valor predeterminado L1.

8. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 7, caracterizado porque en el evento de una desconexión de la red (11) con una alta velocidad de viento, adicionalmente a la activación de la carga de reserva (5), se mantiene la velocidad del rotor (13) por encima de un valor predeterminado R1.

9. Aerogenerador para implementar un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-8 que comprende un tren de potencia accionando uno o más generadores eléctricos (23, 31) que proporcionan potencia a una red eléctrica (11), incluyendo dicho tren de potencia un buje de rotor (13), con una o más palas acopladas, un eje principal (15), una multiplicadora (17) y ejes de conexión (19) con dichos uno o más generadores eléctricos, caracterizado porque también comprende medios de absorción de potencia para generar una carga de reserva (5) del tren de potencia que se usa para asegurar que el par de rotación del tren de potencia tiene una dirección constante, evitando el impacto de retrocesos en la multiplicadora, siendo dichos medios de absorción de potencia ó bien medios dedicados específicamente a la absorción de dicha carga de reserva (5) ó bien medios presentes en el aerogenerador para otras finalidades.

10. Aerogenerador según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos medios de absorción de potencia incluyen uno o más de los siguientes:

- cualquier medio apropiado para transferir dicha potencia a un dispositivo de almacenamiento;

- el freno del aerogenerador, una bomba del aerogenerador, un ventilador del aerogenerador;

- una resistencia conectada al generador.

11. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizado porque dichos uno o más generadores eléctricos son generadores de inducción de rotor bobinado (23) conectados a la red (11) a través de un convertidor (29) basado en IGBT's y control electrónico PWM y porque dichos medios de absorción de potencia incluyen uno o más de los siguientes:

- una configuración del generador (23) que produce potencia adicional cuando el generador (23) está conectado a la red (11);

- una resistencia conectada al convertidor (29) o al generador (23);

- un circuito paralelo conectado al generador (23), cuando el generador (23) no está conectado a la red (11).

12. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizado porque dichos uno o más generadores eléctricos son generadores síncronos (31) conectados a la red (11) a través una unidad convertidora completa (37) y porque dichos medios de absorción de potencia incluyen uno o más de los siguientes:

- una configuración del convertidor (37) que produce potencia adicional o pérdidas adicionales en el generador (31) cuando el generador (23) está conectado a la red (11);

- una resistencia conectada al generador (31) cuando el generador (31) no está conectado a la red.