CONTROLADOR PARA SISTEMA DE GUIÑADA PARA UNA TURBINA EÓLICA Y MÉTODO PARA REDUCIR LAS CARGAS QUE ACTÚAN SOBRE TAL SISTEMA DE GUIÑADA.

Controlador para sistema de guiñada para una turbina eólica y método para reducir las cargas que actúan sobre tal sistema de guiñada Turbina eólica, controlador de sistema de guiñada y sistema de guiñada para una turbina eólica y método para reducir las cargas que actúan sobre tal sistema de guiñada La presente invención se refiere a un método para reducir el par motor que actúa sobre un sistema de guiñada de turbina eólica, en particular en al menos un accionamiento de guiñada, debido a momentos de guiñada que se inducen al sistema de guiñada mediante un rotor. Además, la invención se refiere a un controlador de sistema de guiñada y a un sistema de guiñada para una turbina eólica así como a una turbina eólica. Debido a la turbulencia y otras irregularidades de flujo, el rotor de turbina eólica experimenta grandes momentos de guiñada. Al intentar orientar el rotor al viento el sistema de guiñada de una turbina eólica tiene que superar estos grandes momentos de guiñada además a cualquier fricción en el cojinete de guiñada. Cuando se intenta retener el rotor en su posición correctamente orientada, el sistema de guiñada se expone a grandes cargas de oscilación. Los sistemas mecánicos para hacer que guiñe una turbina eólica generalmente consisten en un anillo de engranaje o similar que se fija habitualmente a la torre y en un sistema de accionamiento que se fija habitualmente al lado inferior, es decir la placa de asiento, de una góndola de la turbina eólica. El sistema de accionamiento normalmente consiste en un número de motores de engranaje que tienen un árbol de salida con un piñón que se engrana con el anillo de engranaje. Los motores son normalmente motores eléctricos pero también pueden ser motores hidráulicos. El sistema de accionamiento de guiñada puede diseñarse para accionar el movimiento de guiñada de la góndola en todas las condiciones. Sin embargo, en turbina eólicas grandes esto significa que el sistema de accionamiento de guiñada tiene que ser de dimensiones muy sustanciales puesto que los remolinos de turbulencia u otras irregularidades de flujo pueden dar lugar algunas veces a momentos de guiñada muy grandes en el rotor de turbina y por tanto la góndola. Por tanto, en las turbinas eólicas modernas el sistema de accionamiento de guiñada se diseña habitualmente para proporcionar un momento de guiñada que sea adecuado en todas las condiciones de funcionamiento habituales, y se acepta que remolinos de turbulencia que se producen ocasionalmente u otras irregularidades de flujo provoquen que los momentos de guiñada en el rotor de turbina excedan la capacidad del sistema de accionamiento de guiñada durante periodos cortos de tiempo. En tales situaciones el sistema de accionamiento de guiñada no puede llevar a cabo la guiñada en una dirección deseada e incluso puede forzarse hacia atrás en el sentido opuesto. Incluso aunque se acepte que un sistema de accionamiento de guiñada no se diseñe para los peores casos, tal sistema tiende a ser grande, pesado y caro. Cuando se ha orientado la turbina al viento, los momentos de guiñada grandes que se producen en el rotor de turbina eólica tenderán a mover el rotor fuera de la alineación con el viento. Tal movimiento puede tener la naturaleza de un movimiento de balanceo u oscilación que gradualmente aumenta la desalineación entre el árbol de rotor y la dirección de viento. También puede ser de una dirección más unilateral en cuyo caso el sistema de guiñada puede deslizarse rápidamente a un lado. En el pasado se impedían tales desalineaciones graduales o repentinas usando sistemas de accionamiento de guiñada con frenos incorporados que o bien frenan de manera pasiva el sistema de guiñada, por ejemplo al autobloquear engranajes de tornillo sin fin o frenos de fricción tensados por resorte, o bien frenan de manera activa el sistema de engranajes en forma de frenos de fricción hidráulicos o electromagnéticos o en forma de frenos de motor hidráulicos o electromagnéticos. Sin embargo, estas disposiciones provocan dos dificultades. En primer lugar, el inevitable juego en el engranaje entre el anillo engranado fijado a la torre y los piñones de los accionamientos de guiñada puede provocar un movimiento de oscilación y conducir a un martilleo del acoplamiento de engranaje que es perjudicial para las partes engranadas. En segundo lugar, los accionamientos de guiñada tendrán que diseñarse para absorber los picos de momento de guiñada más altos. Se han propuesto diversos sistemas de freno. Puede observarse un ejemplo en la solicitud de patente japonesa JP- A-08082277 que da a conocer un freno hidráulico unido al bastidor de la góndola que actúa sobre un disco unido a la torre. Se describen ejemplos adicionales en los documentos US 4.966.525 y US 5.035.575 en los que se usan dos accionamientos de guiñada. Cuando el árbol de rotor está alineado con el viento y se desea que el sistema de guiñada sea estacionario, los dos accionamientos actúan sobre el sentido rotacional opuesto, bloqueando así el sistema de guiñada hasta una determinada capacidad bien definida que se determina por la disposición de accionamiento eléctrico. Cuando se desea una guiñada, los dos accionamientos de guiñada actúan sobre el mismo sentido. La patente europea EP 0 945 613 B1 da a conocer un sistema de guiñada en el que el bastidor de máquina en la góndola rota sobre un cojinete de bolas en relación con la torre. Incluye un sistema de frenado pasivo continuo que 2   impide que el motor se fuerce para funcionar debido a pequeñas ráfagas de viento. Con este fin, comprende placas de fricción en el bastidor que se empujan contra un anillo de soporte en la torre sobre el que rota el bastidor por medio de resortes. Estas placas pueden colocarse en la banda superior o en la banda inferior del anillo, o en una dirección radial sobre una superficie cilíndrica unida a la torre. La fuerza de frenado es pasiva, es decir se ajusta durante el ensamblaje de la góndola, y el frenado funciona siempre ya sea contra las pequeñas ráfagas de viento o contra el movimiento deseado de la orientación del rotor. También se describen dispositivos de frenado de disco accionados eléctricamente en el documento EP 0 945 613 B1. Caselitz P. et al., Reduction of fatigue loads on wind energy converters by advanced control methods, European Wind Energy Conference, octubre de 1997 (1997-10), páginas 555-558, describe la reducción de cargas de fatiga en convertidores de energía eólica mediante métodos de control avanzado. Un ejemplo de tal método de control avanzado es una compensación del momento de guiñada e inclinación mediante un control de paletas individual. La compensación de los momentos de guiñada e inclinación medidos se lleva a cabo por señales de control de paso periódicas individuales que se añaden a la demanda de paso colectiva del controlador de potencia del convertidor de energía eólica. Bossanyi E.A.: Individual blade pitch control for load reduction, Wind Energy, Wiley, Chichester, GB, vol. 6, 8 octubre de 2002, páginas 119-128, da a conocer un control de paso de paleta individual para la reducción de carga basándose en mediciones de carga. Con respecto al estado de la técnica mencionado, es un objetivo de la presente invención proporcionar un método para reducir las cargas que actúan sobre un sistema de guiñada de turbina eólica debido a momentos de guiñada que se inducen al sistema de guiñada mediante un rotor. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un controlador de sistema de guiñada mejorado y un sistema de guiñada para una turbina eólica. Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar una turbina eólica mejorada. El primer objetivo se resuelve mediante un método de reducción de las cargas que actúan sobre al menos un accionamiento de guiñada de un sistema de guiñada de turbina eólica debido a momentos de guiñada que se inducen al sistema de guiñada mediante un rotor según la reivindicación 1. El objetivo adicional se resuelve mediante un sistema de guiñada para una turbina eólica según la reivindicación 15 y la reivindicación 21. Otro objetivo adicional se resuelve mediante una turbina eólica según la reivindicación 26. Las reivindicaciones dependientes contienen desarrollos adicionales de la invención. La invención proporciona un método para reducir las cargas que actúan sobre un sistema de guiñada de turbina eólica en particular en al menos un accionamiento de guiñada del sistema de guiñada de turbina eólica, debido a momentos de guiñada que se inducen al sistema de guiñada mediante un rotor que comprende al menos una paleta de rotor con un sistema de control de paso. En el método, el momento de guiñada inducido al sistema de guiñada por el rotor se determina a partir de un sistema de guiñada observable... [Seguir leyendo]

1. Método para reducir las cargas que actúan sobre un sistema (19, 119, 219) de guiñada de turbina eólica debido a momentos de guiñada que se inducen al sistema (19, 119, 219) de guiñada mediante un rotor que comprende al menos una paleta de rotor con un sistema de control de paso, en el que se determina el momento de guiñada inducido al sistema (19, 119, 219) de guiñada por el rotor y el paso de la al menos una paleta de rotor se configura basándose en el momento de guiñada detectado de manera que se reduzca el momento de guiñada determinado, caracterizado porque el momento de guiñada se determina a partir de un sistema de guiñada observable. 2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de guiñada se mantiene alineado al proporcionar pares motores mediante al menos dos accionamientos de guiñada en los que los pares motores actúan sobre sentidos opuestos, y se determina el momento de guiñada inducido al sistema de guiñada determinando la diferencia entre los pares motores proporcionados por los accionamientos de guiñada con el fin de mantener el sistema de guiñada alineado. 3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque los dos o más accionamientos de guiñada son accionamientos eléctricos y los pares motores proporcionados por los accionamientos de guiñada se determinan a partir de la potencia eléctrica que necesitan los accionamientos de guiñada para proporcionar los pares motores. 4. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque los dos o más accionamientos de guiñada son accionamientos hidráulicos dotados cada uno de una entrada de fluido hidráulico y una salida de fluido hidráulico y se determinan los pares motores proporcionados por los accionamientos de guiñada determinando para cada accionamiento de guiñada la diferencia en la presión hidráulica en la entrada de fluido hidráulico con respecto a la presión hidráulica en la salida de fluido hidráulico que necesita el accionamiento de guiñada respectivo para proporcionar el par motor respectivo. 5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un accionamiento (16, 116) de guiñada proporciona un par motor de retención para mantener el sistema de guiñada alineado y se determina el momento de guiñada inducido al sistema de guiñada a partir del par motor de retención que es necesario para mantener el sistema de guiñada alineado. 6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque el al menos un accionamiento de guiñada es un accionamiento (16) eléctrico y el par motor de retención proporcionado por el al menos un accionamiento de guiñada se determina a partir de la potencia eléctrica que necesita el accionamiento (16) de guiñada para proporcionar el par motor de retención. 7. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque el al menos un accionamiento de guiñada es un accionamiento (116) hidráulico dotado de una entrada (139) de fluido hidráulico y una salida (141) de fluido hidráulico y el par motor de retención proporcionado por el al menos un accionamiento (116) de guiñada se determina a partir de la diferencia en la presión hidráulica en la entrada (139) de fluido hidráulico con respecto a la presión hidráulica en la salida (141) de fluido hidráulico que necesita el accionamiento (116) de guiñada para proporcionar el par motor de   retención. 8. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de guiñada se mantiene alineado al proporcionar una fricción de retención y se determina el momento de guiñada inducido al sistema de guiñada determinando la fricción de retención que es necesaria para mantener el sistema de guiñada alineado. 9. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque la fricción de retención se proporciona por un freno (216) de fricción electromagnético y la fricción de retención proporcionada por el freno (216) de fricción electromagnético se determina a partir de la potencia eléctrica que necesita el freno (216) de fricción electromagnético para proporcionar la fricción de retención. 10. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque la fricción de retención se proporciona por un freno de fricción hidráulico y la fricción de retención proporcionada por el freno de fricción hidráulico se determina a partir de la presión hidráulica que necesita el freno de fricción hidráulico para proporcionar la fricción de retención. 11. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el accionamiento de guiñada proporciona un par motor de retención constante o un freno de fricción proporciona una fricción de retención constante y se determina el momento de guiñada inducido al sistema de guiñada determinando un cambio en el ángulo de guiñada o la velocidad de guiñada mientras el par motor de retención constante se proporciona por el accionamiento de guiñada o la fricción de retención constante se proporciona por el freno de fricción, respectivamente. 12. Controlador de sistema de guiñada para una turbina eólica que comprende un rotor con al menos una paleta de rotor y un accionamiento de paso para configurar el paso de la al menos una paleta de rotor, un controlador (11, 111) de paso y un sistema (19, 119, 219) de guiñada con al menos un accionamiento (16, 116) de guiñada, comprendiendo el controlador de sistema de guiñada: un controlador (9, 109) de carga de accionamiento de guiñada que comprende una entrada de señal de error para recibir una señal de entrada de error y una salida de controlador de carga de accionamiento de guiñada, en el que la señal de entrada de error representa un momento de guiñada inducido al sistema (19, 119, 219) de guiñada por el rotor, estando adaptado el controlador (9, 109) de carga de accionamiento de guiñada para determinar y emitir una señal de paso horizontal a través de la salida de controlador de carga de accionamiento de guiñada al controlador (11, 111) de paso de una turbina eólica, en el que la señal de paso horizontal se basa en la señal de entrada de error y representa un paso que ha de configurarse por el accionamiento de paso para reducir un momento de guiñada inducido al sistema de guiñada por el rotor, caracterizado porque comprende además medios para derivar la señal de error a partir de un sistema de guiñada observable. 13. Controlador de sistema de guiñada según la reivindicación 12, en el que los medios para derivar la señal de error comprenden: - un controlador (7) de accionamiento de guiñada que está adaptado para determinar y emitir una señal de par motor de accionamiento que representa un par motor que ha de proporcionarse por el accionamiento de guiñada, - el controlador de accionamiento de guiñada que comprende un controlador (13) de velocidad de guiñada que comprende una salida de controlador de velocidad de guiñada y que está adaptado para determinar y emitir una señal de referencia de par motor a través de la salida de controlador de velocidad de guiñada, - el controlador de accionamiento de guiñada que comprende además un controlador (15) de par motor de guiñada que se conecta a la salida de controlador (13) de velocidad de guiñada para recibir la señal de 11   referencia de par motor y que está adaptado para determinar dicha señal de par motor de accionamiento basándose en dicha señal de referencia de par motor, y en el que la entrada de señal de error del controlador (9, 109) de carga de accionamiento de guiñada está conectada a la salida de controlador de velocidad de guiñada para recibir la señal de referencia de par motor como la señal de entrada de error. 14. Controlador de sistema de guiñada según la reivindicación 12, en el que los medios para derivar la señal de error comprenden: - un controlador (207) de freno de fricción para controlar la fricción proporcionada por un freno (216) de fricción de un sistema (219) de guiñada con una salida de controlador de freno de fricción, estando adaptado el controlador (207) de freno de fricción para determinar y emitir una señal de fricción a través de la salida de controlador de freno de fricción a un freno (216) de fricción, representando la señal de fricción una fricción que ha de proporcionarse por el freno (216) de fricción, - y en el que la entrada de señal de error del controlador (9) de carga de accionamiento de guiñada está conectada a la salida de controlador de freno de fricción para recibir la señal de fricción como la señal de entrada de error. 15. Controlador de sistema de guiñada según la reivindicación 12, en el que la entrada de señal de error del controlador (9, 109) de carga de accionamiento de guiñada está adaptada para recibir una señal de velocidad de guiñada desde un detector de velocidad de guiñada del sistema (19, 119) de guiñada como la señal de entrada de error. 16. Controlador de sistema de guiñada según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que el controlador (19, 119) de carga de accionamiento de guiñada comprende un controlador PI. 17. Sistema de guiñada de turbina eólica que comprende al menos un accionamiento (16, 116) de guiñada y un controlador de accionamiento de guiñada según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16. 18. Sistema de guiñada de turbina eólica según la reivindicación 17, en el que el al menos un accionamiento (16, 116) de guiñada es un accionamiento (16) eléctrico o un accionamiento (116) hidráulico. 19. Sistema de guiñada de turbina eólica según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, que comprende además al menos un freno (216) de fricción. 20. Sistema de guiñada de turbina eólica según la reivindicación 19, en el que el al menos un freno (216) de fricción es un freno de fricción electromagnético o un freno de fricción hidráulico. 21. Sistema de guiñada de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, que comprende además al menos un sensor (220) de velocidad de guiñada. 22. Turbina eólica que comprende: - un rotor con al menos una paleta de rotor y un accionamiento de paso para configurar el paso de la al menos una paleta de rotor; - un controlador (11, 111) de paso; - y un sistema de guiñada según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, en el que el controlador (11, 111) de paso está conectado a la salida de controlador de carga de accionamiento de guiñada para recibir la señal de paso horizontal. 23. Turbina eólica según la reivindicación 22, en la que el controlador (111) de paso está conectado además a un dispositivo de determinación de carga de rotor para recibir una señal de carga de rotor que representa la carga que actúa sobre el rotor y en la que el controlador (111) de paso está adaptado para controlar el paso de la al menos una paleta de rotor basándose en la señal de paso horizontal y la señal de carga de rotor. 12   13   14     16   17   18