Procedimiento para el control/la regulación del par y del ángulo de paso de un aerogenerador en función de la velocidad de giro según una curva característica,

en la que

- en el funcionamiento a carga parcial se lleva a cabo en una primera sección (10) una regulación del par hasta una primera velocidad de giro predeterminada (n1),

- en el funcionamiento a carga parcial se lleva a cabo en una segunda sección (20) una regulación del par desde la primera velocidad de giro (n1) hasta una segunda velocidad de giro (n2),

- en el funcionamiento a plena carga se lleva a cabo en una tercera sección (22) un ajuste al menos de un ángulo de paso de una pala del rotor para velocidades de giro mayores que la segunda velocidad de giro (n2),

y caracterizado porque

- en el funcionamiento a plena carga se lleva a cabo en una cuarta sección (24) un ajuste del ángulo de paso para velocidades de giro menores que la segunda velocidad de giro (n2) y mayores que la tercera velocidad de giro (n3) si previamente se ha llevado a cabo un control según la tercera sección (22) y el ángulo de paso de las palas del rotor supera un valor mínimo predeterminado en el funcionamiento a plena carga, y

- en el funcionamiento a carga parcial se lleva a cabo en una quinta sección (26) una regulación del par para velocidades de giro menores que la tercera velocidad de giro (n3) si previamente se ha llevado a cabo un control según la cuarta sección (24).

Procedimiento para el control del par y del ángulo de paso de un aerogenerador en función de la velocidad de giro.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el control/la regulación del par y del ángulo de paso de un aerogenerador en función de la velocidad de giro. El procedimiento sirve para determinar un valor nominal óptimo del par del generador en función de la velocidad de giro para un aerogenerador con ángulo de paso regulado.

El aerogenerador es puesto en marcha por el sistema de control operativo con vientos a partir de una velocidad de viento de arranque y es desconectado nuevamente en caso de una velocidad grande del viento, la velocidad del viento de desconexión, a fin de evitar una sobrecarga mecánica. La velocidad del viento se determina, por ejemplo, mediante un anemómetro o a partir de la velocidad de giro del rotor y de la potencia entregada.

Son conocidos los aerogeneradores con velocidad de giro variable y con ángulo de paso regulado. Al regularse el ángulo de paso, cada pala de rotor se ajusta alrededor de su eje longitudinal en su ángulo de paso de pala. Cuando hay diferentes ángulos de paso de pala, la pala de rotor absorbe respectivamente otro par a partir del viento.

Para el control/la regulación de los aerogeneradores es conocido establecer una diferencia entre dos modos de funcionamiento. El primer modo de funcionamiento se identifica como funcionamiento a carga parcial, en el que se lleva a cabo una regulación de la velocidad de giro mediante la especificación de un par de giro. El segundo modo de funcionamiento es el funcionamiento a plena carga, en el que se lleva a cabo una regulación de la velocidad de giro mediante un ajuste del ángulo de paso.

Para obtener un rendimiento óptimo con el aerogenerador, la velocidad de giro del dispositivo se ajusta en el intervalo de carga parcial a la relación óptima entre la velocidad circunferencial del rotor y la velocidad del viento (Aóptimo) . Las palas del rotor están ajustadas en este caso a un ángulo de pala que produce el par motor máximo para el árbol del rotor. La velocidad de giro del rotor se ajusta en el intervalo de carga parcial mediante el contrapar producido en el generador y/o el convertidor.

Si a una velocidad nominal del viento se ha obtenido el contrapar máximo en el generador, entonces la velocidad de giro no se puede mantener durante más tiempo en el punto de trabajo debido al aumento ulterior del par del generador. Una sobrecarga del sistema se evita al afectarse el grado de eficacia aerodinámico de las palas y al sacarse éstas del ángulo de paso óptimo. Este proceso se identifica en el lenguaje técnico también como "pitch". De este modo se influye sobre la velocidad de giro del rotor después de obtenerse el par máximo del generador por medio del ángulo de paso de las palas.

Del documento EP1007844B1 se conoce un aerogenerador de velocidad variable que tiene un generador de inducción con rotor bobinado. Para el control operativo se conocen en el caso del aerogenerador conocido un control de par de giro y un control para el ángulo de paso que funciona independientemente del control de par de giro.

De la publicación "Pitch-Controlled Variable-Speed Wind Turbine Generation", de E. Muljadi et al., Industr y Applications Conference, 1999, Thirty-Fourth IAS Annual Meeting, Conference Record of the 1999 IEEE Phoenix, Az., USA, 3-7 de octubre de 1999, Piscataway NJ, USA, IEEE, US, Vol. 1, páginas 323-330, se conoce un procedimiento de control para un aerogenerador, en el que un valor de potencia nominal está predefinido en función de una velocidad de giro. La especificación se lleva a cabo de modo que entre el funcionamiento a carga parcial y el funcionamiento a plena carga tiene lugar un salto en el valor nominal de la potencia. Como alternativa a la transición brusca, se propone una transición continua del funcionamiento a carga parcial al funcionamiento a plena carga.

De la publicación "Wind Turbine Control Algorithms" de van der Hooft et al., ECN Literature Review, Vol. ECN-C-03111, páginas 1-89, es conocido optimizar el rendimiento del aerogenerador respecto al viento nominal al llevarse a cabo una reducción de la potencia en función de la velocidad de giro en dos niveles.

La invención tiene el objetivo técnico de proporcionar un procedimiento para el control del par y del ángulo de paso de un aerogenerador en función de la velocidad de giro, que garantice un rendimiento especialmente alto.

Según la invención, el objetivo se consigue mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas constituyen los objetos de las reivindicaciones secundarias.

El procedimiento según la invención sirve para controlar el par de giro y el ángulo de paso en función de la velocidad de giro. En este caso, el control se lleva a cabo según una curva característica predefinida. La curva característica predefine en función de una velocidad de giro del rotor un valor nominal para el par del generador, o sea, un valor nominal para el par existente en el generador. Mediante un control correspondiente se ajusta o se regula a continuación el valor nominal para el generador. A fin de obtener el valor nominal deseado, el control varía tanto la potencia extraída del generador como el ángulo de paso de las palas del rotor. El control puede estar configurado también como regulador. En el funcionamiento a carga parcial en el aerogenerador se lleva a cabo en una primera sección una regulación del par hasta una primera velocidad de giro (n1) . A la primera sección se conecta la segunda sección, en la que se lleva a cabo asimismo en el funcionamiento a carga parcial una regulación del par de la primera velocidad de giro predeterminada (n1) a la segunda velocidad de giro (n2) . En el funcionamiento a plena carga se lleva a cabo en una tercera sección una regulación del ángulo de paso para velocidades de giro mayores que la segunda velocidad de giro (n2) . En una cuarta sección se lleva a cabo asimismo en el funcionamiento a plena carga una regulación del ángulo de paso para velocidades de giro mayores que una tercera velocidad de giro (n3) y menores que la segunda velocidad de giro (n2) . En una quinta sección se lleva a cabo una regulación del par en el funcionamiento a carga parcial para velocidades de giro menores que la tercera velocidad de giro (n3) si previamente se ha llevado a cabo un control según la cuarta sección de la curva característica. El procedimiento según la invención dispone en el funcionamiento a carga parcial de una regulación del par que sólo se activa si previamente se llevó a cabo un control según la cuarta sección. En el procedimiento según la invención se lleva a cabo asimismo una regulación del ángulo de paso en el funcionamiento a plena carga en un intervalo de la velocidad de giro entre la segunda velocidad de giro (n2) y la tercera velocidad de giro (n3) , en vez de cambiar al funcionamiento a carga parcial. Si la velocidad de giro del rotor sigue disminuyendo, se lleva a cabo en el funcionamiento a carga parcial una regulación del par según la quinta sección, retornando el control de forma lineal a la segunda o la primera sección con preferencia al obtenerse un ángulo de paso mínimo.

Según la invención, el control se lleva a cabo en la cuarta sección de la curva característica si los ángulos de paso de las palas del rotor superan un valor predeterminado. En el procedimiento según la invención se comprueba entonces en el funcionamiento a plena carga a una velocidad de giro entre n2 y n3 si se sobrepasa un ángulo de paso mínimo predeterminado. Si se sobrepasa el ángulo de paso, queda aún suficiente "energía" cinética en la pala del rotor para evitar un retroceso inmediato al funcionamiento a carga parcial. Por consiguiente, se sigue llevando a cabo además, en caso de velocidades de giro menores que la segunda velocidad de giro n2, una regulación del ángulo de paso. La curva característica se ramifica hacia la cuarta sección. El ángulo de paso mínimo es con preferencia mayor que 0, 5º y menor que 5º. En una configuración especialmente preferida, el ángulo de paso tiene un valor de entre 1º y 3º.

Si para velocidades de giro menores que n2 hay aún un ángulo de paso suficientemente grande, el control se mantiene en el funcionamiento a plena carga y se lleva a cabo un ajuste del ángulo de paso. El control retorna después al funcionamiento a carga parcial. A tal efecto, se reduce preferentemente el par de giro y se aumenta la velocidad de giro hasta que haya una velocidad... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el control/la regulación del par y del ángulo de paso de un aerogenerador en función de la velocidad de giro según una curva característica, en la que

- en el funcionamiento a carga parcial se lleva a cabo en una primera sección (10) una regulación del par hasta una primera velocidad de giro predeterminada (n1) ,

- en el funcionamiento a carga parcial se lleva a cabo en una segunda sección (20) una regulación del par desde la primera velocidad de giro (n1) hasta una segunda velocidad de giro (n2) ,

- en el funcionamiento a plena carga se lleva a cabo en una tercera sección (22) un ajuste al menos de un ángulo de paso de una pala del rotor para velocidades de giro mayores que la segunda velocidad de giro (n2) ,

y caracterizado porque

- en el funcionamiento a plena carga se lleva a cabo en una cuarta sección (24) un ajuste del ángulo de paso para velocidades de giro menores que la segunda velocidad de giro (n2) y mayores que la tercera velocidad de giro (n3) si previamente se ha llevado a cabo un control según la tercera sección (22) y el ángulo de paso de las palas del rotor supera un valor mínimo predeterminado en el funcionamiento a plena carga, y

- en el funcionamiento a carga parcial se lleva a cabo en una quinta sección (26) una regulación del par para velocidades de giro menores que la tercera velocidad de giro (n3) si previamente se ha llevado a cabo un control según la cuarta sección (24) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la cuarta y la quinta sección (26) de la curva característica, al quedarse por debajo de un ángulo de paso mínimo, el control retorna por medio de una sexta sección (28; 29) de la curva característica a la primera o la segunda sección (18, 20) de la curva característica.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque en la sexta sección (28; 29) de la curva característica se reduce el par en función de la velocidad de giro.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el valor mínimo predeterminado para el ángulo de paso es mayor que 0, 5º y menor que 5º.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el valor predeterminado para el ángulo de paso es mayor que 1º y menor que 3º.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en la primera sección

(10) de la curva característica, el par aumenta con la velocidad de giro hasta haber alcanzado la velocidad de giro un valor predeterminado de la velocidad de giro (n1) .

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en la segunda sección (20) de la curva característica, el par aumenta más rápidamente con la velocidad de giro que en la primera sección.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en la tercera sección, hasta una velocidad de giro predeterminada (n5) , se lleva a cabo una regulación a un valor constante del par de giro.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque en la tercera sección de la curva característica, a partir de la velocidad de giro (n5) , el par de giro se reduce con aumento creciente de la velocidad de giro.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque en la quinta sección

(26) de la curva característica, el par de giro aumenta más rápidamente con la velocidad de giro que en la primera sección (10) .

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la tercera velocidad de giro (n3) es menor que la segunda velocidad de giro (n2) .