Métodos de monitorización de aerogeneradores (11) de velocidad variable que comprenden medios de control para una regulación por "pitch" siguiendo una curva de potencia vs.

velocidad del generador (21) en función de la velocidad del viento expresada por una función de transferencia (TF) aplicada a la velocidad del viento medida por un sensor de viento·situado en una ubicación en la que el flujo del viento está distorsionado, que comprenden los siguientes pasos: a) proporcionar una función de relación óptima (F1) entre una variable (V) dependiente de la velocidad del viento y una variable (P) dependiente del rendimiento del aerogenerador; b) medir continuamente dichas variables (V, P) y obtener una función de relación (F2) entre ellas; c) obtener continuamente un parámetro (D) indicativo de las diferencias entre dichas funciones (F1, F2); d) generar un mensaje de aviso cuando el valor de dicho parámetro (D) es mayor de un valor predeterminado.

Métodos de monitorización de aerogeneradores.

La invención se refiere a métodos de monitorización de aerogeneradores y, más en particular, a métodos de monitorización de la Función de Transferencia de la velocidad del viento.

Antecedentes

Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador típico incluye una góndola montada sobre una torre que alberga un tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor a un generador eléctrico y otros componentes tal como los motores de orientación mediante los que se gira el aerogenerador, varios controladores y un freno. El rotor soporta varias palas que se extienden radialmente para capturar la energía cinética del viento y causan un movimiento rotatorio del tren de potencia. Las palas del rotor tienen una forma aerodinámica de manera que cuando el viento pasa a través de la superficie de la pala se crea una fuerza ascensional que causa la rotación de un eje al que está conectado -directamente o a través de un dispositivo de multiplicación- un generador eléctrico situado dentro de la góndola. La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de palas que recibe la acción del viento y, consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica normalmente un incremento de la producción de energía del aerogenerador.

Bajo métodos de control conocidos la energía producida por un aerogenerador se incrementa con la velocidad del viento hasta que se alcanza un nivel nominal pre-establecido y a partir de ahí se mantiene constante. En aerogeneradores regulados por "pitch", eso se hace regulando el ángulo de paso de las palas de manera se optimice la captura de energía independientemente de la velocidad del viento.

La velocidad del viento es pues un parámetro de control importante para la operación de aerogeneradores de velocidad variable. En muchos de los aerogeneradores ya instalados, la velocidad del viento usada por el sistema de control del aerogenerador es la velocidad de viento calculada aplicando una Función de Transferencia (en adelante TF) a la velocidad del viento medida por un anemómetro situado en la góndola del aerogenerador.

La TF se define como la función que expresa la velocidad de la corriente libre del viento como una función de la velocidad del viento medida por el sensor de viento utilizado por el sistema de control del aerogenerador. Esta función está destinada a la corrección del efecto del rotor del generador y la distorsión de flujo alrededor del aerogenerador. La TF depende de las características del aerogenerador, de la localización del sensor de viento y del modelo, y de las características del viento en el sitio del aerogenerador.

Como el flujo de viento alrededor de la góndola resulta distorsionado por el rotor del aerogenerador y la góndola, es muy importante aplicar una TF apropiada para corregir la distorsión del flujo.

Para obtener la TF apropiada debe medirse la velocidad del viento libre enfrente del rotor del aerogenerador (usando un anemómetro de cazoleta ó un anemómetro sónico instalado en un mástil metereológico, ó un sensor de viento remoto, ú otros medios, incluyendo una calibración local si es necesario) y la velocidad del viento medida por el anemómetro del aerogenerador. La función de correlación obtenida, después del correspondiente análisis de los datos y el rechazo de los datos inválidos, es la que debe aplicarse a los datos proporcionados por el anemómetro del aerogenerador para obtener velocidad real del viento enfrente del rotor del aerogenerador.

Un método conocido para obtener una TF apropiada para un aerogenerador sin medir la velocidad del viento libre enfrente del aerogenerador es el método de calibración de anemómetro descrito en US 2008/0307853 que comprende los pasos de obtener pares de mediciones de la velocidad del viento y de una variable del aerogenerador dependiente de la velocidad del viento, comparar dichos pares de mediciones con pares de la velocidad del viento y de la variable del aerogenerador dependiente de la velocidad del viento obtenidos de una curva esperada de dicha variable del aerogenerador para determinar una diferencia entre el valor medido de la velocidad del viento y el valor esperado de la velocidad del viento para una variable dada del aerogenerador y ajustar una función de calibración de dicho anemómetro en base a dicha determinada diferencia.

Aunque se conoce la importancia de utilizar una TF apropiada para optimizar la producción de energía, entre los métodos conocidos para evaluar diferentes aspectos del funcionamiento de los aerogeneradores no se encuentra ningún método específico para monitorizar la TF aplicada a un aerogenerador.

Esta invención está dirigida a la solución de ese problema utilizando métodos de control conocidos de manera que pueda implementarse en los aerogeneradores que ya están instalados.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un método de monitorización del rendimiento de un aerogenerador controlado por "pitch".

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un método de monitorización de la TF aplicada a un aerogenerador controlado por "pitch".

Estos y otros objetos se consiguen proporcionando un método de monitorización de un aerogenerador de velocidad variable que comprende medios de control para una regulación por "pitch" siguiendo una curva de potencia vs. velocidad del generador en función de la velocidad del viento expresada por una TF aplicada a la velocidad del viento medida por un sensor de viento situado en una ubicación en la que el flujo del viento está distorsionado, que comprende los siguientes pasos:

a) Proporcionar una función de relación óptima F₁ entre una variable V dependiente de la velocidad del viento y una variable P dependiente del rendimiento del aerogenerador.

b) Medir continuamente dicha variable V dependiente de la velocidad del viento y dicha variable P dependiente del rendimiento del aerogenerador y obtener una función de relación F₂ entre ellas.

c) Obtener continuamente un parámetro D indicativo de las diferencias entre dichas funciones de relación F₁, F₂.

d) Generar un mensaje de aviso cuando el valor de dicho parámetro D es mayor de un valor predeterminado.

En una realización preferente, en dicho paso b) dicha función de relación F₂ se obtiene usando valores promedio de dichas variables V, P en períodos de al menos 10 minutos. Se consigue con ello un método que asegura que los datos usados para obtener dicha función de relación F₂ no están influenciados por fluctuaciones temporales.

En otra realización preferente, en dicho paso c) dicho parámetro D se obtiene para las diferencias entre dichas funciones de relación F₁, F₂ en un rango predeterminado de valores de una de dichas variables V, P. Se consigue con ello un método aplicable únicamente a un rango seleccionado de una de dichas variables donde debe esperarse una mejor detección de dichas diferencias.

En otra realización preferente, dicha variable V dependiente de la velocidad del viento es el ángulo de paso de pala y dicha variable P dependiente del rendimiento del aerogenerador es la velocidad del generador. Se consigue con ello un método que usa un par de variables particularmente relevantes para mostrar las diferencias entre dichas funciones de relación F₁, F₂ porque, en particular, hay una rango significativo de velocidades de viento en los que el ángulo de paso de pala debe permanecer constante (en promedios estadísticos de 10 minutos) en condiciones óptimas de producción permitiendo por tanto una fácil detección de desviaciones cuando se usa una TF inapropiada o cuando el aerogenerador tiene otro problema.

En otra realización preferente, la TF implementada en los medios de control es una TF_V pre-validada. Se consigue con ello un método apropiado para detectar problemas diferentes al uso de una TF inapropiada en el aerogenerador.

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

Breve...

1. Método de monitorización de un aerogenerador (11) de velocidad variable que comprende medios de control para una regulación por "pitch" siguiendo una curva de potencia vs. velocidad del generador (21) en función de la velocidad del viento expresada por una función de transferencia (TF) aplicada a la velocidad del viento medida por un sensor de viento situado en una ubicación en la que el flujo del viento está distorsionado, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

a) proporcionar una función de relación óptima (F₁) entre una variable (V) dependiente de la velocidad del viento y una variable (P) dependiente del rendimiento del aerogenerador;

b) medir continuamente dicha variable (V) dependiente de la velocidad del viento y dicha variable (P) dependiente del rendimiento del aerogenerador y obtener una función de relación (F₂) entre ellas;

c) obtener continuamente un parámetro (D) indicativo de las diferencias entre dichas funciones de relación (F₁, F₂);

d) generar un mensaje de aviso cuando el valor de dicho parámetro (D) es mayor de un valor predeterminado.

2. Método de monitorización de un aerogenerador (11) de velocidad variable según la reivindicación 1, caracterizado porque en dicho paso b) dicha función de relación (F₂) se obtiene usando valores promedio de dichas variables (V, P) en períodos de al menos 10 minutos.

3. Método de monitorización de un aerogenerador (11) de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque en dicho paso c) dicho parámetro (D) se obtiene para las diferencias entre dichas funciones de relación (F₁, F₂) en un rango predeterminado de valores de una de dichas variables (V, P).

4. Método de monitorización de un aerogenerador (11) de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque dicha variable (V) dependiente del viento es el ángulo de paso de pala y dicha variable (P) dependiente del rendimiento del aerogenerador es la velocidad del generador.

5. Método de monitorización de un aerogenerador (11) de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque la función de transferencia (TF) implementada en los medios de control del aerogenerador es una función de transferencia pre-validada (TF_V).

6. Un aerogenerador (11) de velocidad variable monitorizado por un método de monitorización según cualquiera de las reivindicaciones 1-5.