Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales en el tren de potencia de un aerogenerador en caso depérdida red,

caracterizado por el hecho de quetras una pérdida de red se aplica un par de frenado al tren de potencia durante un período de tiempo,determinándose dicho período de tiempo como una función de la frecuencia de resonancia torsional del tren depotencia.

Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales en el tren de potencia de un aerogenerador.

La presente invención se refiere a un procedimiento de control de un aerogenerador. Más concretamente, se refiere a un procedimiento de control de un aerogenerador en el caso de pérdida de red.

Los aerogeneradores modernos se utilizan comúnmente para suministrar electricidad a la red eléctrica. Los aerogeneradores de este tipo generalmente comprenden un rotor con una pluralidad de palas. El rotor con las palas gira bajo la influencia del viento sobre las palas. El giro del eje del rotor acciona directamente el rotor del generador ("accionamiento directo") o bien mediante el uso de un reductor.

Durante el funcionamiento normal, la velocidad de giro del aerogenerador se controla mediante el par magnético que actúa sobre el generador y el par aerodinámico que actúa sobre el rotor. Además, normalmente se prevén sistemas de frenado.

Son conocidas diversas maneras de controlar el par aerodinámico que actúa sobre el rotor de los aerogeneradores. En aerogeneradorescon regulación de la inclinación de las palas, las palas del rotorpuedengirar alrededorde su eje longitudinal para controlar el ángulo de ataque del viento sobre las palas. En aerogeneradores con orientación de las palas fija, a medida que aumenta la velocidad del viento por encima de una determinada velocidad se produce automáticamente un bloqueo en las palas. Por ello, el par aerodinámico está limitado.

Los sistemas de frenado actúan, en general, mecánicamente sobre el eje de baj a velocidad o sobre el eje de al ta velocidad. También son c onocidos sistemas de f renado q ue actúan el éctricamente en el generador. En aerogeneradores con regulación de la inclinación de las palas, la inclinación de las palas hacia su posición en la que ofrecen la mínima resistencia se utiliza para reducir la velocidad del aerogenerador. El freno (mecánico) sólo se utiliza para detener completamente el aerogenerador, o para mantener el aerogenerador en su posición de parada.

Tal como se ha mencionado anteriormente, durante el funcionamiento normal la velocidad de giro del aerogenerador se controla mediante, entre otros, el par magnético que actúa sobre el generador. Los componentes del tren de potencia (eje del rotor o eje de baja velocidad, reductor, eje de alta velocidad, generador) se deforman elásticamente bajo la influencia del par aerodinámico que actúa sobre el rotor y el par magnético que actúa sobre el generador. En esta deformación elástica se almacena energía potencial. Cuando se produce una pérdida de red, el par magnético en el generador se pierde de repente y la energía potencial del tren de potencia se convierte en energía cinética. Como resultado, el tren de potencia sufre oscilaciones torsionales. Estas oscilaciones pueden ser muy perjudiciales especialmente para el reductor y pueden reducir significativamente su vida útil.

En la técnica anterior, son conocidos varios procedimientos para tratar una pérdida de red y para reducir oscilaciones torsionales. WO 2007/082642 describe un procedimiento para tratar una pérdida de red reduciendo el ángulo de inclinación de l as palas del r otor, se guido de la apl icación de un f reno m ecánico sobre el ej e de alta velocidad. WO 2004/098968 describe un procedimiento de frenado en caso fallo de la red. El dispositivo de frenado actúa so bre e l ej e d e a lta v elocidad. La presión hi dráulica de l f reno s e co ntrola h asta que el a erogenerador se detiene completamente. El dispositivo y su procedimiento de co ntrol están es pecialmente adaptados para s er utilizados en aerogeneradores con orientación de las palas fija. WO 03/040556 describe un procedimiento para frenar el aerogenerador destinado a evitar oscilaciones torsionales. En el procedimiento, el par de deceleración del freno se re gula en un a se cuencia d e t iempo pr edeterminada, en base a l a f recuencia nat ural del c onvertidor de energía e ólica. US 6.254.197 descr ibe un si stema a lternativo de f renado hidráulico y un procedimiento para controlarlo. Un procedimiento particular d escrito prescribe a plicar primero unos frenos aerodinámicos (puntas móviles de las palas) y tras un período de 15 segundos aplicar el freno mecánico.

Los procedimientos de la técnica anterior son complicados y por lo tanto costosos. Además, no siempre han dado resultados satisfactorios. Así, existe la necesidad de un procedimiento mejorado de control de un aerogenerador en el caso de pérdida de red, que sea fiable y fácilmente aplicable a aerogeneradores actuales.

La presente invención pretende conseguir este objetivo. El objetivo se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen otras realizaciones ventajosas.

En el caso de pérdida de red, se aplica un par de frenado al tren de potencia durante un período de tiempo, dicho período de tiempo se determina como una función de la frecuencia de resonancia torsionaldel tren de potencia. El tren de p otencia del aerogenerador tiene u na f recuencia de r esonancia t orsional qu e es única para ca da t ren de potencia y por lo tanto para cada tipo de aerogenerador. Tras una pérdida de red, el par magnético del generador desaparece y el t ren de potencia co menzará a oscilar con u na f recuencia qu e es su f recuencia de r esonancia torsional. Al determinar el período de frenado, por lo tanto, esta frecuencia debe tenerse en cuenta. De este modo, la manera d e po ner e n pr áctica l a invención es determinar l a f recuencia de r esonancia del t ren d e p otencia, par a determinar (calcular) el período de frenado deseado como una función de esta frecuencia de resonancia ytras una pérdida de red, aplicar el freno durante el período de frenado determinado.

Preferiblemente, dicho período de tiempo se determina también como una función del retardo que se produce entre el m omento e n qu e se pr oduce u na pérdida d e red y el m omento de apl icar e l par de f renado. Para o btener resultados óptimos en la r educción de o scilaciones torsionales, el f reno só lo debe act ivarse en el per íodo inmediatamente p osterior a l a p érdida d e r ed en el que el par del eje de baja velocidad disminuye, es decir, el período en que el tren de potencia “se relaja". Aplicar el freno cuando el par en el eje de baja velocidad aumenta podría tener el resultado de aumentar las oscilaciones torsionales. Por lo tanto, preferiblemente también se tiene en cuenta el retardo que se produce entre el momento de pérdida de red y el momento de aplicar el par de frenado para determinar el período de frenado. De acuerdo con este procedimiento preferido, la manera de poner en práctica la invención es, por lo tanto, determinar la frecuencia de resonancia del tren de potencia para determinar el retardo que se produce entre el momento de pérdida de red y el momento de apl icar el par de frenado y entonces determinar (calcular) el período de frenado deseado co mo una función de estos dos parámetros y tras una pérdida de red, aplicar el freno durante el período de frenado determinado.

Preferiblemente, el freno se activa de manera sustancialmente inmediata tras detectar una pérdida de red.

Puede utilizarse cualquier sistema de frenado en el procedimiento de acuerdo con la invención y cada sistema de frenado tendrá un tiempo de reacción mínimo inherente. Cuanto antes reaccione el sistema de frenado a la pérdida de red, mayor duración tendrá el par de frenado que puede aplicarse mientras el tren de potencia se encuentra todavía relajado.

Preferiblemente, se determina que dicho período de tiempo es entre un 50% y un 100% de un período máximo permitido, determinándose dicho período permisible máximo como la mitad del período de resonancia torsional del tren de potencia menos el retardo entre el momento en que se produce una pérdida de red y el momento en el que se aplica el par de frenado.

Más preferiblemente, dicho período de tiempo se determina que es entre un 70% y un 100%, y más preferiblemente entre un 80% y un 100% de dicho período máximo permitido.

En otras palabras, dicho período de tiempo se selecciona idealmente para que sea menos de la mitad del período de resonancia torsional del tren de potencia menos el retardo que se produce entre el momento de la pérdida de red y el momento en el que se aplica el par de frenado, es decir, se determina que el período de frenado máximo sea de acuerdo con la siguiente fórmula:

Tmax_brake = 0, 5 · tresonance_period_power_train... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales en el t ren d e pot encia d e u n aerogenerador en ca so d e pérdida red, caracterizado por el hecho de que

tras una pérdida d e red se a plica un par d e f renado al t ren de potencia d urante u n p eríodo de t iempo, determinándose dicho per íodo de t iempo como una f unción de l a f recuencia de r esonancia t orsional del t ren d e potencia.

2. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho periodo de tiempo también se determina como una función del retardo que se produce entre el momento de pérdida de red y el momento en que se aplica el par de frenado.

3. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el par de frenado sustancialmente se aplica inmediatamente después de producirse una pérdida de red.

4. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por el hecho de que se determina qu e dicho per iodo de t iempo es entre un 50% y un 100% de un período m áximo p ermitido, determinándose dicho período máximo permitido como la mitad del período de resonancia torsional del tren de potencia menos el retardo que se produce entre el momento en que se produce una pérdida de red y el momento en que se aplica el par de frenado.

5. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que se determina que dicho periodo de tiempo se encuentra entre un 70% y un 100%, y preferiblemente entre un 80% y un 100% de dicho período máximo permitido.

6. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho periodo de tiempo es de aproximadamente 0, 4 segundos.

7. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el par de frenado se aplica durante un único periodo de tiempo.

8. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el par de frenado que se aplica al tren de potencia se determina teniendo en cuenta la velocidad del viento en el momento en que se produce una pérdida de red.

9. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el par de frenado que se aplica al tren de potencia se determina teniendo en cuenta el par aerodinámico que actúa sobre el rotor en el momento de pérdida de red.

10. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según c ualquiera d e l as reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el par de frenado que se aplica al tren de potencia se determina teniendo en cuenta la energía eléctrica generada por el generador en el momento de pérdida de red.

11. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según la reivindicación 8, 9 o 10, caracterizado por el hecho de que el par de frenado que se aplica al tren de potencia se determina teniendo en cuenta también el retardo entre el momento en que se produce una pérdida de red y el momento en que se aplica el par de frenado, y el período de frenado.

12. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según c ualquiera d e l as reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho d e qu e el p ar d e f renado se aplica so lamente si l a p érdida de red se pr oduce a u na velocidad del viento por encima de una velocidad del viento mínima predeterminada.

13. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según c ualquiera d e l as reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el par de f renado s e a plica independientemente de l a ve locidad del vi ento existente en la pérdida de red.

14. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según c ualquiera d e l as reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que un sistema de control de la inclinación de las palas del aerogenerador también se activa substancialmente inmediatamente d espués de una pérdida de r ed de manera que, t ras liberar el f reno, e l control de la inclinación de las palas del rotor se utiliza para reducir la velocidad del aerogenerador.

15. Procedimiento para reducir oscilaciones torsionales según c ualquiera d e l as reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el par de frenado actúa sobre el eje de alta velocidad del tren de potencia.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para la comodidad del lector. No forma parte del documento de la patente europea. A pesar del cuidado tenido en la recopilación de las referencias, no se pueden  

Documentos de patentes citados en la descripción

• WO 2007082642 A • WO 03040556 A 10 • WO 2004098968 A • US 6254197 B