Sistema de pruebas de una turbina eólica para probar eléctricamente al menos parte de los componentes (6,

7, 8, 9, 22) de la góndola de un sistema de turbina eólica (74), incluyendo un sistema de generador eléctrico (8, 48, 78), estando montados dichos componentes de la góndola (6, 7, 8, 9, 22) en una estructura de transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de dicho sistema de turbina eólica (74), comprendiendo dicho sistema de pruebas de una turbina eólica

un banco de pruebas (12, 42) que está dispuesto para sostener dicha estructura de transporte de cargas (10) de dicha góndola (3, 72) de la turbina eólica que incluye dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola,

un sistema de simulación de red (59, 92) que comprende

un sistema de convertidor de potencia (50) y

un controlador de la simulación (51) que está dispuesto para estar acoplado eléctricamente con al menos uno de dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola y que está adaptado para proporcionar

una red de distribución simulada (54) basada en una fuente de alimentación (500) y

al menos una señal de control establecida por dicho controlador de la simulación (51) y

un sistema de simulación de viento (45, 69) que comprende

un medio de giro del árbol (61) de la turbina eólica dispuesto para estar acoplado con una pieza giratoria de dicho sistema de generador (8, 48, 78) o un sistema relativo al generador de una góndola (3, 72) de la turbina eólica o una parte de una góndola (3, 72) de la turbina eólica situada en dicho banco de pruebas (12, 42).

Sistema de pruebas de turbina eólica.

Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema de pruebas de una turbina eólica para probar al menos una parte de los componentes de la góndola de un sistema de turbina eólica.

Antecedentes de la invención

Un desafío general en relación con turbinas eólicas ocurre cuando las turbinas eólicas están acopladas a redes de distribución débiles. Bajo ciertas circunstancias, un acoplamiento a una red débil puede dar como resultado la transferencia de, por ejemplo, transitorios, ruido o caídas o picos de voltaje entre la red de distribución y una turbina eólica acoplada a la red.

Por lo tanto es esencial probar las piezas individuales de un sistema de turbina eólica para determinar la capacidad para cumplir con los diferentes estados de la red antes de que el sistema de turbina eólica sea despachado de la fábrica (a menudo hacia partes muy distantes del mundo).

Sin embargo, no es suficiente asegurar que las piezas eléctricas del sistema de turbina eólica, tales como el generador y el convertidor de frecuencia de alimentación, sean capaces de gestionar estados de red simulados que correspondan a lo que podría esperarse durante el funcionamiento de la turbina eólica cuando se prueban como unidades individuales. Esto es debido al hecho de que la velocidad variable de giro del eje del tren de accionamiento y las interacciones mecánicas y eléctricas entre las distintas piezas de la góndola de la turbina eólica tienen una influencia importante en el rendimiento del sistema de turbina eólica.

Un sistema de pruebas de una turbina eólica para probar al menos una parte de los componentes de la góndola de un sistema de turbina eólica, sistema que incluye un banco de pruebas, un sistema de simulación de red y un sistema de simulación de viento, se divulga en el documento de Hui et al.: "Development of a Unified Design, Test and Research Platform for Wind Energy System Based on Hardware-in-the -Loop Real-Time Simulation", IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 53, nº 4, agosto de 2006 (2006-08), páginas 1144-1151.

Uno de los varios objetos de la invención es establecer un sistema que sea capaz de simular físicamente un acoplamiento entre un sistema de turbina eólica y una red, o piezas de un sistema de turbina eólica y una red.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de pruebas de una turbina eólica para probar al menos una parte de los componentes de la góndola de una turbina eólica, incluyendo un sistema de generador eléctrico, estando montados dichos componentes de la góndola en una estructura de transporte de cargas de una góndola de dicho sistema de turbina eólica, comprendiendo dicho sistema de turbina eólica:

un banco de pruebas que está dispuesto para sostener dicha estructura de transporte de cargas de dicha góndola de la turbina eólica que incluye dichos componentes de la góndola,

un sistema de simulación de red que comprende

un sistema de convertidor de potencia y

un controlador de simulación que está dispuesto para acoplarse eléctricamente con al menos uno de dichos componentes de la góndola y que está adaptado para proporcionar

una red de distribución simulada en base a

una fuente de alimentación y

al menos una señal de control establecida por dicho controlador de simulación, y

un sistema de simulación de viento que comprende

un medio de giro del árbol de la turbina eólica dispuestos para estar acoplado con una pieza giratoria de dicho sistema de generador o sistema relativo al generador de una góndola de la turbina eólica o una parte de una góndola de la turbina eólica situada en dicho banco de pruebas.

Una característica ventajosa de la invención es que las características de un sistema de turbina eólica, o al menos parte de las mismas, se pueden probar en un entorno simulado físicamente de modo amplio, en el sentido de que las entradas de viento resultantes y las entradas de red resultantes se pueden evaluar en combinación, proporcionando así una oportunidad única de incorporar realimentación a y desde la red en una situación realista o una determinada situación deseada de pruebas.

El sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con las estipulaciones de la invención es ventajoso en particular para sistemas de turbina eólica, tales como góndolas, generadores, convertidores de frecuencia de alimentación, controladores de paso, etc., ya que tales sistemas deben estar optimizados a los efectos de evitar el desacoplamiento de la red debido a desviaciones respecto a las salidas ideales del sistema de turbina eólica o de la red, de modo que tal desacoplamiento puede evitarse de hecho o realizarse al menos por medio de un desacoplamiento suave.

Aunque el sistema de turbina eólica puede comprender una góndola completa de la turbina eólica o sólo partes de la misma, un generador debe estar comprendido en el sistema que se va a probar con el fin de probar la interacción entre el sistema de turbina eólica y una red simulada.

El uso de un banco de pruebas es ventajoso en el sentido de que la configuración de la prueba puede estandarizarse y proporcionar resultados reproducibles.

El controlador de simulación del sistema de simulación de red puede ser una unidad individual o formar parte de una red distribuida de controladores de simulación. En un modo de realización adicional, el sistema de convertidor de potencia del sistema de pruebas de una turbina eólica puede estar formado por un inversor de potencia de una turbina eólica que se va a probar. En otras palabras, el inversor de potencia puede formar parte de la configuración externa de la prueba, o de forma alternativa, establecerse por el propio inversor de potencia de las turbinas eólicas, si existe. De acuerdo con un modo de realización adicional, el sistema de convertidor de potencia del sistema de simulación de red puede establecerse de modo bastante rudimentario por medio de una(s) resistencia(s) sencilla(s) combinada(s) con un interruptor de encendido/apagado controlado por el controlador de simulación, por ejemplo, un interruptor manual.

El propósito del sistema de simulación de viento es establecer el movimiento resultante de las piezas móviles del sistema de turbina eólica como si el sistema estuviera activado por el viento. El sistema de simulación de viento puede estar referido a cualquier parámetro relevante para la simulación de viento, tal como la velocidad del viento, temperatura, turbulencia, par resultante del sistema de giro, etc.

Esta simulación de viento puede ser más o menos sofisticada, pero típicamente es importante que la simulación de viento resultante se relacione al menos en algo con estados reales.

El medio de giro del árbol del sistema de simulación de viento puede estar adaptado, por ejemplo, al par o a la velocidad para proporcionar estados de viento resultante típicos como entradas a la góndola por medio del sistema de giro.

El medio de giro del árbol puede estar acoplado típicamente de modo mecánico a una parte giratoria del sistema de generador o del sistema relativo al generador, tal como un cubo o caja de engranajes, con el fin de hacer girar una pieza relativa al generador como si el sistema de turbina eólica estuviera activado por ciertos estados de viento.

Como ejemplos de implementación de diferentes estados simulados de red, se remite amablemente al experto en la técnica a la descripción detallada de la presente invención, concretamente a la discusión de las figuras 7-12. Otros ejemplos de simulaciones de red y estados de viento se divulgan en el documento "Development of a unified design, test, and research platform for wind energy systems based on hardware-in-the-loop real time simulation", M. Steurer et al., Power Electronics Specialists Conference, 2004, PESC 04, 2004 IEEE 35th annual, Aquisgrán, Alemania.

En un modo preferido de realización de la presente invención, dicho banco de pruebas está dispuesto para sostener una góndola completa de dicho sistema de turbina eólica.

Cuando se utiliza para probar el sistema antes de su envío, es ventajoso poder probar una góndola completamente ensamblada. Por lo tanto, se proporciona preferiblemente un banco de pruebas para una... [Seguir leyendo]

1. Sistema de pruebas de una turbina eólica para probar eléctricamente al menos parte de los componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola de un sistema de turbina eólica (74), incluyendo un sistema de generador eléctrico (8, 48, 78), estando montados dichos componentes de la góndola (6, 7, 8, 9, 22) en una estructura de transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de dicho sistema de turbina eólica (74), comprendiendo dicho sistema de pruebas de una turbina eólica

un banco de pruebas (12, 42) que está dispuesto para sostener dicha estructura de transporte de cargas (10) de dicha góndola (3, 72) de la turbina eólica que incluye dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola,

un sistema de simulación de red (59, 92) que comprende

un sistema de convertidor de potencia (50) y

un controlador de la simulación (51) que está dispuesto para estar acoplado eléctricamente con al menos uno de dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola y que está adaptado para proporcionar

una red de distribución simulada (54) basada en

una fuente de alimentación (500) y

al menos una señal de control establecida por dicho controlador de la simulación (51) y

un sistema de simulación de viento (45, 69) que comprende

un medio de giro del árbol (61) de la turbina eólica dispuesto para estar acoplado con una pieza giratoria de dicho sistema de generador (8, 48, 78) o un sistema relativo al generador de una góndola (3, 72) de la turbina eólica o una parte de una góndola (3, 72) de la turbina eólica situada en dicho banco de pruebas (12, 42).

2. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho banco de pruebas (12, 42) está dispuesto para sostener una góndola (3, 72) completa de dicho sistema de turbina eólica (74).

3. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho medio de giro del árbol (61) comprende medios para estar conectados mecánicamente a un árbol de baja velocidad de un sistema de turbina eólica y/o medios para estar conectados mecánicamente a un árbol de alta velocidad de un sistema de turbina eólica (74).

4. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha red de distribución simulada (58) comprende medios para estar acoplada eléctricamente a un transformador de salida del generador (75) de dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola.

5. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha red de distribución simulada (58) comprende medios para estar acoplada eléctricamente a un convertidor de frecuencia de alimentación (9) de dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola.

6. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sistema de convertidor de potencia (50) está dispuesto para simular diferentes estados de red en respuesta a señales de control de dicho controlador de la simulación.

7. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha fuente de alimentación (500) está suministrada por una red de distribución.

8. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sistema de simulación de red (59, 92) comprende además un transformador de entrada de red (54) acoplado entre dicha fuente de alimentación (500) y dicho sistema de convertidor de potencia (50).

9. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sistema de simulación de red (59, 92) comprende además un transformador de salida de red (55), acoplado entre dicho sistema de convertidor de potencia (50) y dicha red de distribución simulada (58).

10. Sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sistema de simulación de tensiones en la góndola, un sistema de simulación de temperatura del sistema de turbina eólica y/o un sistema de simulación de humedad del sistema de turbina eólica.

11. Uso de un sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10 para establecer una realimentación a una red desde al menos una parte de un sistema de turbina eólica (74) bajo estados de viento simulados físicamente.

12. Uso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la realimentación desde al menos una parte de un sistema de turbina eólica (74) dado se establece antes de despachar dicho sistema de turbina eólica (74) de la fábrica, y dichos estados simulados de viento corresponden a estados de viento que se sabe que están presentes en la ubicación específica de funcionamiento de dicho sistema de turbina eólica (74) dado.

13. Uso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la realimentación se establece bajo estados climáticos adicionales simulados físicamente que incluyen estados de temperatura y/o estados de humedad que corresponden a estados climáticos que se sabe que están presentes en la ubicación específica de funcionamiento de dicho sistema de turbina eólica (74) dado.

14. Uso de un sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10 para establecer una realimentación desde al menos una parte de un sistema de turbina eólica (74) dado bajo diferentes estados de red.

15. Uso de acuerdo con la reivindicación 14, en el que la realimentación establecida está de acuerdo con un conjunto de códigos de red, la realimentación se establece antes de despachar dicho sistema de turbina eólica (74) de la fábrica, y dicho conjunto de códigos de red corresponde a códigos de red que se aplican en la ubicación específica de funcionamiento de dicho sistema de turbina eólica (74) dado.

16. Procedimiento para probar eléctricamente al menos parte de los componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola de un sistema de turbina eólica (74) una vez montados en una estructura de transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de dicho sistema de turbina eólica (74) por medio de un sistema de pruebas de una turbina eólica que comprende las etapas de:

montar dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola en una estructura de transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de la turbina eólica,

situar dicha estructura de transporte de cargas (10) en un banco de pruebas (12, 42) de dicho sistema de pruebas de una turbina eólica,

acoplar un medio de giro del árbol (61) de un sistema de simulación de viento (45, 69) de dicho sistema de pruebas de una turbina eólica a una pieza giratoria de un sistema de generador (8, 78) o de un sistema relativo al generador de dicha góndola (3, 72) de la turbina eólica,

acoplar eléctricamente una red de distribución simulada (58) de un sistema de simulación de red (59, 92) de dicho sistema de pruebas de una turbina eólica a un componente eléctrico (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola,

hacer girar dicha pieza giratoria de un sistema de generador (8, 78) por medio de dicho sistema de simulación de viento (45, 69) que simula diferentes estados de viento,

exponer dicho componente (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola a diferentes estados simulados de red por medio de dicho sistema de simulación de red (59, 92), y

establecer y evaluar una realimentación desde dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola bajo diferentes estados de viento y de red simulados simultáneamente.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el que

la etapa de montar dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola en una estructura de transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de la turbina eólica incluye montar dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola en una góndola (3, 72) completa de la turbina eólica, y

la etapa de situar dicha estructura de transporte de cargas (10) en una banco de pruebas (12, 42) de dicho sistema de pruebas de una turbina eólica incluye situar dicha góndola (3, 72) completa de la turbina eólica en el banco de pruebas (12, 42) de dicho sistema de pruebas de una turbina eólica.

18. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, en el que dicho sistema de pruebas de una turbina eólica comprende un sistema de pruebas de una turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10.

19. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16-18, en el que dichos estados simulados de red incluyen estados de fallo de una red de distribución.