Turbina eólica que comprende

- un rotor que incluye una o más palas de rotor,

- un sistema de paso para controlar el ángulo de paso de dichas una o más palas de rotor, comprendiendodicho sistema de paso al menos un accionador de paso y un controlador de paso para generar señales decontrol de accionador de paso,

caracterizada porque el sistema de paso comprende además

- elementos sensores de paso dispuestos para establecer valores de frecuencia de paso y fuerza de paso y

- un controlador de compensación dispuesto para compensar las discrepancias entre dichas señales decontrol de accionador de paso y dichos valores de frecuencia de paso y fuerza de paso ajustandoparámetros de un algoritmo de control de dicho controlador de compensación dependiendo de dichasdiscrepancias.

Turbina eólica y método para compensar las discrepancias en un sistema de paso de pala de rotor de turbina eólica

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a una turbina eólica que comprende un rotor que incluye una o más palas de rotor, a un método para compensar las discrepancias en un sistema de paso de pala de rotor de turbina eólica y al uso de un método.

Descripción de la técnica relacionada

Los accionadores de paso para controlar el ángulo de paso de una o más palas de rotor de una turbina eólica son ampliamente conocidos dentro del campo técnico.

Cada pala de rotor se ve afectada por discrepancias, por ejemplo debidas a variaciones de producción en el accionador, diversas tolerancias de componentes del accionador de paso, variaciones en la fricción del cojinete de pala que se originan por ejemplo por diferencias de montaje, por variaciones de temperatura o por variaciones en la desviación de la pala, variaciones en la densidad del aire, error en la guiñada según la condición del viento, cortante del viento, cambios de temperatura, velocidades del viento alternantes, etc. El sistema de paso puede considerarse por tanto como un sistema no lineal con parámetros variables. Un problema de dicho sistema es que dichos parámetros variables pueden dar como resultado un control deteriorado de las palas de rotor y a su vez una fatiga innecesaria en la turbina eólica.

El documento Bossanyi E.A., “The Design of Closed Loop Controllers for Wind Turbines”, Wind Energy 2000, vol. 3, págs. 149-163 y la solicitud de patente US 41896481-D2 dan a conocer una turbina eólica con un ángulo de paso de pala ajustable que tiene un sensor de ángulo de paso de pala, que proporciona una medición del ángulo de paso de pala para compensar una discrepancia entre el valor medido y la señal del ángulo de paso preestablecida emitida por un controlador de paso.

El documento Bossanyi E.A., “Individual Blade Pitch Control for Load Reduction”, Wind Energy 2003, vol. 6, págs. 119-128 y las solicitudes de patente WO 01/33075 A y WO 2004/074681 A describen un método con las etapas de medir valores de los ángulos de paso de pala, compararlos con señales de control que representan los ángulos de paso de pala preestablecidos y compensar las señales de control en caso de discrepancia.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un método ventajoso para controlar uno o más accionadores de paso de una turbina eólica sin las desventajas mencionadas anteriormente.

La invención

La presente invención se refiere a una turbina eólica que comprende

- un rotor que incluye una o más palas de rotor,

- un sistema de paso para controlar el ángulo de paso de dichas una o más palas de rotor, comprendiendo dicho sistema de paso al menos un accionador de paso, un controlador de paso para generar señales de control de accionador de paso, caracterizada porque el sistema de paso comprende además elementos sensores de paso dispuestos para establecer valores de frecuencia de paso y fuerza de paso y

- un controlador de compensación dispuesto para compensar las discrepancias entre dichas señales de control de accionador de paso y dichos valores de frecuencia de paso y fuerza de paso ajustando parámetros de un algoritmo de control de dicho controlador de compensación dependiendo de dichas discrepancias.

Por la expresión “sistema de paso” se quiere decir componentes enlazados requeridos para realizar la actividad de paso, que comprenden fuente de alimentación, elementos de control de energía, accionadores, elementos de procesamiento de datos que incluyen sistemas electrónicos programables, elementos sensores y elementos de transmisión de datos.

Por la expresión “discrepancias” se quiere decir discrepancias que afectan a la relación entre las señales de control de accionador y los valores de frecuencia de paso y fuerza de paso, es decir diferencias entre parámetros especificados/esperados y medidos/estimados.

Compensando dichas discrepancias se garantiza que se compensa cualquier desviación en relación con un rendimiento deseado, por ejemplo debida a variaciones de producción en el accionador, tolerancias de la válvula hidráulica, cambio en la viscosidad del fluido hidráulico, variaciones en la fricción del cojinete de pala, que se originan por ejemplo por diferencias de montaje, por variaciones de temperatura o por variaciones en la desviación de la pala, variaciones en la densidad del aire, error en la guiñada según la condición del viento, cortante del viento, etc. También se compensan desviaciones en relación con sistemas de paso eléctricos.

Además se garantiza que pueden compensarse discrepancias permanentes, discrepancias de cambio lento relacionadas por ejemplo con cambios de temperatura y/o discrepancias de cambio más rápido tales como con la velocidad del viento promedio.

Es más, mediante la compensación se garantiza que se minimizan criterios de rendimiento de la turbina eólica importantes tales como cargas en la torre relativas al empuje, cargas en el tren de engranajes, cargas en el sistema de paso, desgaste del accionador, etc., garantizando además una producción de energía óptima y una vida útil prolongada para diversos componentes de la turbina eólica.

Otra ventaja es que puede conseguirse una compensación óptima para condiciones de funcionamiento diferentes y con perturbaciones de carga diferentes.

En un aspecto de la invención, dicho controlador de compensación comprende al menos un controlador adaptativo con parámetros ajustables. Ajustando de manera adaptativa parámetros de funcionamiento del controlador de compensación durante el funcionamiento se garantiza que se compensa de manera eficaz cualquier desviación en relación con un rendimiento deseado, por ejemplo debida a variaciones de producción en el accionador, tolerancias de la válvula hidráulica, cambio en la viscosidad del fluido hidráulico, variaciones en la fricción del cojinete de pala que se originan por ejemplo por diferencias de montaje, por variaciones de temperatura o por variaciones en la desviación de la pala, variaciones en la densidad del aire, error en la guiñada según la condición del viento, cortante del viento, etc.

En otro aspecto de la invención, dicho al menos un controlador adaptativo comprende además medios para ajustar dichos parámetros.

En un aspecto adicional de la invención, dicho controlador de compensación comprende un regulador de autosintonización (STR) . Usando un STR se garantiza que se usa un regulador que puede resolver problemas de control de optimización en línea y que los parámetros del controlador se sintonizan automáticamente para obtener las propiedades deseadas del sistema. Además, un STR requiere pocas sintonizaciones específicas del sistema ya que usa un modelo estimado de manera dinámica del sistema y la ley de control se adapta automáticamente al sistema y a las dinámicas de carga de trabajo.

En un aspecto de la invención, dicho STR comprende medios para procesar un algoritmo no recursivo para estimación de parámetros de modelo de proceso tal como un algoritmo de mínimos cuadrados (LS) o un algoritmo de mínimos cuadrados extendido (ELS)

En otro aspecto de la invención, dicho STR comprende medios para procesar un algoritmo recursivo para estimación de parámetros de modelo de proceso tal como un algoritmo de mínimos cuadrados recursivo (RLS) , un algoritmo de mínimos cuadrados recursivo extendido (RELS) , un algoritmo de máxima verisimilitud recursivo (RML) , un algoritmo de aproximaciones estocásticas (STA) , etc.

En un aspecto adicional de la invención, dicho STR comprende medios para procesar un modelo de diseño de control tal como un método de control óptimo de seguimiento LQ, un método de diseño de colocación de polos de entrada/salida, etc.

En un aspecto adicional más de la invención, dicho controlador de compensación es un sistema adaptativo de modelo de referencia (MRAS) . Usando un MRAS se garantiza que se pone en práctica una ley de control por realimentación que cambia la estructura y la dinámica del sistema de paso de modo que sus propiedades sean sustancialmente las mismas que las de un modelo de referencia deseado, con lo cual pueden minimizarse dichas discrepancias del sistema de paso.

En otro aspecto de la invención, dicho MRAS comprende medios para procesar... [Seguir leyendo]

1. Turbina eólica que comprende

- un rotor que incluye una o más palas de rotor,

- un sistema de paso para controlar el ángulo de paso de dichas una o más palas de rotor, comprendiendo 5 dicho sistema de paso al menos un accionador de paso y un controlador de paso para generar señales de control de accionador de paso,

caracterizada porque el sistema de paso comprende además

- elementos sensores de paso dispuestos para establecer valores de frecuencia de paso y fuerza de paso y

- un controlador de compensación dispuesto para compensar las discrepancias entre dichas señales de

control de accionador de paso y dichos valores de frecuencia de paso y fuerza de paso ajustando parámetros de un algoritmo de control de dicho controlador de compensación dependiendo de dichas discrepancias.

2. Turbina eólica según la reivindicación 1, en la que dicho controlador de compensación comprende un regulador de autosintonización (STR) .

3. Turbina eólica según la reivindicación 1, en la que dicho controlador de compensación comprende un sistema adaptativo de modelo de referencia (MRAS) .

4. Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador de compensación está dispuesto para ajustar continuamente dichos parámetros del algoritmo de control.

5. Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho accionador de paso es 20 un accionador de paso hidráulico.

6. Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho controlador de compensación está dispuesto además para ajustar dichos parámetros del algoritmo de control dependiendo de valores ambientales tales como la temperatura y la velocidad del viento.

7. Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho controlador de

compensación está dispuesto además para ajustar dichos parámetros del algoritmo de control dependiendo de los valores de frecuencia de paso y fuerza de paso.

8. Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha turbina eólica es una turbina eólica de velocidad variable.

9. Método para compensar las discrepancias en un sistema de paso de pala de rotor de turbina eólica,

comprendiendo dicho sistema de paso al menos un accionador de paso, un controlador de paso, elementos sensores de paso y un controlador de compensación, comprendiendo dicho método las etapas de:

- generar señales de control de accionador de paso mediante dicho controlador de paso

- establecer valores de la frecuencia de paso y la fuerza de paso de dicho accionador de paso mediante dichos elementos sensores,

-ajustar parámetros de dicho controlador de compensación dependiendo de discrepancias entre dichas señales de control de accionador de paso generadas y dichos valores establecidos de dichas frecuencia de paso y fuerza de paso.

10. Método según la reivindicación 9, en el que dichos parámetros de un algoritmo de control se ajustan además dependiendo de valores ambientales.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10, en el que dichos parámetros de un algoritmo de control se ajustan además dependiendo de dichos valores de frecuencia de paso y fuerza de paso.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones de la 9 a la 11, en el que dichos valores establecidos de frecuencia de paso y fuerza de paso se basan en valores medidos.