Instalación de energía eólica y procedimiento para la corrección automática de errores de ajuste de la paleta.

Instalación de energía eólica con una infraestructura (10), una góndola (12) dispuesta sobre ella,

que se puede regularmediante un dispositivo de giro (11), un rotor (14) dispuesto de modo giratorio en un lado frontal de la góndola (12) y queacciona un generador (16) para generar energía eléctrica, unos equipos de medida (21, 22, 23) para medir la velocidad yla dirección del viento, así como una magnitud electromecánica, y un sistema de control (8) para el dispositivo de giro (11),

caracterizada porque

está previsto un módulo de calibrado (2) para el sistema de control (8) que comprende un elemento de medida delrendimiento (3) y un equipo de evaluación (4),estando realizado el elemento de medida del rendimiento (3) para calcular una medida de rendimiento correspondiente ala generación de la magnitud electromecánica en función de la velocidad del viento, siendo la medida del rendimiento unindicador de cuánto genera efectivamente la instalación de energía eólica (1) en las condiciones del viento dadas, ycomprendiendo el equipo de evaluación (4) un clasificador (40) con una primera salida para una primera clase condirección del viento positiva y una segunda salida para una segunda clase con dirección del viento negativa, a las cualesestán conectados un primer elemento de cálculo (41) para determinar un primer valor medio a partir de las medidas derendimiento de la primera clase y un segundo elemento de cálculo (42) para determinar un segundo valor medio a partirde las medidas de rendimiento de la segunda clase, y que presenta un elemento comparador (43) que está realizado paradeterminar una diferencia entre los valores medios de las primeras y segundas clases y para emitir un valor de calibradocorrespondiente a la diferencia para el sistema de control (8) del dispositivo de giro (11).

Instalación de energía eólica y procedimiento para la corrección automática de errores de ajuste de la paleta La invención se refiere a una instalación de energía eólica con una infraestructura, una góndola dispuesta sobre ella que se puede regular en dirección acimutal mediante un dispositivo de giro, un rotor dispuesto de modo giratorio en un lado frontal de la góndola que acciona un generador para generar energía eléctrica, y un sistema de control para el dispositivo de giro, al cual están conectados unos equipos de medida destinados a medir parámetros de viento y una magnitud electromecánica.

Las instalaciones de energía eólica actuales están dotadas de rotores que han de orientarse hacia el viento. Dependiendo de la construcción del rotor ha de estar orientado de tal modo que visto a lo largo del eje del rotor mire contra el viento (rotor de barlovento) o señale alejado del viento (rotor de sotavento) . Con el fin de poder girar el rotor a una posición acimutal correcta con relación al viento dominante está previsto generalmente en la instalación de energía eólica un regulador de seguimiento con una paleta. Ésta determina la dirección del viento incidente y actúa de tal modo junto con un dispositivo de giro que el rotor se gire a la posición acimutal correcta. La paleta está situada generalmente sobre la góndola en un lugar detrás del rotor. Por lo tanto se encuentra en una zona afectada por los torbellinos causados por el rotor. Por este motivo se llegan a producir errores de medida.

Por la utilización previa conocida es sabido que las desviaciones resultantes de la disposición de la paleta detrás del rotor se han de determinar y tener en cuenta como valor a corregir. Para ello es preciso que al efectuar la puesta en servicio se proceda a efectuar un calibrado. Un inconveniente de este método consiste en que el valor a calibrar determinado de este modo solamente es procedente para un tipo de aspa de rotor, y en rigor también solo para aquella intensidad del viento a la cual se realizó el calibrado. Además hay otro inconveniente y es que la precisión que se puede conseguir no es especialmente alta incluso si se emplean procedimientos de medida por láser de alta calidad. Generalmente solo se alcanza una precisión de 2º. Esta precisión parecía aceptable ya que el grado de rendimiento de la instalación de energía eólica solo varía con el coseno del error de posición. Con estos antecedentes se consideraban tolerables desviaciones de hasta 5º. Pero se ha reconocido que con este planteamiento no se llega a una solución satisfactoria. Porque hay que añadir otros errores debidos a inevitables errores de posición respecto al viento. Otras causas de los errores de posición se deben principalmente a lo siguiente:

Las variaciones frecuentes o rápidas de la dirección del viento, ya que el dispositivo de giro no puede estar siguiendo al viento constantemente. Se produciría entonces fácilmente una sobrecarga y un fallo prematuro del mecanismo. Otra causa está en la distorsión de la corriente de aire en la zona de la paleta, debida al giro del rotor. Esta distorsión depende de la intensidad del viento, de la dirección del viento y por lo general es difícil de predecir. También surgen errores de precisión debido a posibles influencias de otras instalaciones de energía eólica próximas. Éstas son especialmente marcadas cuando las instalaciones de energía eólica están dispuestas en línea a lo largo de la dirección del viento. Todas estas circunstancias dan lugar a un error de posición determinístico o estocástico de la paleta. Los errores resultantes de esto no se pueden compensar totalmente mediante un simple regulador de seguimiento para el ajuste acimutal. En conjunto resultan unas pérdidas perceptibles debidas al error de posición.

Para contrarrestar estas pérdidas se han desarrollado estrategias de optimización. Por el documento DE-A-199 34 415 se conoce la posibilidad de conseguir una mejora de la regulación simple de seguimiento, al estar previstas varias curvas de potencia en función de la velocidad del viento para la producción de energía para diferentes posiciones del rotor respecto al viento. Mediante estas curvas de potencia se determina para el calibrado de la regulación de seguimiento un valor óptimo mediante cálculos de optimización de por sí conocidos. Las curvas de potencia se han de determinar y memorizar para distintos ángulos de incidencia al efectuar la puesta en marcha de la instalación; también existe la posibilidad de efectuar una modificación adaptiva de las curvas de potencia durante el funcionamiento. Un inconveniente de esta técnica es que la medición de diferentes curvas de potencia para diferentes condiciones de afluencia resulta compleja.

La invención se plantea como objetivo, partiendo del estado de la técnica citado en último lugar, crear una instalación de energía eólica y un procedimiento para realizar la alineación de la instalación de energía eólica que con menor complejidad permita efectuar una orientación más precisa, incluso en circunstancias difíciles.

La solución conforme a la invención se encuentra en las características de las reivindicaciones independientes. Unos perfeccionamientos ventajosos constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención está previsto en una instalación de energía eólica con una infraestructura, una góndola dispuesta sobre ella que se puede regular en dirección acimutal mediante una dispositivo de giro, un rotor dispuesto de modo giratorio en un lado frontal de la góndola y que acciona un generador para generar energía eléctrica, unos equipos de medida para medir la velocidad y la dirección del viento, así como una magnitud electromecánica, y un sistema de control para el dispositivo de giro, que esté previsto un módulo de calibrado para el sistema de control que comprenda un elemento de medida del rendimiento y una equipo de evaluación, estando realizado el elemento de medida del rendimiento para calcular una medida rendimiento correspondiente a la generación de la magnitud electromecánica en función de la velocidad del viento, siendo la medida del rendimiento un indicador de cuánto genera efectivamente la instalación de energía eólica en las condiciones de viento dadas, y comprendiendo el equipo de evaluación un clasificador con una primera salida para una primera clase con dirección del viento positiva y una segunda salida para una segunda clase con dirección del viento negativa, a las cuales están conectados un primer elemento de cálculo para determinar un primer valor medio a partir de las medidas de rendimiento de la primera clase y un segundo elemento de cálculo para determinar un segundo valor medio a partir de las medidas de rendimiento de la segunda clase, y que presente un elemento comparador que esté realizado para determinar una diferencia entre los valores medios de la primera y de la segunda clase y emitir un valor de calibrado correspondiente a la diferencia para el sistema de control del dispositivo de giro.

La invención consigue con esto disminuir el error de posición del rotor con relación a la dirección del viento, y esto con independencia de las condiciones de viento reinantes. La esencia de la invención se encuentra en la idea de prever un módulo de calibrado independiente que actúe sobre el sistema de control para el dispositivo de giro. Mediante el módulo de calibrado se comprueba si la góndola ha sido orientada efectivamente por el sistema de control de modo correcto respecto al viento. Si esto no es así, se emite un valor de corrección para el sistema de control, a base del cual el sistema de control lleva a cabo la restante orientación de la góndola. De este modo se compensan los errores tales como surgen debido a un montaje inexacto de la paleta (errores estacionarios) . Pero también se pueden compensar otras clases de posicionamientos erróneos, por ejemplo debidos a condiciones de afluencia desfavorables de la paleta (errores dinámicos) , tal como pueden surgir por ejemplo por la desviación de la corriente de aire a sotavento del rotor (efecto de sacacorchos) . La invención permite además conseguir una orientación óptima del rotor incluso si visto en toda la superficie del rotor no reinan unas condiciones de viento homogéneas. Incluso con una paleta que mida con mucha precisión no se puede por lo tanto con ella sola conseguir una orientación óptima del rotor. Gracias al módulo de calibrado conforme a la invención que tiene en cuenta las circunstancias que efectivamente actúan sobre el rotor, resulta posible obtener una orientación óptima, incluso en condiciones totalmente difíciles.

Un aspecto esencial se basa en formar una medida del rendimiento mediante... [Seguir leyendo]

1. Instalación de energía eólica con una infraestructura (10) , una góndola (12) dispuesta sobre ella, que se puede regular mediante un dispositivo de giro (11) , un rotor (14) dispuesto de modo giratorio en un lado frontal de la góndola (12) y que acciona un generador (16) para generar energía eléctrica, unos equipos de medida (21, 22, 23) para medir la velocidad y la dirección del viento, así como una magnitud electromecánica, y un sistema de control (8) para el dispositivo de giro (11) ,

caracterizada porque está previsto un módulo de calibrado (2) para el sistema de control (8) que comprende un elemento de medida del rendimiento (3) y un equipo de evaluación (4) ,

estando realizado el elemento de medida del rendimiento (3) para calcular una medida de rendimiento correspondiente a la generación de la magnitud electromecánica en función de la velocidad del viento, siendo la medida del rendimiento un indicador de cuánto genera efectivamente la instalación de energía eólica (1) en las condiciones del viento dadas, y

comprendiendo el equipo de evaluación (4) un clasificador (40) con una primera salida para una primera clase con dirección del viento positiva y una segunda salida para una segunda clase con dirección del viento negativa, a las cuales están conectados un primer elemento de cálculo (41) para determinar un primer valor medio a partir de las medidas de rendimiento de la primera clase y un segundo elemento de cálculo (42) para determinar un segundo valor medio a partir de las medidas de rendimiento de la segunda clase, y que presenta un elemento comparador (43) que está realizado para determinar una diferencia entre los valores medios de las primeras y segundas clases y para emitir un valor de calibrado correspondiente a la diferencia para el sistema de control (8) del dispositivo de giro (11) .

2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque la magnitud es energía eléctrica.

3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque la magnitud es la potencia eléctrica.

4. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque la magnitud es el momento mecánico o eléctrico.

5. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el elemento de medida del rendimiento (3) es un elemento normalizador realizado para normalizar la magnitud en función de la velocidad del viento.

6. Instalación de energía eólica según la reivindicación 5, caracterizada porque el elemento normalizador presenta un módulo de potenciación que calcula preferentemente la tercera potencia de la velocidad del viento.

7. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el elemento de medida del rendimiento (3) presenta un modelo lineal del sistema de rotor/generador (14, 18) .

8. Instalación de energía eólica según la reivindicación 7, caracterizada porque el modelo lineal comprende un elemento de retardo de primer orden.

9. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque los elementos de cálculo (41, 42) están realizados para calcular un valor medio ponderado.

10. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por estar prevista una memoria (26) en la cual están almacenados juegos de datos (28) con la velocidad y dirección del viento medida y la medida de la magnitud electromecánica, y porque el elemento de medida del rendimiento (3) está realizado para la llamada de los juegos de datos (28) .

11. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la memoria (26) está realizada como memoria anular en una magnitud predeterminable de juegos de datos de memoria (28) .

12. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque están previstos por lo menos una clase adicional para la dirección del viento positiva o negativa y/o una clase neutra para una dirección del viento intermedia.

13. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque el elemento de medida del rendimiento (3) está realizado de modo autoadaptivo.

14. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por estar previsto un módulo corrector para la adaptación a diferentes instalaciones de energía eólica y/o a sus componentes.

15. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque el equipo de medida (21, 22) para los parámetros de viento está dispuesto en un lugar independiente de la instalación de energía eólica (1) .

16. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada por estar previsto un filtro de relevancia (32) que está realizado para no tener en cuenta o tener en cuenta solo en medida reducida los valores situados 5 fuera de unos valores límite ajustables.

17. Procedimiento para la alineación de instalaciones de energía eólica (1) que presenten una góndola (12) dispuesta de modo giratorio sobre una infraestructura (10) , con un rotor (14) en su cara frontal, con los pasos de:

medir (28) la velocidad y la dirección del viento y obtener una medida de una magnitud electromecánica,

formar una medida del rendimiento (3) de la magnitud en función de la velocidad del viento, siendo la medida del 10 rendimiento (3) un indicador de cuánto genera efectivamente la instalación de energía eólica (1) en las condiciones del viento dadas,

clasificar según la dirección del viento positiva o negativa y formar un primer valor medio (41) a partir de las medidas de rendimiento (28) en las cuales la dirección del viento es positiva, y

formar un segundo valor medio (42) a partir de las medidas de rendimiento (28) en las cuales la dirección del viento es 15 negativa,

determinar la diferencia (43) entre el primero y el segundo valor medio (41, 42) , y

emitir un valor de calibrado correspondiente a la diferencia para el sistema de control (8) para el giro de la góndola (12) .

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado por la explotación de una instalación de energía eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16.