Procedimiento para la detección de centrales eólicas por medio de una instalación de radar.

Procedimiento para la detección de centrales eólicas por medio de una instalación de radar,

en el que:

a. se emiten de forma sucesiva en el tiempo un número N de secuencias Bx predeterminables, con x≥ 1,...,N, de K impulsos de emisión modulados, respectivamente, con una frecuenciapredeterminable de la secuencia de impulsos,

b. se utiliza un número predeterminable de frecuencias de la secuencia de impulsos,

c. después de cada secuencia enviada, se conmuta cíclicamente a otra frecuencia de la secuenciade impulsos,

d. los impulsos de emisión reflejados por un objeto son recibidos por la instalación de radar y sonprocesados, de tal manera que aparecen impulsos de recepción correspondientes a los impulsosde emisión, siendo recibidos por cada impulso de emisión una pluralidad de R impulsos derecepción,

e. a partir de los impulsos de recepción, que pertenecen a secuencias Bx de impulsos de emisiónmodulados, se calcula por medio de medición del tiempo de propagación de la señal, la distanciacon relación al objeto, y se genera una matriz de distancias Doppler con R líneas y N*K columnas,caracterizizado por que

f. en una zona azimutal se realizan cíclicamente una pluralidad M de procesos de medición en unadirección azimutal, siendo emitidos en cada proceso de medición N secuencias Bx de impulsos deemisión modulados en la dirección azimutal respectiva, y siendo generada una matriz dedistancias Doppler para cada proceso de medición M,

g. los valores de exploración de Z, con Z ≥ 2...N, las secuencias BN de impulsos de emisiónmodulados desde M procesos de medición son yuxtapuestos y procesados por medio de untérmino de corrección predeterminable, siendo calculado por medio del algoritmo Sinus-Fit comoEstimador de Máxima Probabilidad una oscilación armónica con la desviación cuadrática mínimacon respecto a los valores de exploración, de tal manera que en el caso de presencia de losvalores de exploración fn ≥ f(Xn) de la oscilación compleja de forma sinusoidal con los parámetrosde amplitud A, fase α y frecuencia f, se calculan los parámetros buscados a través de la reducciónal mínimo del parámetro Q según , siendo g una función modelo con los

parámetros p1,..., pn y fn los valores de exploración.

h. a través de la evaluación del Estimador de Máxima Probabilidad, a partir de la matriz de distanciasDoppler con R líneas y N*K columnas se calcula una matriz de resultado con R líneas y N/Zcolumnas, siendo conocidas para cada línea la intensidad de la señal, la fase y la frecuenciaDoppler,

i. después de las etapas del procedimiento a) - h) se generan de forma sucesiva en el tiempo dosmatrices de resultados E1, E2, que se comparan entre sí, siendo marcada una celda de distanciasDoppler como lugar de emplazamiento de una central eólica, cuando

i. la intensidad de la señal de una celda de distancias Doppler en ambas matrices de resultado(E1, E2) se encuentra por encima de un valor umbral predeterminable, y

ii. el desplazamiento de la frecuencia Doppler en una celda de distancias Doppler en ambasmatrices de resultado (E1, E2) se encuentra dentro de un intervalo de valores habitual paracentrales eólicas, y

iii. la diferencia de las frecuencias Doppler en una celda de distancias Doppler en ambas matricesde resultados (E1, E2) está por debajo de un valor umbral predeterminado.

Procedimiento para la detección de centrales eólicas por medio de una instalación de radar

La invención se refiere a un procedimiento para la detección de centrales eólicas por medio de una instalación de radar de acuerdo con las características del preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.

Una central eólica (WKA) convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica. Por muchos conceptos diferentes, se han implantado instalaciones con eje de giro horizontal, que siguen el viento. La mayoría de las veces están constituidas por una torre de acero cilíndrica con un cubo en el extremo, desde el que parten tres rotores formados aerodinámicamente. La altura de la torre, la altura del cubo y la longitud de los rotores varían según la potencia de la turbina o bien el lugar de instalación. A continuación se muestra un resumen de las dimensiones típicas:

Categoría 1, 5 3 5

Longitud del rotor (m) 38 45 62

Altura del cubo (m) 60-110 80-105 100-120

Altura total (m) 98-148 125-150 162-182

Velocidad de rotación (rpm) 17 16 12

Velocidad de las pintas de las palas (m/s) 68 76 79

La velocidad máxima de los rotores se mide en las pintas de los rotores. Se calcula según la fórmula: u = ! * v 15 con u : velocidad en la punta del rotor ! : número de revoluciones de régimen rápido

V : velocidad del viento El número de revoluciones de régimen rápido ! depende del tipo de WKA y está entre 7 y 8 en las instalaciones 20 empleadas normalmente hoy en día. Las centrales eólicas modernas trabajan solamente en el intervalo a partir de un mínimo hasta una velocidad máxima del viento. Además, son giradas por medio de servo motores en la posición óptima con relación a la dirección del viento y están reguladas por el número de revoluciones, es decir, que la velocidad de rotación se mantiene aproximadamente constante y sólo de modifica continuamente. En principio, se conocen las siguientes particularidades de las WKA:

a) Fija estacionaria Una central eólica se encuentra siempre en la misma celda de rango (x, y) , es decir, que la distancia y el ángulo azimutal son constantes. b) Regulación del número de revoluciones de los rotores Las WKA modernas solamente modifican el número de revoluciones de los rotores de forma continua, es decir, que no existen modificaciones bruscas de la velocidad del rotor y, por lo tanto, del desplazamiento de la frecuencia Doppler. c) Campo de aplicación constante Las WKA modernas necesitan para el funcionamiento una velocidad mínima del viento y se desconectan a partir de

una velocidad máxima del viento. Esto significa que la velocidad del rotor, que depende de la velocidad del viento, se mueve dentro de una zona definida.

d) Limitaciones constructivas La distancia mínima entre instalaciones individuales está predeterminada tanto técnicamente como también a través de efectos físicos. Fenómenos como efectos de sombras del viento así como medidas para la reducción al mínimo del impacto de pájaros, carga de ruido, etc. predetermina una cierta distancia mínima entre centrales eólicas individuales.

Las WKAs se caracterizan, además, por una sección transversal reflectante grande (RCS) . La sección transversal reflectante en la banda-S (2, 7 – 2, 9 GHz) y en la banda-L (aproximadamente 1, 3 GHz) de las turbinas WKA habituales actualmente puede ser hasta 30.000 m2. Las palas del rotor, consideradas individualmente, pueden alcanzar un valor punta de hasta 300.000 m2. En comparación con ello, un avión comercial de varios de varios chorros tiene una RCS de 5 a 20 m2. Los valores RCS mencionados anteriormente para centrales eólicas designan valores punta, que dependen de la posición de las palas del rotor así como del ángulo dimensional del radar. Por lo tanto, la RCS de la central eólica se modifica de manera constante y brusca [C.A. Jackson, Windíarm Characteristics and their Effect on Radar Systems, Proc. International Conference on Radar Systems, Edimburgo, Octubre 2007].

La modificación constante y brusca de la RCS de una WKA genera el efecto del llamado ‘destello’. Esto significa que emergen señales de eco de forma totalmente aleatoria. Si se agrupan centrales eólicas en un parque eólico, se producen en esta zona destellos aleatorios, independientes unos de los otros. Estos ecos que aparecen de forma aleatoria se encuentran en la misma zona del desplazamiento Doppler, en el que se encuentran también muchos objetivos posibles para el radar. Este “destello” conduce a una serie de problemas:

a) Interferencias (Clutter) :

Número elevado de detecciones en la zona de parques eólicos, provocadas por los ecos de los rotores de WKA.

b) Dessensibilización:

Probabilidad reducida de la detección de un objeto aéreo sobre o en la proximidad de parques eólicos, tanto en el azimut como también en la dirección de la distancia.

c) Pérdida de trayectorias No es posible el seguimiento de un objeto en la zona de parques eólicos.

Se conoce a partir del documento US 2008/11131 A1 un procedimiento para la detección de centrales eólicas por medio de una instalación de radar.

El cometido de la invención es indicar un procedimiento, con el que se puede detectar una central eólica de una manera fiable evitando los inconvenientes del estado de la técnica.

Este cometido se soluciona a través del procedimiento de acuerdo con las características de la reivindicación de patente vigente 1. Las formas de realización ventajosas de la invención son objeto de reivindicaciones dependientes.

El procedimiento de acuerdo con la invención comprende las siguientes etapas del procedimiento:

a. se emiten de forma sucesiva en el tiempo un número N de secuencias Bx predeterminables, con x = 1, …, N, de K impulsos de emisión modulados, respectivamente, con una frecuencia predeterminable de la secuencia de impulsos,

b. se utiliza un número predeterminable de frecuencias de la secuencia de impulsos,

c. después de cada secuencia enviada, se conmuta cíclicamente a otra frecuencia de la secuencia de impulsos,

d. los impulsos de emisión reflejados por un objeto son recibidos por la instalación de radar y son procesados de tal manera que aparecen impulsos de recepción correspondientes a los impulsos de emisión, siendo recibidos por cada impulso de emisión una pluralidad de R impulsos de recepción,

e. a partir de los impulsos de recepción, que pertenecen a secuencias Bx de impulsos de emisión modulados, se calcula por medio de medición del tiempo de propagación de la señal, la distancia con relación al objeto, y se genera una matriz de distancias Doppler con R líneas y N*K columnas,

f. en una zona azimutal se realizan cíclicamente una pluralidad M de procesos de medición en una dirección azimutal, siendo emitidos en cada proceso de medición N secuencias Bx de impulsos de emisión modulados en la dirección azimutal respectiva, y siendo generada una matriz de distancias Doppler para cada proceso de medición M,

g. los valores de exploración de Z, con Z = 2…N, las secuencias BN de impulsos de emisión modulados desde M procesos de medición son yuxtapuestos y procesados por medio de un término de corrección predeterminable, siendo calculado por medio de un Estimador de Máxima Probabilidad una oscilación armónica con la desviación cuadrática mínima con respecto a los valores de exploración,

h. a través de la evaluación del Estimador de Máxima Probabilidad, a partir de la matriz de distancias de Doppler con R líneas y N*K columnas se calcula una matriz de resultado con R líneas y N/Z columnas, siendo conocidas para cada línea la intensidad de la señal, la fase y la frecuencia de Doppler,

i. después de las etapas del procedimiento a) – h) se generan de forma sucesiva en el tiempo dos matrices de resultados E1, E2, que se comparan entre sí, siendo marcada una celda de distancias de Doppler como lugar de emplazamiento de una central eólica, cuando i. la intensidad de la señal de una celda de distancias de Doppler en ambas matrices de resultado E1, E2 se encuentra por encima de un valor umbral predeterminable, y

ii el desplazamiento de la frecuencia Doppler en una celda de distancias de Doppler en ambas matrices de resultados E1, E2 se encuentra dentro de un intervalo de valores habitual para centrales eólicas y

iii. la diferencia de las frecuencias de Doppler en una celda de distancias de Doppler en ambas matrices de 20 resultados E1, E2 está por debajo de un valor umbral predeterminado.

El procedimiento de acuerdo con la invención parte de una detección por medio de un radar... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la detección de centrales eólicas por medio de una instalación de radar, en el que:

a. se emiten de forma sucesiva en el tiempo un número N de secuencias Bx predeterminables, con x

= 1, …, N, de K impulsos de emisión modulados, respectivamente, con una frecuencia 5 predeterminable de la secuencia de impulsos,

b. se utiliza un número predeterminable de frecuencias de la secuencia de impulsos,

c. después de cada secuencia enviada, se conmuta cíclicamente a otra frecuencia de la secuencia de impulsos,

d. los impulsos de emisión reflejados por un objeto son recibidos por la instalación de radar y son

procesados, de tal manera que aparecen impulsos de recepción correspondientes a los impulsos de emisión, siendo recibidos por cada impulso de emisión una pluralidad de R impulsos de recepción,

e. a partir de los impulsos de recepción, que pertenecen a secuencias Bx de impulsos de emisión modulados, se calcula por medio de medición del tiempo de propagación de la señal, la distancia 15 con relación al objeto, y se genera una matriz de distancias Doppler con R líneas y N*K columnas,

caracterizizado por que f. en una zona azimutal se realizan cíclicamente una pluralidad M de procesos de medición en una dirección azimutal, siendo emitidos en cada proceso de medición N secuencias Bx de impulsos de emisión modulados en la dirección azimutal respectiva, y siendo generada una matriz de distancias Doppler para cada proceso de medición M,

g. los valores de exploración de Z, con Z = 2…N, las secuencias BN de impulsos de emisión modulados desde M procesos de medición son yuxtapuestos y procesados por medio de un término de corrección predeterminable, siendo calculado por medio del algoritmo Sinus-Fit como Estimador de Máxima Probabilidad una oscilación armónica con la desviación cuadrática mínima con respecto a los valores de exploración, de tal manera que en el caso de presencia de los valores de exploración fn = f (Xn) de la oscilación compleja de forma sinusoidal con los parámetros de amplitud A, fase # y frecuencia f, se calculan los parámetros buscados a través de la reducción

al mínimo del parámetro Q según , siendo g una función modelo con los parámetros p1, …, pn y fn los valores de exploración.

h. a través de la evaluación del Estimador de Máxima Probabilidad, a partir de la matriz de distancias Doppler con R líneas y N*K columnas se calcula una matriz de resultado con R líneas y N/Z columnas, siendo conocidas para cada línea la intensidad de la señal, la fase y la frecuencia Doppler,

i. después de las etapas del procedimiento a) – h) se generan de forma sucesiva en el tiempo dos matrices de resultados E1, E2, que se comparan entre sí, siendo marcada una celda de distancias Doppler como lugar de emplazamiento de una central eólica, cuando i. la intensidad de la señal de una celda de distancias Doppler en ambas matrices de resultado (E1, E2) se encuentra por encima de un valor umbral predeterminable, y

ii. el desplazamiento de la frecuencia Doppler en una celda de distancias Doppler en ambas matrices de resultado (E1, E2) se encuentra dentro de un intervalo de valores habitual para centrales eólicas, y

iii. la diferencia de las frecuencias Doppler en una celda de distancias Doppler en ambas matrices de resultados (E1, E2) está por debajo de un valor umbral predeterminado.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que durante la yuxtaposición de las 45 secuencias Sm (Bx) , con m = 1…M, de valores de exploración a partir de M procesos de medición, se tiene en cuenta una corrección de fases de secuencias Sm (Bx) vecinas de valores de exploración, cuando las secuencias Sm (Bx) vecinas de valores de exploración proceden de diferentes procesos de medición.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la yuxtaposición de las secuencias Sm (Bx) de valores de exploración a partir de M procesos de medición se realiza de la siguiente manera:

S1 (B1) , S1 (B2) , ..., S1 (BN) , K, S2 (B1) , S2 (B2) , ..., S2 (BN) , ..., K, SM (B1) , SM (B2) , ..., SM (BN) ,

donde K es un término de corrección de fases.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la yuxtaposición de las secuencias 5 Sm (Bx) de valores de exploración a partir de M procesos de medición se realiza de la siguiente manera:

S1 (B1) , K, S2 (B1) , K, ..., K, SM (B1) , K, S1 (B2) , K, S2 (B2) , K, ..., K, SM (B2) , K, ..., K, S1 (BN) , K, S2 (BN) , K, ..., K, SM (BN) , donde K es un término de corrección de fases.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizado por que por medio del término de corrección 10 de fases K se desplazan los instantes de exploración de una secuencia siguiente en la serie, de tal manera que las secuencias Sm (Bx) vecinas poseen la misma fase.