METODOS PARA EVITAR EFECTOS INDESEADOS DEL PAR DE ROTACION IRREGULAR EN UN AEROGENERADOR.

Métodos para evitar efectos indeseados del par de rotación irregular en un aerogenerador.

Son métodos de operación de un aerogenerador, preferentemente un aerogenerador accionado directamente, que comprende un generador (41) de imanes permanentes accionado por un rotor eólico (15) que proporciona potencia a una red eléctrica (7) a través de una unidad de electrónica de potencia (47), que, en una situación de marcha en vacío que crea un par de rotación irregular que puede parar el rotor eólico (15), configuran el convertidor de frecuencia (49) de la unidad de electrónica de frecuencia (47) para controlar la corriente de manera que se cree un par opuesto a dicho par de rotación irregular permitiendo una situación de marcha en vacío libre. La invención también se refiere a un sistema de control para implementar dichos métodos y a un aerogenerador que comprende dicho sistema de control.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000882.

Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: BIRK,JENS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D7/04 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p. ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p. ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › Control automático; Regulación.
  • F03D9/00 F03D […] › Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan; Motores de viento especialmente adaptados para su instalación en lugares particulares (sistemas híbridos de energía eólica-fotovoltaica para la generación de energía eléctrica H02S 10/12).
  • H02K7/18 ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02K MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos H01H 53/00; transformación de una potencia de entrada en DC o AC en una potencia de salida de choque H02M 9/00). › H02K 7/00 Dispositivos para manipular energía mecánica estructuralmente asociados con con máquinas dinamo-eléctricas, p. ej. asociación estructural con un motores mecánico de arrastre o máquinas dinamoeléctrica auxiliares. › Asociación estructural de generadores eléctricos con motores de arrastre, p. ej. turbinas.
  • H02P6/10 H02 […] › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELÉCTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 6/00 Disposiciones para el control de motores síncronos u otros motores dinamoeléctricos mediante conmutación electrónica en función de la posición del rotor; Conmutadores electrónicos a este fin (control vectorial H02P 21/00). › Disposiciones para el control de la ondulación del par motor, p. ej. asegurando una ondulación reducida del par motor.
METODOS PARA EVITAR EFECTOS INDESEADOS DEL PAR DE ROTACION IRREGULAR EN UN AEROGENERADOR.

Fragmento de la descripción:

MÉTODOS PARA EVITAR EFECTOS INDESEADOS DEL PAR DE

ROTACIÓN IRREGULAR EN UN AEROGENERADOR

CAMPO DE LA INVENCIÓN

5

La invención se refiere a métodos para evitar efectos indeseados del par

de rotación irregular en un aerogenerador con un generador de imanes

permanentes (PM) y a un aerogenerador con sistemas de control para

implementar dichos métodos.

10

ANTECEDENTES

Como se muestra en la Figura 2, en un generador o motor de imanes

permanentes (PM) el rotor 45 contiene imanes permanentes 51 y el estator 43

15 contiene laminados apilados que son placas de acero. Los laminados del estator

tienen ranuras 55, en las que se sitúan los devanados 57, y dientes 53 que son

los laminados entre las ranuras 55. Los imanes 51 del rotor serán atraídos

naturalmente por el material magnético del estator 43 o más específicamente

por los dientes 53.

2 o Así pues al girar el rotor 45 la máquina PM tratará de encontrar una

posición de equilibrio en la que los imanes 51 están atraídos por los dientes 53

del estator. Por ello mover el rotor 45 más allá de los dientes 53 requiere cierta

fuerza. Si se continúa girando el rotor 45, aparecerá el siguiente diente 53 en la

dirección de rotación y entones los imanes 51 serán atraídos por el material

2 5 magnético en el diente 53 y conduciendo con ello el giro hacia la siguiente

posición de equilibrio.

Consiguientemente, hacer girar lentamente el rotor 45 a una velocidad

dada requiere una fuerza para, en primer lugar, mover el rotor más allá de una

posición de equilibrio y a continuación con la fuerza necesaria para retener el

3 o rotor y evitar que se mueva demasiado deprisa hacia la nueva posición de

equilibrio.

Será pues necesaria normalmente una fuerza sinusoidal dependiente de

la geometría del rotor 45 y del estator 43. El par necesario se llama el par de

rotación irregular.

Típicamente el par de rotación irregular se reduce tanto como sea posible

5 al diseñar la máquina eléctrica bien desviando los imanes 51 en el rotor 45 o

desviando las ranuras 55 en el estator 43 como se describe, por ejemplo, en US

2008/0036215.

Sin embargo, debido a las tolerancias de fabricación, el par de rotación

irregular no puede reducirse a O.

10 Cuando se usa una máquina PM como un motor, la rotación está

afectada siempre por este fenómeno y por ello las rpm siempre contendrán una

pequeña fluctuación con la frecuencia de paso por ranura. Para ciertos motores

esto resulta inaceptable ya que deben funcionar con un 1 00% de suavidad y por

tanto las fluctuaciones son compensadas controlando la potencia del motor y

15 acelerando o decelerando el rotor para compensar pequeñas variaciones. Esto

se hace controlando la corriente en el motor en un convertidor de frecuencia.

Se sabe análogamente que cuando se usa una máquina PM como

generador hay un par de rotación irregular debido a la frecuencia de paso por

ranura. Su magnitud típica es 1-2% del par nominal y también puede ser

2 o compensado controlando la corriente vía un convertidor de frecuencia.

En el caso de aerogeneradores con generadores PM en una situación de

marcha en vacío, es decir en ausencia de carga o de red, este par de rotación

irregular introduce una variación de par de aproximadamente un 1% del par

nominal. Particularmente en el caso de una máquina con un generador PM

2 5 accionada directamente ese par de rotación irregular será visible directamente

en el rotor y por ello causa algunos problemas.

El par de rotación irregular puede causar una parada del rotor en una

posición de equilibrio. Esta parada puede impedir la lubricación de los cojinetes

principales lo que puede provocar marcas de fricción en los cojinetes dañando

3 o con ello esta parte del aerogenerador.

La presente invención está orientada a la solución de estos

inconvenientes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para evitar

5 la parada del rotor en una situación de marcha en vacío en aerogeneradores

con un generador de imanes permanentes.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para

controlar la velocidad del rotor en una situación de marcha en vacío en

aerogeneradores con un generador de imanes permanentes.

1 o En un aspecto, estos y otros objetos se consiguen proporcionando un

método de operación de un aerogenerador, preferiblemente un aerogenerador

accionado directamente, que comprende un generador de imanes permanentes

accionado por un rotor eólico que proporciona potencia a una red eléctrica a

través de una unidad de electrónica de potencia, que, en una situación de

15 marcha en vacío que crea un par de rotación irregular que puede parar el rotor

eólico, configura el convertidor de frecuencia de la unidad de electrónica de

potencia para controlar la corriente de manera que se cree un par opuesto a

dicho par de rotación irregular permitiendo una situación de marcha en vacío

libre.

20 En realizaciones preferentes, se proporcionan diferentes métodos para

identificar situaciones de marcha en vacío: a) una situación en la que la

velocidad instantánea del rotor W¡ ó la filtrada con un paso bajo Wt, bien en un

instante individual o a lo largo de un intervalo temporal T1, está por debajo de

un valor predeterminado en cada caso; b) una situación en la que hay

2 5 variaciones de la velocidad instantánea del rotor W¡ ó la filtrada con un paso

bajo Wt en un intervalo temporal T2 debidas al par de rotación irregular por

encima de unos primeros valores predeterminados; e) una situación en la que

hay variaciones de la velocidad instantánea del rotor W¡ ó la filtrada con un paso

bajo Wt en un intervalo temporal T2 debidas al par de rotación irregular por

3 o encima de unos segundos valores predeterminados y la velocidad instantánea

del rotor W¡ ó la filtrada con un paso bajo Wt, mínima o media, en dicho intervalo

temporal T2 está por debajo de un valor predeterminado en cada caso. Uno o

más de dichos métodos puede ser implementado en el aerogenerador

dependiendo de sus circunstancias particulares.

En una realización preferente, el convertidor de frecuencia se configura

para hacer que el generador funcione a la velocidad rpmref de una situación de

5 marcha en vacío libre. Se consigue con ello un método que puede reutilizar

esquemas de control y métodos de control que normalmente ya están

implementados en el aerogenerador.

En otra realización preferente, el convertidor de frecuencia se configura

para proporcionar una corriente fija a la frecuencia fija correspondiente a la

1 o velocidad del generador rpmref de una situación de marcha en vacío libre. Se

consigue con ello un método estable a una velocidad muy baja.

En otra realización preferente, dicho convertidor de frecuencia se

configura para aplicar una corriente conformadora a la corriente de salida para

producir dicho par opuesto. Se consigue con ello un método que reacciona muy

15 rápidamente a las variaciones del par de rotación irregular permitiendo con ello

una velocidad de marcha en vacío muy baja.

En otro aspecto, los objetos mencionados anteriormente se consiguen

proporcionado un sistema de control para un aerogenerador que comprende un

generador de imanes permanentes accionado por un rotor eólico que

2 o proporciona potencia a una red eléctrica a través de una unidad de electrónica

de potencia que incluye un convertidor de frecuencia, dispositivos de medida o

de estimación de al menos la velocidad del rotor W, la velocidad del generador

rpm, la intensidad 1y el par T, que también comprende una unidad de control

conectada a dichos dispositivos y a dicho convertidor de frecuencia adaptada

2 5 para ejecutar los métodos mencionados anteriormente.

En otro aspecto, los objetos mencionados anteriormente se consiguen

proporcionando un aerogenerador que comprende dicho sistema de control.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán

de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

5 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

1 o 15 2 o

La Figura 1 es una vista esquemática en sección lateral de un aerogenerador accionado directamente con el generador situado aguas arriba del rotor eólico. La Figura 2 es una vista esquemática en sección lateral de un generador PM. La Figura 3 es un diagrama de bloques de un...

 


Reivindicaciones:

reivindicaciones

siguientes.

REIVINDICACIONES

1. Método de operación de un aerogenerador que comprende un

generador (41) de imanes permanentes accionado por un rotor eólico (15) que

5 proporciona potencia a una red eléctrica (7) a través de una unidad de

electrónica de potencia (47) , caracterizado porque, en una situación de marcha

en vacío que crea un par de rotación irregular que puede parar el rotor eólico

(15) , se configura el convertidor de frecuencia (49) de la unidad de electrónica

de potencia (47) para controlar la corriente de manera que se cree un par

1 o opuesto a dicho par de rotación irregular permitiendo una situación de marcha

en vacío libre.

2. Método de operación de un aerogenerador según la reivindicación 1,

caracterizado porque dicha situación de marcha en vacío es una de las

15 siguientes:

a) una situación en la que la velocidad instantánea del rotor ó la filtrada

con un paso bajo (W¡ Wt, ) , bien en un instante individual o a lo largo de un

intervalo temporal T1, está por debajo de un valor predeterminado en cada

caso;

2 o b) una situación en la que hay variaciones de la velocidad instantánea

del rotor ó la filtrada con un paso bajo (W¡ Wt, ) por encima de unos primeros

valores predeterminados debidas al par de rotación irregular en un intervalo

temporal T2;

e) una situación en la que hay variaciones de la velocidad instantánea

2 5 del rotor ó la filtrada con un paso bajo (W¡ Wt, ) por encima de unos segundos

valores predeterminados debidas al par de rotación irregular en un intervalo

temporal T2 y la velocidad instantánea del rotor ó la filtrada con un paso bajo

(W¡ Wt, ) , mínima o media, en dicho intervalo temporal T2 está por debajo de un

valor predeterminado en cada caso.

30

3. Método de operación de un aerogenerador según cualquiera de las

reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el convertidor de frecuencia (49) se

configura para hacer que el generador (41) funcione una situación de marcha en vacío libre. a la velocidad rpmref de

5 4. Método de operación de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el convertidor de frecuencia (49) se configura para proporcionar una corriente fija a la frecuencia fija correspondiente a la velocidad del generador rpmref de una situación de marcha en vacío libre.

10 5. Método de operación de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicho convertidor de frecuencia (49) se configura para aplicar una corriente conformadora a la corriente de salida para producir dicho par opuesto.

15 6. Método de operación de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque dicho aerogenerador es un aerogenerador accionado directamente.

2 o 2 5 7. Un sistema de control para un aerogenerador que comprende un generador (41) de imanes permanentes accionado por un rotor eólico (15) que proporciona potencia a una red eléctrica (7) a través de una unidad de electrónica de potencia (47) que incluye un convertidor de frecuencia (49) , dispositivos de medida o de estimación de al menos la velocidad del rotor W, la velocidad del generador rpm, la intensidad 1 y el par T, caracterizado porque también comprende una unidad de control conectada a dichos dispositivos y a dicho convertidor de frecuencia (49) adaptada para ejecutar un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-6.

8. Un aerogenerador comprendiendo el sistema de control objeto de la reivindicación 7.

 

Patentes similares o relacionadas:

Aparato y procedimiento para hacer funcionar una turbina eólica en condiciones de voltaje de red de suministro bajo, del 22 de Julio de 2020, de VESTAS WIND SYSTEMS A/S: Generador de turbina eólica que incluye un rotor que tiene palas de paso variable conectadas de forma funcional a él, un generador AC para suministrar electricidad […]

Conversión de energía undimotriz, del 22 de Julio de 2020, de Bombora Wave Power Pty Ltd: Un convertidor de energía undimotriz (WEC) , adaptado para situarse, en uso, debajo de la superficie media del agua e incluye al menos una porción de […]

Circuito de protección para un generador eólico, del 15 de Julio de 2020, de INGETEAM POWER TECHNOLOGY, S.A: La presente invención se refiere a un circuito de protección de un aerogenerador que incluye un filtro entre el bus DC del convertidor y tierra, […]

Método para instalar un cable submarino, del 17 de Junio de 2020, de FUNDACION TECNALIA RESEARCH & INNOVATION: Un método para instalar un cable submarino con un aparato sumergible , comprendiendo el método: suministrar alimentación eléctrica […]

Sistema de generación y de distribución de energía para un aerogenerador, del 27 de Mayo de 2020, de SIEMENS GAMESA RENEWABLE ENERGY INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L: Método de distribución de energía de un aerogenerador, que comprende: proporcionar un circuito de energía principal, comprendiendo el circuito principal un generador […]

Sistema de conversión de energía de accionamiento directo para turbinas eólicas compatibles con almacenamiento de energía, del 22 de Abril de 2020, de THE UNIVERSITY OF NOTTINGHAM: Sistema para convertir la energía de uno o más ejes de rotación lenta en energía eléctrica, en el que, en uso, un gas de trabajo fluye en un circuito de gas cerrado […]

Estructura de cuerpo flotante, del 25 de Marzo de 2020, de NIPPON STEEL CORPORATION: Estructura de cuerpo flotante que está configurada para soportar un objeto que va a soportarse de manera que el objeto que va a soportarse flota en el […]

Un método para eliminar el impacto de los retrocesos en la multiplicadora de un aerogenerador, del 25 de Marzo de 2020, de SIEMENS GAMESA RENEWABLE ENERGY INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L: Método de operación de un aerogenerador que comprende un tren de potencia accionando uno o más generadores eléctricos que proporcionan […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .