MÉTODOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE AEROGENERADORES MEJORADOS.
Métodos y sistemas de control de aerogeneradores mejorados. Se trata de métodos de operación de un aerogenerador de velocidad variable con medios de control del par y del ángulo de paso de las palas,
que incluyen pasos adicionales para proporcionar a los medios de control del ángulo de paso de las palas en caso de una ráfaga de viento un incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas Δθref en la magnitud necesaria para evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un límite predeterminado. La invención también se refiere·a un aerogenerador comprendiendo un sistema de control dispuesto para llevar a cabo una regulación adicional en caso de ráfagas de viento según dicho método.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100090.
Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: LOPEZ RUBIO,JOSE MARIA, HERNANDEZ MASCARELL,OCTAVIO.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D7/02 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). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.
Fragmento de la descripción:
MÉTODOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE AEROGENERADORES
MEJORADOS
CAMPO DE LA INVENCIÓN
5
La invención se refiere a métodos y sistemas de control de
aerogeneradores mejorados y, en particular, a métodos y sistemas de control
de aerogeneradores mejorados para limitar sobre velocidades causadas por
ráfagas de viento.
10
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los efectos dañinos de las ráfagas de viento en los aerogeneradores son
bien conocidos en la técnica. Si la velocidad del viento aumenta en un pequeño
15 intervalo de tiempo la velocidad del generador puede sobrepasar sus límites
permitidos porque el controlador del aerogenerador no es capaz de generar una
reacción suficientemente rápida y esto puede causar efectos dañinos en el
generador y en otros componentes del aerogenerador.
En el caso de una ráfaga operativa extrema que también produce cargas
2 o extremas en los principales componentes estructurales tales como la raíz de la
pala y el extremo inferior de la torre una solución típica es parar el
aerogenerador. En este sentido WO 2004/077068 describe el uso de sistemas
de radar óptico para detectar ráfagas mucho antes de que el cambio de viento
alcance la torre del aerogenerador, de manera que las palas puedan
2 5 posicionarse en bandera utilizando los medios de orientación de las palas.
Un enfoque conocido para afrontar las ráfagas de viento es usar los
medios de control del par del generador para evitar problemas de sobre
velocidad. Sin embargo esta técnica implica riesgos de causar grandes cargas
en varios componentes del aerogenerador.
30 Otro enfoque descrito por ejemplo en US 7, 342, 323 está basado en la.
medición de la velocidad del viento a una distancia deseada del aerogeneradory controlar el ángulo de paso de las palas del aerogenerador utilizando dicha
información quot;avanzadaquot; de la velocidad del viento. Sin embargo la complejidad y
la falta de robustez de esta técnica implica problemas de confiabilidad.
WO 2007/138138 a nombre del solicitante describe una solución para
una ráfaga extrema de viento que mantiene operativo el aerogenerador y
5 minimiza los momentos de flexión realizando un aumento súbito del ángulo de
paso de las palas saturando la tasa mínima de variación del ángulo de paso de
las palas cuando se detecta la ráfaga extrema de viento. Esta técnica es
aplicable a un caso muy particular de ráfaga de viento.
La presente invención está enfocada a encontrar una solución para esos
1º inconvenientes.
SUMARIO DE LA INVENCION
Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos y sistemas
15 de control de aerogeneradores confiables para limitar sobre velocidades
causadas por ráfagas de viento.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar métodos y sistemas
de control de aerogeneradores para limitar sobre velocidades causadas por
ráfagas de viento capaces de reaccionar rápidamente a ellas sin mediciones
2º avanzadas de la velocidad del viento y manteniendo al aerogenerador
produciendo energía.
En un aspecto estos y otros objetos se consiguen mediante un método
de operación de un aerogenerador de velocidad variable con medios de contm•
del par y del ángulo de paso de las palas que incluye pasos adicionales para
2 5 proporcionar a los medios de control del ángulo de paso de las palas en caso de
una ráfaga de viento un incremento de la referencia del ángulo de paso de latgt;
palas
L1Bref
en la magnitud necesaria para evitar que el par aerodinámicoañadido por la ráfaga de viento sobrepase un límite predeterminado y aumente.
la velocidad del rotor y consiguientemente la velocidad del generador.
30 En realizaciones de la presente invención se proporciona/retira dich?1
incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref alde losmedios de control del ángulo de paso de las palas dependiendo del valor de un
interruptor que indica la presencia/ausencia de una ráfaga de viento
dependiendo de, al menos, los valores de la aceleración del generador A y la
velocidad del generador Q. Por tanto el método incluye pasos separados para
calcular el incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref
5 necesario para contrarrestar el exceso de par aerodinámico debido a una
quot;posiblequot; ráfaga de viento y para detectar la presencia/ausencia de una ráfaga
de viento según unas condiciones predeterminadas de la aceleración del
generador y la velocidad del generador (e incluso un condición adicional
definida por el usuario) de manera que el incremento de la referencia del ángulo
1 o de paso de las palas
calculado se aplica únicamente cuando dichointerruptor está quot;Onquot;. Esto permite por un lado una reacción rápida a las ráfagas
de viento y por otro lado evita reacciones innecesarias en ciertas condiciones de
viento turbulento.
En realizaciones de la presente invención dicho incremento de la
15 referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref se determina como una función
de, al menos, el exceso de par aerodinámico Texc debido a la ráfaga de viento
(el producto de la aceleración del generador y el momento de inercia total) y la
sensibilidad del par al ángulo de paso de las palas Tsens (calculado a partir d-e
una tabla determinada obtenida de simulaciones estáticas porque es una
2º variable dependiente de muchas características físicas del aerogenerador) . Por
tanto la acción de variación del ángulo de paso de las palas para reaccionar a
las ráfagas de viento se hace dependiente no solo de una variable dependiente
de la ráfaga de viento (la aceleración del generador) sino también de una
características físicas del aerogenerador con lo que se consigue una reacción
25 más controlada a las ráfagas de viento.
En realizaciones de la presente invención dicho incremento de la
referencia del ángulo de paso de las palas L1Brefse determina también teniendo
en cuenta el incremento esperado de la velocidad del generador L1Q debido a la
ráfaga de viento y a la cercanía de la velocidad del generador Q a un umbral
3 o
predeterminado. Por tanto se usan variables adicionales para controlar la acciónde variación del ángulo de paso de las palas que puede llevar al aerogenerador
cerca de sus límites operativos.
En otro aspecto, los objetos mencionados anteriormente se consiguen
con un aerogenerador que comprende: una torre y una góndola que aloja un
5 generador accionado por un rotor eólico formado por un buje de rotor y una o
más palas; dispositivos de medida de al menos la velocidad del generador Q y
el ángulo de paso () de cada pala; un sistema de control conectado a dichos
dispositivos de medida y a, al menos, los actuadores de control del ángulo de
paso de las palas y del par motor, estando dispuesto el sistema de control para
1º llevar a cabo una regulación del aerogenerador de acuerdo con una
determinada curva de potencia para velocidades de viento por debajo de la
velocidad de corte Vout; estando dispuesto también el sistema de control para
llevar a cabo una regulación adicional para ráfagas de vientos proporcionado a
los medios de control del ángulo de paso de las palas un incremento de la
15 referencia del ángulo de paso de las palas LlBret en la magnitud necesaria para
evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un
límite predeterminado, estando habilitada dicha regulación adicional cuanckgt;
tiene lugar una ráfaga de viento que cumpla unas condiciones predefinidas y
deshabilitada cuando dicha ráfaga de viento termina.
2 o En realizaciones de la presente invención la disposición del sistema de
control para llevar a cabo dicha regulación adicional comprende un módulo para
obtener dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas LlB, ., ,
y un interruptor Sw para habilitar/deshabilitar dicha regulación adicional que
tiene: un primer sub-módulo para calcular la aceleración del generador A y la
25 referencia de la aceleración del generador Aret dependiendo respectivamente de
la velocidad filtrada del generador Q y de la referencia de la velocidad del
generador f2ret usada por los medios de control del ángulo de paso de las palas
un segundo sub-módulo para calcular el exceso del par aerodinámico Te1c
añadido por la ráfaga de viento y el incremento requerido de la referencia del
3 o
ángulo de paso de las palas LlBreq para salvar dicho exceso dependiendo almenos...
Reivindicaciones:
reivindicaciones
1 o
siguientes.REIVINDICACIONES
5 10 15 1. Un método de operación de un aerogenerador de velocidad variable con medios de control del par y del ángulo de paso de las palas, caracterizado porque incluye pasos adicionales para proporcionar a los medios de control del ángulo de paso de las palas en caso de una ráfaga de viento un incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref en la magnitud necesaria para evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un límite predeterminado.
2. Un método según la realización 1, en el que se proporciona/retira dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1t9ref alde los medios de control del ángulo de paso de las palas dependiendo del valor de un interruptor que indica la presencia/ausencia de una ráfaga de viento dependiendo de, al menos, los valores de la aceleración del generador A y la velocidad del generador Q.
2 o 3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref se determina como una función de, al menos, el exceso de par aerodinámico Texc debido a la ráfaga de viento y la sensibilidad del par al ángulo de paso de las palas Tsens·
25 4. Un método según la realización 3, en el que dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1t9rerse determina también teniendo en cuenta el incremento esperado de la velocidad del generador L1Q debido a la ráfaga de viento y a la cercanía de la velocidad del generador Q a un umbral predeterminado.
3 o 5. Aerogenerador que comprende:
- una torre (13) y una góndola (21) que aloja un generador (19) accionado
por un rotor eólico formado por un buje de rotor (15) y una o más palas (17) ;
- dispositivos de medida de, al menos, la velocidad del generador Q y el
ángulo de paso (}de cada pala;
5 -un sistema de control conectado a dichos dispositivos de medida y a, al
menos, los actuadores de control del ángulo de paso de las palas y del par
motor, estando dispuesto el sistema de control para llevar a cabo una regulación
del aerogenerador de acuerdo con una determinada curva de potencia (25) para
velocidades de viento por debajo de la velocidad de corte Vout;
1º caracterizado porque el sistema de control también esta dispuesto para
llevar a cabo una regulación adicional para ráfagas de vientos proporcionando a
los medios de control del ángulo de paso de las palas un incremento de la
referencia del ángulo de paso de las palas L1 (}, er en la magnitud necesaria para
evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un
15 límite predeterminado, estando habilitada dicha regulación adicional cuando
tiene lugar una ráfaga de viento que cumpla unas condiciones predefinidas y
deshabilitada cuando dicha ráfaga de viento termina.
6. Aerogenerador según la reivindicación 5, en el que la disposición del
2 o sistema de control para llevar a cabo dicha regulación adicional comprende un
módulo (31) para obtener dicho incremento de la referencia del ángulo de paso
de las palas L1 (}rer y un interruptor Sw para habilitar/deshabilitar dicha regulación
adicional, comprendiendo dicho módulo:
- un primer sub-módulo para calcular la aceleración del generador A y la
2 5 referencia de la aceleración del generador Arer dependiendo respectivamente de
la velocidad filtrada del generador Q y de la referencia de la velocidad del
generador 12rer usada por los medios de control del ángulo de paso de las palas
- un segundo sub-módulo para calcular el exceso del par aerodinámico
Texc añadido por la ráfaga de viento y el incremento requerido de la referencia del
3 o
ángulo de paso de las palas L1 (}req para salvar dicho exceso dependiendo almenos del valor medio Bmean del ángulo de paso de las palas medido y de la
inercia del aerogenerador;
- un tercer sub-módulo para calcular el incremento esperado de la
velocidad del generador LI.Q asumiendo que las palas variarán su ángulo de
5 paso a la máxima velocidad permitida;
- un cuarto sub-módulo para calcular un factor de ponderación G a ser
aplicado al incremento requerido de la referencia del ángulo de paso de las
palas LIBreq dependiendo del incremento esperado de la velocidad del generador
LI.Q y de la cercanía de la velocidad del generador .Q a un valor umbral;
1 o un quinto sub-módulo para calcular el interruptor de
habilitación/deshabilitación dependiendo al menos de la velocidad del generador
.Q y de la aceleración del generador A;
- un sexto sub-módulo para calcular el incremento de la referencia del
ángulo de paso de las palas LIBret a ser proporcionado a los medios de control
15
del ángulo de paso.
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