MÉTODOS Y SISTEMAS PARA ALIVIAR LAS CARGAS PRODUCIDAS EN LOS AEROGENERADORES POR LAS ASIMETRÍAS DEL VIENTO.

Métodos y sistemas para aliviar las cargas producidas en los aerogeneradores por las asimetrías del viento.

Los métodos comprenden los siguientes pasos: proporcionar una ley de control que determina el ángulo de paso que hay que aplicar a cada pala para contrarrestar las cargas asimétricas en el rotor (tales como la cortadura del viento, la componente vertical del viento y la desalineación en guiñada) utilizando mediciones de la velocidad del viento y de la dirección del viento en el aerogenerador, valores de las características del viento que provocan las cargas asimétricas en el rotor (bien sean valores en tiempo real o valores estadísticos en el emplazamiento del aerogenerador) y parámetros de configuración del aerogenerador, dicho ángulo de paso debiendo ser añadido al ángulo de paso colectivo θ0; implementar dicha ley de control en los medios de control del aerogenerador. La invención también se refiere a un sistema de control de un aerogenerador dispuesto para implementar dicho método.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100307.

Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: HERNANDEZ MASCARELL,OCTAVIO, SUÁREZ AIZPUN,Jaime, GRUBER,Jorn Klaas, PIZARRO DE LA FUENTE,Carlos.

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.
  • F03D7/04 F03D 7/00 […] › Control automático; Regulación.
MÉTODOS Y SISTEMAS PARA ALIVIAR LAS CARGAS PRODUCIDAS EN LOS AEROGENERADORES POR LAS ASIMETRÍAS DEL VIENTO.

Fragmento de la descripción:

MÉTODOS Y SISTEMAS PARA ALIVIAR LAS CARGAS PRODUCIDAS

EN LOS AEROGENERADORES POR LAS ASIMETRÍAS DEL VIENTO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

5

La invención se refiere a métodos y sistemas para aliviar las cargas

producidas en los aerogeneradores por las asimetrías del viento y, más en

particular, a métodos y sistemas sin medir dichas cargas.

1 o ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Asimetrías del viento tales como la cortadura, la componente vertical y la

desalineación en guiñada producen cargas asimétricas en las palas de un

aerogenerador que implican, por un lado, cargas extremas y, por otro lado,

15 fatiga que puede provocar daños en las palas y en otros componentes del

aerogenerador.

Para reducir dichos efectos perjudiciales, el estado de la técnica enseña

el uso de un control individual del ángulo de paso de las palas añadido al

control colectivo del ángulo de paso de las palas y también el control de la

2 o guiñada. Los comandos de ángulo de paso de las palas y de guiñada para

reducir dichas cargas asimétricas se calculan utilizando las mediciones de

dichas cargas o de los desplazamientos causados por ellas.

Un ejemplo de esta técnica anterior se puede encontrar en US

2006/002792 donde se describe un método para reducir las cargas y para

2 5 proporcionar alineamiento en guiñada en un aerogenerador que incluye la

medición de desplazamientos o momentos resultantes de cargas asimétricas en

el aerogenerador. Estos momentos o desplazamientos medidos se utilizan para

determinar un ángulo de paso para cada pala del rotor para reducir o

contrarrestar la carga asimétrica del rotor y una orientación favorable para

3º reducir la actividad sobre el ángulo de paso de la pala. La alineación en guiñada

del aerogenerador se ajusta de acuerdo con dicha orientación favorable y el

ángulo de paso de cada pala del rotor se ajusta con el ángulo de paso

determinado para reducir o contrarrestar las cargas asimétricas del rotor. Como

el control del ángulo de paso de las palas es relativamente más rápido que el

control de la guiñada se usa más activamente que éste para la reducción de las

cargas asimétricas.

5 Este tipo de control individual del ángulo de paso de las palas derivado de

las mediciones de los efectos de cargas asimétricas tiene sin embargo los

siguientes inconvenientes, sobre todo cuando se instala en aerogeneradores

que ya están en funcionamiento:

- un gran incremento de la actividad sobre el ángulo de paso de las palas

1 o implica una vida más baja en los cojinetes del sistema;

- puede necesitar modificaciones en algunos subsistemas del

aerogenerador (grupo hidráulico y de refrigeración) ;

- la instalación de los aparatos necesarios para medir las cargas y/o los

desplazamientos implica un alto coste.

15 La presente invención se centra en la búsqueda de una solución para

estos inconvenientes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

2 o Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos y sistemas

para aliviar las cargas generadas en los aerogeneradores por las asimetrías del

viento sin medir directa o indirectamente dichas cargas.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar métodos y sistemas

para aliviar las cargas generadas en los aerogeneradores por las asimetrías del

2 5 viento que puedan ser implementados en aerogeneradores que ya están

operativos.

En un aspecto, estos y otros objetos se consiguen con un método para

aliviar cargas asimétricas en el rotor de un aerogenerador de velocidad variable

con medios de control del ángulo de paso de las palas y del par motor que

3 o comprende los siguientes pasos:

-proporcionar una ley de control que determina el ángulo de paso que

hay que aplicar a cada pala para contrarrestar las cargas asimétricas en el rotor

utilizando mediciones de la velocidad del viento y de la dirección del viento en el

aerogenerador, valores de las características del viento que provocan las cargas

asimétricas en el rotor y parámetros de configuración del aerogenerador, dicho

ángulo de paso debiendo ser añadido al ángulo de paso colectivo 80;

5 -implementar dicha ley de control en los medios de control del

aerogenerador.

En una realización de la presente invención, dichas características del

viento que provocan las cargas asimétricas en el rotor incluyen al menos una de

las siguientes: la cortadura, la componente vertical y el desalineamiento en

1 o guiñada (un desalineamiento en guiñada menor que el límite mínimo de

funcionamiento del sistema de control de la guiñada) . Los principales factores

de las cargas asimétricas en el rotor son, por lo tanto, tenidos en cuenta.

En realizaciones de la presente invención, dicha ley de control incluye

una función periódica sinusoidal essemp y una función periódica cosinusoidal

15 eccost.¡J para contrarrestar los efectos aerodinámicos de la componente vertical,

el desalineamiento en guiñada y la cortadura así como el peso del rotor,

teniendo dichas funciones periódicas la misma frecuencia que la frecuencia del

rotor. Se proporciona, por lo tanto, una ley de control 1 P adaptada a los

principales factores de carga asimétrica del rotor que puede contrarrestar una

2 o proporción significativa de sus efectos.

En realizaciones de la presente invención, dicha ley de control también

incluye una función periódica que tiene una frecuencia dos veces la frecuencia

del rotor para contrarrestar oscilaciones 3P en el soporte no-rotatorio del

aerogenerador. Se proporciona, por lo tanto, una ley de control 1 P + 2P

2 5 adaptada a los principales factores de carga asimétrica del rotor que puede

contrarrestar una gran proporción de sus efectos.

En realizaciones de la presente invención, los valores a, rz de,

respectivamente, la cortadura y la componente vertical del viento son valores en

tiempo real determinados utilizando los datos de viento disponibles en el

3 o aerogenerador. Se proporciona, por lo tanto, un método eficaz para aliviar las

cargas generadas en aerogeneradores por las asimetrías del viento sin usar

medidas directas o indirectas de dichas cargas.

En realizaciones de la presente invención, los valores a, rz de,

respectivamente, la cortadura y la componente vertical del viento, son valores

estadísticos en el emplazamiento del aerogenerador. Se proporciona, por lo

tanto, un método para aliviar las cargas generadas en aerogeneradores por las

5 asimetrías de viento que se puede instalar en un gran número de

aerogeneradores operativos sin ninguna modificación de hardware y que puede

lograr una reducción sustancial de dichas cargas.

En las realizaciones de la presente invención, los coeficientes Bs. Be de

dicha ley de control se obtienen mediante la ecuación de batimiento linealizada

1 o y la transformación de Coleman. Se proporciona, por lo tanto, un método

eficiente para el cálculo de dichos coeficientes Bs, Be.

En otro aspecto, los objetos antes mencionados se consiguen con un

sistema de control de un aerogenerador conectado a aparatos de medición de,

al menos, la velocidad del viento V y la dirección del viento, la velocidad del

15 generador n, el ángulo de paso () de cada pala, la potencia P, la posición del

acimut de las palas del aerogenerador lf/ y a, al menos, actuadores de control

del ángulo de paso de las palas y del par motor, estando dispuesto el sistema

de control del aerogenerador para llevar a cabo una regulación del

aerogenerador según una curva de potencia predeterminada para velocidades

2 O del viento por debajo de la velocidad de corte Vout. estando dispuesto también el

sistema de control del aerogenerador para llevar a cabo una regulación

individual del ángulo de paso de cada pala añadiendo al ángulo de paso

colectivo ea un ángulo de paso determinado por una ley de control

implementada en una unidad de control del sistema de control para contrarrestar

25 las cargas asimétricas en el rotor, usando medidas de la velocidad del viento y

de la dirección del viento en el aerogenerador, valores de las características del

viento que provocan cargas asimétricas en el rotor y parámetros de

configuración del aerogenerador.

En realizaciones de la presente invención, la ley de control implementada

3 o en el sistema de control del aerogenerador puede ser una ley de control según

cualquiera de las realizaciones de método mencionadas anteriormente.

Un aerogenerador que comprende el sistema de control mencionado

5 anteriormente...

 


Reivindicaciones:

5 1º 1. Un método para aliviar cargas asimétricas en el rotor de un aerogenerador de velocidad variable con medios de control del ángulo de paso de las palas y del par motor que comprende los siguientes pasos: -proporcionar una ley de control que determina el ángulo de paso que hay que aplicar a cada pala para contrarrestar las cargas asimétricas en el rotor utilizando mediciones de la velocidad del viento y de la dirección del viento en el aerogenerador, valores de las características del viento que provocan las cargas asimétricas en el rotor y parámetros de configuración del aerogenerador, dicho ángulo de paso debiendo ser añadido al ángulo de paso colectivo 80; -implementar dicha ley de control en los medios de control del aerogenerador.

15 2. Un método según la reivindicación 1, en el que dichas características del viento que provocan las cargas asimétricas en el rotor incluyen al menos una de las siguientes: la cortadura del viento, la componente vertical del viento y el desalineamiento en guiñada.

20 2 5 3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dicha ley de control incluye una función periódica sinusoidal 85sem.¡; y una función periódica cosinusoidal 8cCOSI./J para contrarrestar la componente vertical, el desalineamiento en guiñada y la cortadura, así <;:omo el peso del rotor, teniendo dichas funciones periódicas la misma frecuencia que la frecuencia del rotor.

3 o 4. Un método según la reivindicación 3, en el que dicha ley de control también incluye una función periódica que tiene una frecuencia dos veces la frecuencia del rotor para contrarrestar oscilaciones 3P en el soporte no-rotatorio del aerogenerador.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que los

valores a, rz de, respectivamente, la cortadura y la componente vertical del

viento son valores en tiempo real determinados utilizando los datos de viento

disponibles en el aerogenerador.

5

6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que los

valores a, rz de, respectivamente, la cortadura y la componente vertical del

viento, son valores estadísticos en el emplazamiento del aerogenerador.

10 7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que los

coeficientes Bs, Be de dicha ley de control se obtienen mediante la ecuación de

batimiento linealizada y la transformación de Coleman.

8. Sistema de control de un aerogenerador conectado a aparatos de

15 medición de, al menos, la velocidad del viento V y la dirección del viento, la

velocidad del generador Q, el ángulo de paso () de cada pala, la potencia P, la

posición del acimut de las palas del aerogenerador lf/ 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 del aerogenerador para llevar a cabo una

2 o regulación del aerogenerador según una curva de potencia predeterminado (25)

para velocidades del viento por debajo de la velocidad de corte Vaut, estando

dispuesto también el sistema de control del aerogenerador para llevar a cabo

una regulación individual del ángulo de paso de cada pala añadiendo al ángulo

de paso colectivo ea un ángulo de paso determinado por una ley de control

2 5 implementada en una unidad de control del sistema de control para contrarrestar

las cargas asimétricas en el rotor, usando medidas de la velocidad del viento y

de la dirección del viento en el aerogenerador, valores de las características del

viento que provocan las cargas asimétricas en el rotor y parámetros de

configuración del aerogenerador.

5 1 o 9. Sistema de control de un aerogenerador según la reivindicación 8, en el que dichas características del viento que provocan las cargas asimétricas en el rotor incluyen al menos la cortadura del viento, la componente vertical del viento y el desalineamiento en guiñada.

10. Sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en el que dicha ley de control incluye una función periódica sinusoidal 8ssem.p y una función periódica cosinusoidal 8ccost.¡J para contrarrestar la componente vertical, el desalineamiento en guiñada y la cortadura, así como el peso del rotor, teniendo dichas funciones periódicas la misma frecuencia que la frecuencia del rotor.

15 11. Sistema de control de un aerogenerador según la reivindicación 1 O, en el que dicha ley de control también incluye una función periódica que tiene una frecuencia dos veces la frecuencia del rotor para contrarrestar oscilaciones 3P en el soporte no-rotatorio del aerogenerador.

2 o 12. Sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones' 8-11, en el que los valores a, rz de, respectivamente, la cortadura y la componente vertical del viento son valores en tiempo real determinados utilizando los datos de viento disponibles en el aerogenerador.

2 5 13. Sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en el que los valores a, rz de, respectivamente, la cortadura y la componente vertical del viento, son valores estadísticos en el emplazamiento del aerogenerador.

30 14. Sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 8-13, en el que los coeficientes es, ec de dicha ley de control se obtienen mediante la ecuación de batimiento linealizada y la transformación de Coleman.

15. Aerogenerador que comprende un sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 8-14.


 

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