Procedimiento y sistema de extracción de energía inercial r de una turbina eólica.

Sistema de operación de una turbina eólica (10) durante una operación de reducción de potencia,

comprendiendola turbina eólica que comprende un generador (26) y un rotor (14) de turbina eólica que tiene al menos una pala (24)de rotor, comprendiendo también la turbina eólica un tren de accionamiento (40) que incluye al menos un árbol (28)acoplado al rotor de la turbina eólica y configurado para accionar el generador, comprendiendo dicho sistema (10):un sistema de control (36) configurado para aumentar una velocidad de rotación del rotor (14) de la turbinaeólica más allá de una velocidad nominal óptima para la turbina eólica (10) determinada a partir de unacurva de par-potencia (80) del mismo, pero no mayor que una velocidad nominal del rotor predeterminadadurante la operación de reducción de potencia de la turbina eólica, almacenando así en tren deaccionamiento giratorio energía aerodinámica que de otro modo se habría perdido debido a la reducción depotencia, estando dicho sistema de control (36) también configurado para reducir una demanda de par en elgenerador (26) de tal manera que la potencia generada (84) se mantenga en, o por debajo de, un nivel dereducción de potencia predeterminado (90) durante dicha operación de reducción de potencia; yun convertidor de frecuencia (44) configurado para controlar la excitación del generador (26) para aumentarla demanda de par en el generador (26) después de la liberación de la operación de reducción de potenciapara extraer la energía inercial almacenada en el tren de accionamiento (40) bajo la liberación de laoperación de reducción de potencia.

Procedimiento y sistema de extracción de energía inercial r de una turbina eólica La presente invención descrita se refiere, en general, a la operación de una turbina eólica y, más específicamente, a la extracción de energía inercial a partir de una turbina eólica después de liberar una reducción de potencia de la turbina eólica.

En el documento WO 2008/131775 la velocidad se eleva temporalmente debido al debilitamiento del generador de campo a altas velocidades de viento.

Las turbinas eólicas utilizan la energía del viento para producir energía eléctrica. Las turbinas eólicas típicamente incluyen un rotor que tiene múltiples palas que transforman la energía del viento en movimiento de rotación de un árbol de accionamiento, que a su vez se utiliza para accionar un rotor de un generador eléctrico para producir energía eléctrica. Una pluralidad de turbinas eólicas pueden estar agrupadas, a veces llamadas como un "parque eólico".

Para mitigar los problemas asociados con la carga de la turbina, el suministro de energía a la red y/o en ciertas condiciones de planificación (por ejemplo, actividades de mantenimiento planificadas) , puede ser necesario reducir la producción de energía en parte o la totalidad de las turbinas en un parque eólico, también llamado como "reducción de potencia de la turbina eólica". Durante una reducción de potencia de la turbina eólica se controla un nivel de potencia generado por la turbina (es decir, reducido a un nivel de reducción de potencia) . Típicamente, durante una reducción de potencia de la turbina eólica, se ajusta un ángulo de paso de las palas del rotor para reducir la velocidad de rotación del rotor, lo que reduce la potencia de salida de la turbina eólica. Por ejemplo, durante una reducción de potencia de la turbina eólica, la turbina eólica puede configurarse para suministrar un cuarenta por ciento (40%) de un nivel máximo de energía eléctrica capaz de producirse mediante la turbina eólica. Durante una reducción de potencia de la turbina eólica, las velocidades del viento pueden ser tales que sería posible producir el nivel máximo de energía eléctrica capaz de producirse mediante la turbina eólica, sin embargo, se genera menos energía por otras razones. En otras bras, la energía aerodinámica presente en el viento no se captura a propósito y, por lo tanto, se desperdicia.

En un aspecto de acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema para operar una turbina eólica durante una operación de reducción de potencia. La turbina eólica incluye un generador y un rotor de turbina eólica que tiene al menos una pala del rotor. La turbina eólica incluye también un tren de accionamiento que incluye al menos un árbol acoplado al rotor de la turbina eólica y configurado para accionar el generador. El sistema incluye un sistema de control configurado para aumentar una velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica más allá de una velocidad nominal óptima durante la operación de reducción de potencia de la turbina eólica, y un dispositivo de extracción configurado para extraer la energía inercial almacenada en el tren de accionamiento en caso de liberación de la operación de reducción de potencia.

Diversos aspectos y realizaciones de la presente invención se describirán ahora en relación con los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica de ejemplo.

La figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente en sección de una porción de la turbina eólica que se muestra en la figura 1.

La figura 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento de ejemplo para la extracción de energía inercial a partir de una turbina eólica.

La figura 4 es un gráfico de velocidades del rotor de ejemplo y la energía correspondiente generada a lo largo del tiempo.

La figura 5 es un gráfico que ilustra los cambios en una velocidad del generador a lo largo de un período de tiempo.

La figura 6 es un gráfico que ilustra los cambios en una potencia de salida del generador durante el período de tiempo que también se muestra en la figura 5.

La figura 7 es un gráfico que ilustra los cambios en un nivel de energía de salida del generador durante el período de tiempo que se muestra en la figura 5.

Tal como se utiliza aquí, el término "pala" está concebido para que sea representativo de cualquier dispositivo que proporcione fuerza reactiva cuando se encuentra en movimiento respecto a un fluido circundante. Tal como se utiliza aquí, el término "turbina eólica" se pretende que sea representativo de cualquier dispositivo que genere energía de rotación a partir de la energía del viento y, más específicamente, que convierta la energía cinética del viento en energía mecánica. Tal como se utiliza aquí, el término "generador de viento" se pretende que sea representativo de cualquier turbina eólica que genere energía eléctrica a partir de energía de rotación generada a partir de la energía

del viento y, más específicamente, que convierta la energía mecánica convertida a partir de la energía cinética del viento en energía eléctrica.

Varios efectos técnicos de algunos de los sistemas, procedimientos y aparatos descritos en este documento incluyen al menos uno de (a) configurar un sistema de control para ajustar la operación de la turbina eólica para facilitar el aumento de una velocidad del rotor de un rotor durante la reducción de potencia de la turbina eólica, y (b) configurar un dispositivo de extracción para extraer energía de inercia almacenada en un tren de accionamiento de la turbina eólica bajo la liberación de la reducción de potencia.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica 10 de ejemplo. La figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente seccionada de una porción de la turbina eólica 10. La turbina eólica 10 descrita y mostrada en este documento está configurada para generar energía eléctrica a partir de la energía del viento. Por otra parte, la turbina eólica 10 descrita y mostrada en este documento incluye una configuración de eje horizontal. Sin embargo, en algunas realizaciones, la turbina eólica 10 puede incluir, además de o como una alternativa a la configuración de eje horizontal, una configuración de eje vertical (no representada) . La turbina eólica 10 puede acoplarse a una carga eléctrica (no mostrada) , tal como, pero no limitada a, una red de energía eléctrica (no mostrada) , para la recepción de energía eléctrica desde la misma para accionar el funcionamiento de la turbina eólica 10 y/o componentes asociados y/o para el suministro de potencia eléctrica generada por la turbina eólica 10 a la misma. Aunque sólo se muestra una turbina eólica 10 en las figuras 1 y 2, en algunas realizaciones, una pluralidad de turbinas eólicas 10 pueden agruparse juntas para formar un parque eólico.

La turbina eólica 10 incluye un cuerpo 12, denominado a veces como una "góndola", y un rotor (designado en general mediante 14) acoplado al cuerpo 12 para su rotación respecto al cuerpo 12 alrededor de un eje de rotación 16. En la realización de ejemplo, el cuerpo 12 está montado en una torre 18 que se extiende desde una base 20. Sin embargo, en algunas realizaciones, además de o como alternativa al cuerpo 12 montado en la torre, la turbina eólica 10 incluye un cuerpo 12 adyacente al suelo y/o una superficie de agua. La altura de la torre 18 puede ser cualquier altura adecuada que permita que la turbina eólica 10 funcione como se describe en este documento. El rotor 14 incluye un buje 22 y una pluralidad de palas 24 (a veces llamadas como "perfiles aerodimámicos") que se extienden radialmente hacia el exterior desde el buje 22 para convertir la energía del viento en energía de rotación. Aunque el rotor 14 se describe y se muestra en este documento como que tiene tres palas 24, el rotor 14 puede tener cualquier número adecuado de palas 24. Cada pala 24 puede tener cualquier longitud adecuada que permita que la turbina eólica 10 funcione como se describe en este documento. Por ejemplo, en algunas realizaciones, una o más palas 24 son aproximadamente de un medio metro de largo, mientras que en algunas realizaciones una o más palas 24 son de unos cincuenta metros de largo. Otros ejemplos de longitudes de las palas 24 incluyen diez metros o menos, aproximadamente veinte metros, aproximadamente treinta y siete metros, y aproximadamente cuarenta metros. Otros ejemplos incluyen palas del rotor entre unos cincuenta metros y un centenar de metros de largo.

A pesar de cómo se muestran las palas 24 en la figura 1, el rotor 14 puede tener palas 24 de cualquier forma adecuada, y puede tener palas 24 de cualquier tipo y/o de cualquier... [Seguir leyendo]

1. Sistema de operación de una turbina eólica (10) durante una operación de reducción de potencia, comprendiendo la turbina eólica que comprende un generador (26) y un rotor (14) de turbina eólica que tiene al menos una pala (24) de rotor, comprendiendo también la turbina eólica un tren de accionamiento (40) que incluye al menos un árbol (28) acoplado al rotor de la turbina eólica y configurado para accionar el generador, comprendiendo dicho sistema (10) :

un sistema de control (36) configurado para aumentar una velocidad de rotación del rotor (14) de la turbina eólica más allá de una velocidad nominal óptima para la turbina eólica (10) determinada a partir de una curva de par-potencia (80) del mismo, pero no mayor que una velocidad nominal del rotor predeterminada durante la operación de reducción de potencia de la turbina eólica, almacenando así en tren de accionamiento giratorio energía aerodinámica que de otro modo se habría perdido debido a la reducción de potencia, estando dicho sistema de control (36) también configurado para reducir una demanda de par en el generador (26) de tal manera que la potencia generada (84) se mantenga en, o por debajo de, un nivel de reducción de potencia predeterminado (90) durante dicha operación de reducción de potencia; y

un convertidor de frecuencia (44) configurado para controlar la excitación del generador (26) para aumentar la demanda de par en el generador (26) después de la liberación de la operación de reducción de potencia para extraer la energía inercial almacenada en el tren de accionamiento (40) bajo la liberación de la operación de reducción de potencia.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho sistema de control (36) está configurado para permitir que la velocidad del rotor aumente a la velocidad nominal máxima del rotor.

3. Sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicho sistema de control (36) está configurado para ajustar al menos uno de un paso de la al menos una pala (24) de rotor y un ángulo de güiñada de la turbina eólica (10) para facilitar el control de la velocidad de rotación del rotor (14) .

4. Sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de control (36) está configurado además para:

monitorizar la generación de potencia;

monitorizar la demanda de potencia de la red; e iniciar la reducción de potencia de la turbina eólica (10) cuando la generación de potencia es superior a la demanda de potencia de la red.

5. Sistema de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el sistema de control (36) está configurado además para:

monitorizar la generación de potencia del generador (26) ; e iniciar la reducción de potencia de la turbina eólica (10) cuando la generación de potencia es superior a un nivel de generación de potencia almacenada.