Sistema de energía eólica para generar electricidad y método de control relativo.

Un sistema de energía eólica para generar electricidad que comprende una barquilla (3);

un conjunto (16) rotatorioque gira alrededor de un eje (A2) con respecto a la barquilla (3); y un dispositivo (7) de detección de velocidadangular para detectar la velocidad angular del conjunto (16) rotatorio estando el sistema de energía eólicacaracterizado por que comprende al menos un sensor (18) de imagen orientado hacia una superficie (19) delconjunto (16) rotatorio y fijado a la barquilla (3) para adquirir imágenes de partes de la superficie (19) del conjunto(16) rotatorio; y por que dicha superficie (19) es una superficie anular o cilíndrica y tiene propiedades ópticas nouniformes.

Sistema de energía eólica para generar electricidad y método de control relativo La presente invención se refiere a un sistema de energía eólica para generar electricidad y a un método de control relativo.

Más específicamente, la presente invención se refiere a un sistema de energía eólica para generar electricidad que comprende una barquilla; un conjunto rotatorio que gira alrededor de un eje con respecto a la barquilla; y un dispositivo de detección de velocidad angular para detectar la velocidad angular del conjunto rotatorio.

El sistema de energía eólica para generar electricidad comprende un buje; un número de palas fijadas al buje; y una máquina eléctrica que comprende un estátor y un rotor.

En el uso real, el viento sopla sobre las palas para hacer girar el buje alrededor del eje, y de este modo transferir la energía cinética del viento al buje; y la rotación del buje se transfiere a la máquina eléctrica, en particular al rotor que está conectado a y gira con el buje alrededor del eje.

El buje, las palas y el rotor definen el conjunto rotatorio.

La velocidad angular del conjunto rotatorio debe detectarse para controlar el sistema de energía eólica. Más específicamente, la velocidad angular del rotor debe detectarse para controlar un inversor acoplado a la máquina eléctrica, y/o para controlar el paso de las palas con respecto al viento, y/o para calcular el coeficiente de energía del sistema, y/o para monitorizar el funcionamiento y la eficacia del sistema, y/o para mantener una velocidad angular máxima.

El dispositivo de detección de velocidad angular más empleado habitualmente en los sistemas de energía eólica es un codificador, del que hay diversos tipos. Los más usados habitualmente son los codificadores incrementales y absolutos, que comprenden un fotodetector o un sensor de proximidad.

Los codificadores incrementales y absolutos comprenden un disco, cuya cara lateral tiene al menos una sucesión de agujeros dispuestos en al menos un círculo; y un dispositivo para detectar los agujeros. El disco está fijado al conjunto rotatorio, y el dispositivo de detección de agujeros está fijado a la barquilla.

Un disco de codificador incremental tiene al menos una sucesión de agujeros espaciados por igual, y el dispositivo de detección de agujeros comprende al menos un sensor de proximidad al lado del disco, o al menos una fuente de luz y al menos un fotodetector a cada lado del disco.

A medida que el disco gira, el dispositivo de detección de agujeros detecta los agujeros y genera una señal que indica la distancia angular recorrida y la velocidad angular del disco, y por lo tanto del conjunto rotatorio.

Algunos codificadores incrementales tienen al menos dos sensores de proximidad o al menos dos fotodetectores, y agujeros dispuestos en al menos dos círculos, y detectan la dirección de rotación del disco.

En los codificadores absolutos, por otro lado, los orificios están dispuestos de manera desigual en una configuración determinada en al menos dos círculos, y el dispositivo de detección de agujeros comprende al menos dos fotodetectores o al menos dos sensores de proximidad. Los codificadores absolutos procesan las señales de los sensores de proximidad o los fotodetectores para determinar la posición angular con respecto a una referencia fija.

Un problema del uso de codificadores en los sistemas de energía eólica de transmisión directa se encuentra en el codificador que requiere un disco grande fijado al conjunto rotatorio.

En algunos sistemas de energía eólica de transmisión directa, el rotor y el buje son huecos, están conectados directamente entre sí, y tienen diámetros internos que permiten el acceso de los trabajadores al interior para el mantenimiento o la inspección. En tales casos, el uso de un codificador requiere un disco fijado al conjunto rotatorio y lo suficientemente grande como para permitir un fácil acceso, lo que plantea dos problemas: el peso del disco en sí, y la precisión con la que se forman los agujeros, que afecta a la exactitud con la que se determina la velocidad angular. Además, los codificadores son sensibles a la vibración provocada por las palas; y los agujeros son objeto de la obstrucción por suciedad, perjudicando de este modo la fiabilidad del dispositivo de detección de agujeros.

Otros ejemplos de un sistema de energía eólica para generar electricidad se desvelan en los documentos FR 2882404, US 2006/000269, US 2008/303281; US 2004/151575, y EP 1832743.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de energía eólica equipado con un dispositivo de detección de velocidad angular diseñado para eliminar los inconvenientes de la técnica conocida.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de energía eólica para generar electricidad que comprende una barquilla; un conjunto rotatorio que gira alrededor de un eje con respecto a la barquilla; y un dispositivo de detección de velocidad angular para detectar la velocidad angular del conjunto rotatorio, estando el sistema de energía eólica caracterizado por que comprende al menos un sensor de imagen orientado hacia una superficie del conjunto rotatorio y fijado a la barquilla para adquirir imágenes de partes de la superficie del conjunto rotatorio, y por que dicha superficie es una superficie anular o cilíndrica y tiene propiedades ópticas no uniformes. Usando un sensor de imagen, el conjunto rotatorio ya no necesita estar equipado con un disco con al menos una sucesión de agujeros. De hecho, puede usarse cualquier superficie existente del conjunto rotatorio en combinación con el sensor de imagen para detectar la velocidad angular, y por lo tanto puede seleccionarse por motivos de simplificación de la instalación del sensor de imagen.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un método para controlar un sistema de energía eólica, diseñado para eliminar los inconvenientes de la técnica conocida.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para controlar un sistema de energía eólica para generar electricidad; comprendiendo el sistema de energía eólica una barquilla, y un conjunto rotatorio que gira alrededor de un eje con respecto a la barquilla; y estando el método caracterizado por comprender las etapas de adquirir imágenes de una superficie anular o cilíndrica del conjunto rotatorio; recubrir la superficie, de modo que la superficie tenga propiedades ópticas no uniformes; y determinar la velocidad angular del conjunto rotatorio en base a las imágenes adquiridas.

Una realización no limitante de la presente invención se describirá a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista lateral parcialmente seccionada, con partes retiradas para mayor claridad, de un sistema de energía eólica de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 muestra una vista lateral parcialmente seccionada, a mayor escala, con partes retiradas para mayor claridad, de un detalle del sistema de energía eólica de la figura 1;

La figura 3 muestra una vista en perspectiva parcialmente seccionada, a mayor escala, con partes retiradas para mayor claridad, de un detalle del sistema de energía eólica de la figura 1.

El número 1 en la figura 1 indica un sistema de energía eólica para generar electricidad.

En el ejemplo mostrado, el sistema 1 es un sistema de energía eólica de transmisión directa y velocidad angular variable.

El sistema 1 de energía eólica comprende una torre 2, una barquilla 3, un buje 4, tres palas 5, una máquina 6 eléctrica, un dispositivo 7 de detección de velocidad angular (figura 2) , y un dispositivo 8 de control (figura 2) .

Las tres palas 5 están fijadas al eje 4, que a su vez está fijado a la barquilla 3, a su vez fijada a la torre 2.

La barquilla 3 se monta para girar alrededor de un eje A1 con respecto a la torre 2 para colocar las palas 5 orientadas hacia el viento; el buje 4 se monta para girar alrededor de un eje A2 con respecto a la barquilla 3; y cada pala 5 se monta para girar alrededor de un eje A3 respectivo con respecto al buje 4.

Con referencia a la figura 2, el buje 4 comprende un árbol 9 hueco y un cuerpo 10, que están conectados rígidamente entre sí y tienen diámetros internos lo suficientemente grandes para permitir que un trabajador acceda al interior para el mantenimiento o la inspección.

El árbol 9 hueco está fijado, en los cojinetes 11, a la barquilla 3 y conectado directamente a la máquina 6 eléctrica.

La máquina 6 eléctrica comprende un estátor 12 y un rotor 13. El estátor 12 define una parte de la barquilla 3... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de energía eólica para generar electricidad que comprende una barquilla (3) ; un conjunto (16) rotatorio que gira alrededor de un eje (A2) con respecto a la barquilla (3) ; y un dispositivo (7) de detección de velocidad angular para detectar la velocidad angular del conjunto (16) rotatorio estando el sistema de energía eólica caracterizado por que comprende al menos un sensor (18) de imagen orientado hacia una superficie (19) del conjunto (16) rotatorio y fijado a la barquilla (3) para adquirir imágenes de partes de la superficie (19) del conjunto (16) rotatorio; y por que dicha superficie (19) es una superficie anular o cilíndrica y tiene propiedades ópticas no uniformes.

2. Un sistema de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo (7) de detección de velocidad angular comprende al menos una fuente (20) de luz orientada hacia dicha superficie (19) para iluminar un área de la superficie (19) cubierta por el sensor (18) de imagen.

3. Un sistema de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la fuente (20) de luz se selecciona a partir del grupo compuesto de lámparas incandescentes, lámparas fluorescentes, lámparas halógenas, LED y láseres.

4. Un sistema de energía eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor (18) de imagen adquiere imágenes a una velocidad de adquisición, y el dispositivo (7) de detección de velocidad angular comprende una unidad (21) de procesamiento de imágenes acoplada al sensor (18) de imagen para procesar al menos dos imágenes superpuestas.

5. Un sistema de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la velocidad de adquisición es tal que, cuando el conjunto (16) rotatorio gira a una velocidad angular máxima, se superponen dos imágenes adquiridas consecutivamente.

6. Un sistema de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 4 o 5, en el que la unidad (21) de procesamiento de imágenes determina los elementos de imagen coincidentes en dichas imágenes superpuestas, y una distancia angular recorrida por el conjunto (16) rotatorio en el lapso de tiempo entre la adquisición de las imágenes superpuestas.

7. Un sistema de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la unidad (21) de procesamiento de imágenes determina la dirección de rotación del conjunto (16) rotatorio.

8. Un sistema de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que la unidad (21) de procesamiento de imágenes determina la velocidad angular del conjunto (16) rotatorio en base a la distancia angular y la velocidad de adquisición.

9. Un sistema de energía eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el dispositivo

(7) de detección de velocidad angular comprende un marcador (23) en la superficie (19) del conjunto (16) rotatorio, y la unidad (21) de procesamiento de imágenes comprende una memoria (24) que almacena al menos una imagen del marcador (23) ; comparando la unidad (21) de procesamiento de imágenes las imágenes adquiridas por el sensor

(18) de imagen con la imagen del marcador (23) para determinar el paso del marcador (23) , y determinando una posición angular del conjunto (16) rotatorio en base a la distancia angular recorrida por el conjunto (16) rotatorio desde el paso del marcador (23) .

10. Un sistema de energía eólica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que la unidad

(21) de procesamiento de imágenes determina el desplazamiento radial del conjunto (16) rotatorio con respecto al eje (A2) .

11. Un método para controlar un sistema de energía eólica para generar electricidad; comprendiendo el sistema (1) de energía eólica una barquilla (3) , y un conjunto (16) rotatorio que gira alrededor de un eje (A2) con respecto a la barquilla (3) ; y estando el método caracterizado por comprender las etapas de adquirir imágenes de una superficie (19) anular o cilíndrica del conjunto (16) rotatorio; recubrir la superficie (19) , de modo que la superficie (19) tenga propiedades ópticas no uniformes; y determinar la velocidad angular del conjunto (16) rotatorio en base a las imágenes adquiridas.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende la etapa de iluminar la superficie (19) con una lámpara incandescente, o una lámpara fluorescente, o una lámpara halógena, o uno o más LED, o un láser.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, que comprende la etapa de determinar la distancia angular recorrida por el conjunto (16) rotatorio.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende las etapas de: colocar un marcador (23) en la superficie (19) del conjunto (16) rotatorio; adquirir y almacenar una imagen del marcador (23) ; comparar las imágenes adquiridas por el sensor (18) de imagen con la imagen del marcador (23) ; determinar el paso del marcador (23) ; y determinar la posición angular del conjunto (16) rotatorio en base a la distancia angular recorrida por el

conjunto (16) rotatorio desde el paso del marcador (23) .

15. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que comprende la etapa de determinar el desplazamiento radial del conjunto (16) rotatorio con respecto al eje (A2) .

16. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, que comprende la etapa de procesar las imágenes adquiridas para determinar la dirección de rotación del conjunto (16) rotatorio.