Sistemas y procedimientos para someter a prueba un sistema de control del cabeceo de una turbina eólica.

Un procedimiento (300) para someter a prueba un sistema de control (200) del cabeceo de una turbina eólica,

comprendiendo el procedimiento:

medir (304) la aceleración tangencial (114) (At) de un rotor (102) de una turbina eólica;

determinar (306) el ángulo de cabeceo de una o más palas (104, 106, 108) de la turbina eólica;

predecir (308) el par de torsión aplicado a las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina que es adecuadopara modificar el cabeceo de la pala basándose, al menos en parte, en la aceleración tangencial (114) (At) y elángulo de cabeceo; y

predecir una tasa de cabeceo de la pala para someter a prueba un sistema para emergencias de posición debandera basándose en la aceleración tangencial medida y el ángulo de cabeceo determinado o en el par detorsión previsto.

Sistemas y procedimientos para someter a prueba un sistema de control del cabeceo de una turbina eólica La presente invención se refiere, en general, a sistemas y procedimientos para someter a prueba un componente de turbina eólica y, en particular, a sistemas y procedimientos para someter a prueba un sistema de control del cabeceo de una turbina eólica.

Se sabe que se puede obtener energía eléctrica a partir de la energía eólica usando turbinas eólicas. Frecuentemente, se utiliza el control del cabeceo de las palas de la turbina para crear condiciones óptimas de carga de la turbina con el fin de obtener energía eólica con la mayor eficacia posible, pero el control del cabeceo de las palas de la turbina también puede ser necesario en situaciones de emergencia para poner el rotor de la turbina en condiciones seguras de velocidad de rotación próxima a cero. Puede ser necesario modificar el cabeceo de las palas en determinadas circunstancias, cuando no hay una red eléctrica disponible. Por ejemplo, puede que las palas no tengan un ángulo de cabeceo óptimo o seguro durante un corte en la red eléctrica. Por lo tanto, se puede utilizar un sistema de baterías para proporcionar energía de reserva para emergencias al sistema de control del cabeceo de las palas de la turbina y a los motores de cabeceo de las palas.

Un sistema de reserva para emergencias de control del cabeceo puede incluir componentes tales como baterías, controladores, módulos de cabeceo de las palas, motores de cabeceo de las palas, acelerómetros, codificadores del cabeceo de las palas, engranajes, árboles y sistemas de lubricación. Estos componentes se pueden someter a prueba periódicamente para determinar si el sistema de reserva para emergencias de control del cabeceo puede realizar la función a la que está destinado durante un corte de electricidad. Sin embargo, las condiciones de prueba para el sistema de reserva de control del cabeceo dependen enormemente de la orientación de las palas del rotor. Por lo tanto, persiste la necesidad de proporcionar mejores sistemas y procedimientos para someter a prueba sistemas de control del cabeceo de turbina eólicas.

El documento US 2009/0184519 divulga un sistema de cabeceo de velocidad controlada para una turbina eólica.

El documento US 2009/0224543 analiza un procedimiento para la operación de una planta de energía eólica y una planta de energía eólica que tiene al menos una pala de rotor de ángulo ajustable.

Algunas o todas las necesidades anteriores se pueden abordar por un procedimiento para someter a prueba un sistema de control del cabeceo de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 y un sistema para someter a prueba un sistema de control del cabeceo de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 9. En las reivindicaciones adjuntas se definen diversos aspectos y modos de realización de la presente invención.

En el presente documento se describen en detalle otros modos de realización y aspectos de la invención. Se pueden entender otros modos de realización y aspectos con referencia a la siguiente descripción detallada, los dibujos que la acompañan y las reivindicaciones adjuntas.

A continuación se hará referencia a las tablas y los dibujos adjuntos, que no están necesariamente a escala, y en los que:

La FIG. 1 es un diagrama de un rotor de turbina eólica ilustrativo de acuerdo con un modo de realización ejemplar de la invención.

La FIG. 2 es un diagrama de un sistema de control de una turbina eólica ilustrativo de acuerdo con un modo de realización ejemplar de la invención.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento ejemplar de acuerdo con un modo de realización ejemplar de la invención.

A continuación en el presente documento se describirán modos de realización de la invención en más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran modos de realización de la invención. No obstante, la presente invención se puede realizar de muchas formas diferentes y no se debería considerar limitada a los modos de realización descritos en el presente documento; antes bien, estos modos de realización se proporcionan con el fin de que la presente divulgación sea exhaustiva y completa. En toda su extensión, los números semejantes se refieren a elementos semejantes.

De acuerdo con los modos de realización de la invención, se proporcionan un procedimiento y un sistema para someter a prueba los componentes asociados con un sistema de cabeceo de las palas de una turbina eólica. Determinados modos de realización de la invención pueden permitir someter a prueba los componentes asociados con el sistema de cabeceo de las palas y evaluarlos de forma más precisa mediante la inclusión de información de la carga de torsión (o par de torsión) del cabeceo de las palas al someter a prueba y evaluar los componentes.

El centro de gravedad de la pala de la turbina puede no estar necesariamente alineado con el eje de rotación de cabeceo de la pala; y, por lo tanto, la carga de torsión sobre cada pala puede ser una función de la posición angular de la pala con respecto al eje del rotor. Por ejemplo, la gravedad puede inducir una cantidad significativa de par de

torsión sobre una pala en la posición de aproximadamente 90 grados (las 3 en punto) o de aproximadamente 270 grados (las 9 en punto) , pero el par de torsión puede ser mínimo cuando la pala está en la posición de aproximadamente 0 grados (las 12 en punto) o aproximadamente 180 grados (las 6 en punto) . Se puede utilizar un acelerómetro unido al rotor para medir la magnitud y el signo de la componente de la gravedad que es tangencial al rotor, y se puede utilizar esta medida del acelerómetro para predecir el par de torsión de la pala.

Se puede colocar un acelerómetro cerca de la raíz de la pala para medir la fuerza debida a la gravedad tangencial a la rotación del buje. Debido al diseño de los acelerómetros electrónicos, se pueden registrar las fuerzas gravitacionales como una aceleración igual a la fuerza de una componente vectorial de la gravedad a lo largo del eje de medida en sentido opuesto a la fuerza aplicada por la gravedad. Un acelerómetro fijo con un eje de medida vertical puede registrar aproximadamente 1 g de aceleración en sentido ascendente. Cuando una pala está recta hacia arriba o recta hacia abajo (aproximadamente 0 o aproximadamente 180 grados) el acelerómetro del eje tangencial registrará aproximadamente 0 g de aceleración. Cuando el rotor está situado a aproximadamente 90 o aproximadamente 270 grados, el acelerómetro puede registrar aproximadamente +1 g o aproximadamente -1 g.

Se pueden utilizar sensores para determinar el ángulo de cabeceo y se pueden usar acelerómetros para medir el vector de gravedad tangencial. El ángulo de cabeceo de la pala y el vector de gravedad tangencial se pueden utilizar para predecir la cantidad de esfuerzo que puede ser adecuada para modificar el cabeceo de la pala. El ángulo de cabeceo de la pala y el vector de gravedad tangencial se pueden utilizar para predecir la tasa de cabeceo de la pala, que puede variar en función del cabeceo de la pala y el ángulo del buje. La predicción de la tasa de cabeceo de la pala y/o del esfuerzo adecuado para modificar el cabeceo de la pala se puede calcular directamente usando las medidas del acelerómetro y la información del ángulo de cabeceo. La información del ángulo de cabeceo de la pala y del vector de gravedad tangencial puede permitir límites de paso/fallo de la tasa de cabeceo cuando se somete a prueba un sistema de control del cabeceo de la pala que se quiere ajustar en función del vector de gravedad y el ángulo de cabeceo de la pala. El cálculo de los límites de error de la tasa de cabeceo se puede realizar usando una tabla de consulta o una ecuación. El límite de error del par de torsión y la tasa de cabeceo se puede calcular de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

Tf = par de torsión por rozamiento del cojinete de cabeceo = f (abs (At) ) , donde At = aceleración tangencial.

Tgm = f (At, Pa) , donde Pa = ángulo de cabeceo.

Tp = par de torsión previsto = Tc + Tf + Tgm, donde Tc = par de torsión constante (independiente de la gravedad) .

Sp = Tasa de cabeceo prevista = f (Tp) .

SL = Límite de error de la tasa de cabeceo = Sp * % margen.

El ángulo de cabeceo de la pala y el vector de gravedad tangencial se utilizan para predecir la tasa de cabeceo de la pala cuando se somete a prueba un sistema para emergencias de posición de bandera. El giro a posición de bandera es el procedimiento de cambio del ángulo de cabeceo de la pala desde la posición en funcionamiento, próxima a cero grados, a la posición de bandera, próxima... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento (300) para someter a prueba un sistema de control (200) del cabeceo de una turbina eólica, comprendiendo el procedimiento:

medir (304) la aceleración tangencial (114) (At) de un rotor (102) de una turbina eólica;

determinar (306) el ángulo de cabeceo de una o más palas (104, 106, 108) de la turbina eólica;

predecir (308) el par de torsión aplicado a las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina que es adecuado para modificar el cabeceo de la pala basándose, al menos en parte, en la aceleración tangencial (114) (At) y el ángulo de cabeceo; y

predecir una tasa de cabeceo de la pala para someter a prueba un sistema para emergencias de posición de bandera basándose en la aceleración tangencial medida y el ángulo de cabeceo determinado o en el par de torsión previsto.

2. El procedimiento (300) de la reivindicación 1, que comprende además:

determinar (310) uno o más parámetros esperados asociados con el control del cabeceo de las una o más 15 palas (104, 106, 108) de la turbina basándose al menos en el par de torsión previsto aplicado a las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina;

controlar (312) el cabeceo de las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina;

determinar (314) uno o más parámetros reales asociados con el control del cabeceo de las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina; y

determinar (316) un estado de uno o más componentes asociados con la turbina eólica (100) basándose, al menos en parte, en los uno o más parámetros reales y en los uno o más parámetros esperados.

3. El procedimiento (300) de la reivindicación 2, en el que los uno o más umbrales de estado son ajustados basándose, al menos en parte, en el par de torsión previsto aplicado a las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina.

4. El procedimiento (300) de cualquier reivindicación anterior, que comprende además controlar la posición del rotor (102) para controlar las condiciones de prueba.

5. El procedimiento (300) de cualquier reivindicación anterior, en el que medir la aceleración tangencial (114) (At) comprende medir cada una de las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina con un acelerómetro.

6. El procedimiento (300) de cualquier reivindicación anterior, en el que los parámetros esperados comprenden al

menos uno de los siguientes: par de torsión, intensidad de corriente, tiempo de rotación de cabeceo de la pala o posición de rotación de cabeceo de la pala en función del tiempo.

7. El procedimiento (300) de cualquier reivindicación anterior, en el que los parámetros reales comprenden al menos uno de los siguientes: par de torsión del motor (236) de cabeceo de la pala, posición de la pala (104, 106, 108) , intensidad de corriente de la batería (238) , intensidad de corriente del motor (236) de cabeceo de la pala,

ángulo de rotación de cabeceo de la pala, tiempo de rotación de cabeceo de la pala o posición de rotación de cabeceo de la pala en función del tiempo.

8. El procedimiento (300) de cualquier reivindicación anterior, en el que los componentes comprenden al menos uno de los siguientes: controlador (202) , módulo (216) de cabeceo de la pala, baterías (238) , motor (236) de cabeceo de la pala, acelerómetro (118, 220, 222) , codificador (226, 228, 230) de cabeceo de la pala, engranaje,

árbol o sistema de lubricación.

9. Un sistema para someter a prueba un sistema de control (200) del cabeceo de una turbina eólica, comprendiendo el sistema:

al menos un acelerómetro (118) que mide la aceleración tangencial (114) (At) del rotor (102) de una turbina en una o más posiciones de medida asociadas con el rotor (102) de una turbina eólica;

al menos un codificador (226, 228, 230) del cabeceo de la pala que mide el cabeceo de una o más palas (104, 106, 108) de la turbina;

al menos un controlador (202) que controla el cabeceo de una o más palas (104, 106, 108) de la turbina; y

uno o más procesadores (206) que:

determinan el ángulo de cabeceo de una o más palas (104, 106, 108) de la turbina basándose, al menos en

parte, en el al menos un codificador (226, 228, 230) del cabeceo de la pala;

predicen el par de torsión aplicado a las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina que es adecuado

para modificar el cabeceo de la pala basándose, al menos en parte, en la aceleración tangencial (114) (At) y

5 el ángulo de cabeceo; y

predicen una tasa de cabeceo de la pala para someter a prueba un sistema para emergencias de posición

de bandera basándose en la aceleración tangencial medida y el ángulo de cabeceo determinado o en el par

de torsión previsto.

10. El sistema de la reivindicación 9, en el que el uno o más procesadores (206) además:

10 determinan uno o más parámetros esperados asociados con el control del cabeceo de las una o más palas

(104, 106, 108) de la turbina basándose al menos en el par de torsión previsto aplicado a las una o más palas

(104, 106, 108) de la turbina:

controlan el cabeceo de las una o más palas (104, 106, 108) de la turbina;

determinan uno o más parámetros reales asociados con el control del cabeceo de las una o más palas

15 (104, 106, 108) de la turbina; y

determinan un estado de uno o más componentes asociados con la turbina eólica (100) basándose, al

menos en parte, en los uno o más parámetros reales determinados y en los uno o más parámetros

esperados.

Comienzo 308 Predecir el par de torsión aplicado a las una o más palas de la turbina basándose, al menos en parte, en la aceleración tangencial (At) y el ángulo de cabeceo.

Determinar uno o más parámetros esperados asociados con el control del cabeceo de las una o más palas de la turbina basándose al menos en el par de torsión previsto aplicado a las una o más palas de la turbina