Sistemas y procedimientos de determinación de la posición del rotor de una turbina de viento.

Un procedimiento de determinación de la posición angular del rotor (102) de una turbina de viento,

comprendiendoel procedimiento :

medir la aceleración tangencial (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) del rotor (102) a un radio R desde eleje del rotor;

medir la velocidad de giro ω del rotor (102) con al menos un codificador del eje (234);

calcular la aceleración tangencial de giro (cAt) (120) del rotor (102) en base al menos en parte al cambio de lavelocidad de giro medida ω del rotor (102) en el tiempo siendo cAt ≥ R dω / dt;

calcular la aceleración radial de giro (cAr) (110) en base al menos en parte a la velocidad de giro medida ω delrotor (102), siendo cAr ≥ ω2R;

ajustar la aceleración tangencial medida (At) (114) en base al menos en parte a la aceleración tangencial degiro calculada (cAt) (120);

ajustar la aceleración radial medida (Ar) (112) en base al menos en parte a la aceleración radial de girocalculada (cAr) (110); y

determinar una posición angular del rotor (102) en base al menos a la aceleración tangencial ajustada (aAt) y laaceleración radial ajustada (aAr).

Sistemas y procedimientos de determinación de la posición del rotor de una turbina de viento La invención se refiere en general a sistemas y procedimientos para la determinación de la posición angular de un rotor de una turbina de viento.

Es sabido que la potencia eléctrica se puede recoger de la energía del viento usando turbinas de viento. El control de la inclinación de las aspas de la turbina se utiliza a menudo para crear unas condiciones óptimas de carga de la turbina para recoger la energía del viento con la eficacia más alta posible. Una preocupación a la que se enfrentan los operadores de las turbinas es que las condiciones fluctuantes y no uniformes del viento pueden fatigar y dañar los componentes asociados con la turbina, incluyendo el eje principal, la torre y las aspas del rotor. La carga asimétrica a través de los rotores (por ejemplo, debido al viento de cizalla, la turbulencia y la desalineación de guiñada) puede crear unas distribuciones de carga no uniformes sobre las aspas del rotor lo que puede reducir a su vez la eficacia de la conversión de potencia o incluso conducir a daños costosos de los componentes de la turbina. Es por lo tanto necesario controlar la inclinación de las aspas de la turbina para mantener la carga del viento sobre cada aspa dentro de los límites operativos del aspa mientras que se maximiza la conversión de la potencia del viento. Para abordar estas cuestiones, son necesarios sistemas y procedimientos para controlar la inclinación de las aspas de la turbina en base a la posición angular del rotor de la turbina.

Los sistemas anteriores han propuesto determinar el ángulo de fase del rotor mediante el uso de un codificador absoluto colocado en el extremo del anillo de deslizamiento del rotor. Sin embargo, si la parte superior de la torre del rotor se está flexionando o moviendo, se pueden introducir errores de medición debidos a las diferencias en la trama de referencia entre el codificador y el rotor de la turbina. Se han propuesto otros sistemas en los que se fijan tres acelerómetros de una dimensión al rotor y se colocan a ángulos equidistantes alrededor del eje de giro del rotor para eliminar las componentes de la aceleración tangencial. Sin embargo, tales sistemas requieren un montaje adicional, un posicionamiento preciso, y cableado adicional para los tres acelerómetros. Se conocen otros sistemas para calcular la posición angular del rotor en base a la medición de las aceleraciones tangencial y radial del rotor, véase por ejemplo el documento DE 10 2007 030268 A1.

Sigue habiendo una necesidad de sistemas y procedimientos mejorados para la determinación de la posición angular de un rotor de turbina de viento.

Algunas o todas las necesidades anteriores se pueden abordar por ciertas realizaciones de la invención. Ciertas realizaciones de la invención pueden incluir sistemas y procedimientos para la determinación de la posición angular de un rotor de turbina de viento.

De acuerdo con una realización ejemplar de la invención, se proporciona un procedimiento para la determinación de una posición angular de un rotor de turbina de viento. El procedimiento puede incluir la medida de la aceleración tangencial (At) y la aceleración radial (Ar) del rotor a un radio R desde el eje del rotor, midiendo la velocidad de giro del rotor, calculando la aceleración tangencial de giro (cAt) del rotor en base al menos en parte al cambio de la velocidad de giro del rotor con el tiempo, calculando la aceleración radial de giro (cAr) en base al menos en parte a la velocidad de giro del rotor ajustando la aceleración tangencial medida (At) en base al menos en parte a la aceleración tangencial de giro calculada (cAt) , ajustando, la aceleración radial medida (Ar) en base al menos en parte a la aceleración radial de giro calculada (cAr) , y determinar la posición angular del rotor en base al menos a la aceleración tangencial ajustada (aAt) y la aceleración radial ajustada (aAr) .

De acuerdo con otra realización ejemplar, se puede proporcionar un sistema para determinar la posición angular de un rotor de la turbina de viento de acuerdo con la reivindicación 10.

Otras realizaciones y aspectos de la invención se describen en detalle en este documento y se consideran una parte de la invención reivindicada. Otras realizaciones y aspectos se pueden entender con referencia a la siguiente descripción detallada, los dibujos adjuntos y las reivindicaciones adjuntas.

Ahora se hará referencia a las tablas adjuntas y los dibujos, que no están necesariamente a escala, en los que:

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

La FIG. 2 es un diagrama de bloques de un sistema de control de turbina de viento ilustrativo, de acuerdo con una realización ejemplar de la invención.

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

Las realizaciones de la invención se describirán más completamente a continuación en este documento con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran las realizaciones de la invención. Sin embargo, esta invención se puede realizar de muchas formas diferentes, y no debería interpretarse como limitada a las

realizaciones mostradas en el presente documento, por el contrario dichas realizaciones se proporcionan de modo que esta revelación sea exhaustiva y completa, y conducirán totalmente el alcance de la invención para los expertos en la materia. Números iguales se refieren a elementos iguales de principio a fin. El término "ejemplar" como se usa en el presente documento se define para significar "ejemplo".

Ciertas realizaciones de la invención pueden posibilitar la determinación de la posición angular del rotor de una turbina de viento. Ciertas realizaciones de la invención pueden posibilitar la determinación de las posiciones de las aspas del rotor en base a la posición angular del rotor de la turbina de viento. De acuerdo con ciertas realizaciones ejemplares, la posición angular del rotor de la turbina de viento se puede determinar midiendo la aceleración tangencial y radial en una o más localizaciones del rotor, y midiendo la velocidad del rotor. De acuerdo con ciertas realizaciones la velocidad y la aceleración angulares del rotor se pueden medir usando un codificador de giro sobre el eje del rotor, bien antes o después de los engranajes. La medición de la velocidad y la aceleración del rotor se pueden usar para ajustar o de otro modo compensar las mediciones de aceleración medidas para excluir las componentes del vector calculado que pueden basarse en las mediciones de la velocidad y la aceleración, incluyendo las componentes de la aceleración centrípeta y angular. De acuerdo con una realización ejemplar el vector de gravedad se puede determinar restando la componente de aceleración centrípeta calculada del vector de aceleración radial medido y restando la componente de aceleración angular calculada del vector de la componente tangencial medida. De acuerdo con ciertas realizaciones ejemplares, las mediciones de aceleración se pueden realizar usando uno o más acelerómetros. De acuerdo con ciertas realizaciones ejemplares se puede usar un único acelerómetro de dos ejes para medir las aceleraciones tangencial y radial.

Diversos sistemas y procedimientos para la determinación de la posición angular del rotor de una turbina de viento, de acuerdo con las realizaciones de la invención, se describirán ahora con referencia a las figuras adjuntas.

La FIG.1 ilustra una porción de una turbina de viento 100 de acuerdo con una realización ejemplar de la invención. La turbina de viento puede incluir un rotor 102 y una o más aspas de rotor 104, 106, 108 que se pueden suspender en un buje del rotor (no mostrado) . La turbina de viento 100, incluyendo el rotor 102 y las aspas 104, 106, 108 puede girar alrededor de un eje 109 y la rotación puede dar lugar a ciertas componentes de aceleración que pueden medirse directamente o calcularse en base a las mediciones.

De acuerdo con las realizaciones ejemplares de la invención, se puede colocar un acelerómetro 118 sobre o adjunto al rotor de la turbina de viento cerca de la unión del aspa de la turbina de viento, a una distancia (R) 122 desde el eje del rotor 109. De acuerdo con una realización ejemplar, el acelerómetro 118 puede ser operativo para medir la aceleración a lo largo de dos ejes, donde los ejes pueden ser ortogonales o separados por 90º de modo que las contribuciones de los diversos lectores de aceleración se pueden separar.

De acuerdo con una realización ejemplar, el rotor de la turbina de viento 102 puede girar a una velocidad... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de determinación de la posición angular del rotor (102) de una turbina de viento, comprendiendo el procedimiento :

medir la aceleración tangencial (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) del rotor (102) a un radio R desde el eje del rotor; medir la velocidad de giro ω del rotor (102) con al menos un codificador del eje (234) ;

calcular la aceleración tangencial de giro (cAt) (120) del rotor (102) en base al menos en parte al cambio de la velocidad de giro medida ω del rotor (102) en el tiempo siendo cAt = R dω / dt;

calcular la aceleración radial de giro (cAr) (110) en base al menos en parte a la velocidad de giro medida ω del rotor (102) , siendo cAr = ω2R; ajustar la aceleración tangencial medida (At) (114) en base al menos en parte a la aceleración tangencial de giro calculada (cAt) (120) ; ajustar la aceleración radial medida (Ar) (112) en base al menos en parte a la aceleración radial de giro calculada (cAr) (110) ; y determinar una posición angular del rotor (102) en base al menos a la aceleración tangencial ajustada (aAt) y la aceleración radial ajustada (aAr) .

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

controlar uno o más parámetros de la turbina de viento (100) , en base al menos en parte a la posición angular determinada del rotor (102) , en el que el uno o más parámetros comprenden la inclinación de las aspas, la posición del rotor (102) , y la velocidad del rotor (102) .

3. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que la medición de la aceleración tangencial (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) del rotor (102) comprende detectar las salidas de ejes ortogonales de un acelerómetro de múltiples ejes (118) .

4. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que la medición de la velocidad de giro ω del rotor

(102) comprende detectar las salidas de pulsos del codificador del eje (234) , en el que el codificador del eje (234) está en comunicación con un eje de transmisión que gira a una velocidad proporcional a la velocidad de giro del rotor (102) .

5. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que el ajuste de la aceleración tangencial medida (At)

(114) y el ajuste de la aceleración radial medida (Ar) (112) se usan para determinar una posición angular del rotor (102) , y en el que el ajuste de la aceleración tangencial medida (At) (114) comprende restar la aceleración tangencial de giro calculada (cAt) (120) de la aceleración tangencial de medida (At) (114) , y en el que el ajuste de la aceleración radial medida (Ar) (112) comprende restar la aceleración radial de giro calculada (cAr) (110) de la aceleración radial medida (Ar) (112) .

6. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que la determinación de una posición angular del rotor

(102) comprende determinar el arco tangente de una cantidad definida por la medición de la aceleración tangencial ajustada (aAt) dividida por la medición de la aceleración radial ajustada (aAr) y el uso de los signos (+/-) de las mediciones de la aceleración tangencial ajustada (aAt) y la aceleración radial ajustada (aAr) para determinar el cuadrante de la posición del rotor (102) .

7. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que la determinación de la posición angular del rotor

(102) comprende:

medir la aceleración tangencial (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) del rotor (102) cuando está estacionario; determinar la posición angular del rotor estacionario (102) en base al menos a la aceleración tangencial medida (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) ; medir la posición incremental del rotor en giro (102) , en el que la medición de la posición incremental comprende contar las salidas de pulsos de un codificador del eje (234) ; y, determinar la posición angular del rotor en giro (102) en base al menos a las mediciones de la aceleración del rotor estacionario (102) y las mediciones de posición incrementales del rotor en giro (102) .

8. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

determinar la magnitud (M) del vector de gravedad (116) en base a las mediciones de la aceleración tangencial ajustada (aAt) y la aceleración radial ajustada (aAr) ; y, validar al menos la posición angular determinada del rotor (102) comparando la magnitud determinada (M) con una magnitud esperada de la gravedad.

9. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que la mediciòn de la aceleración tangencial (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) comprende la medición simultánea de la aceleración tangencial (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) en dos o más posiciones de medición del rotor (102) y cada uno de los pares de medición en las dos o más posiciones de medición se usan para determinar las posiciones del rotor redundantes

(102) .

10. Un sistema de determinación de la posición angular del rotor (102) de una turbina de viento, comprendiendo el sistema:

al menos un acelerómetro (118) operable para medir la aceleración tangencial (At) (114) y la aceleración radial (Ar) (112) a un radio R del eje del rotor (102) ; 10 un codificador de eje (234) operable para medir la velocidad de giro ω del rotor (102) ; uno o más procesadores (206) operables para:

calcular la aceleración tangencial de giro (cAt) (120) del rotor (102) en la una o más posiciones de medición en base al menos en parte al cambio de la velocidad de giro medida ω del rotor (102) sobre el tiempo, siendo cAt = R dω / dt;

calcular la aceleración radial de giro (110) (cAr) del rotor (102) en base al menos en parte a la velocidad de giro medida ω del rotor (102) , siendo cAr = ω2R; ajustar la aceleración tangencial medida (At) (114) con la aceleración tangencial de giro calculada (cAt) (120) ; ajustar la aceleración radial medida (Ar) (112) con la aceleración radial de giro calculada (cAr) (110) ; y

determinar una posición angular del rotor (102) en base a la aceleración tangencial ajustada (aAt) y la aceleración radial ajustada (aAr)