Turbina eólica y método para controlar el paso del rotor de la turbina eólica.

Una turbina eólica que incluye un controlador del paso del rotor (111),

un controlador de turbina (211), y unprimer suministro de energía ininterrumpible (212), teniendo el controlador de turbina (211) una función para crear uncomando de ángulo de paso del rotor de acuerdo con el estado de la turbina eólica, estando conectada una salidade energía del primer suministro de energía ininterrumpible (212) a una entrada de energía del controlador deturbina (211), caracterizada porque:

la turbina eólica tiene un segundo suministro de energía ininterrumpible (112);

el controlador del paso del rotor (111) tiene una función para cambiar un ángulo de paso del rotor de acuerdocon un comando de ángulo de paso del rotor y otra función para crear un comando de ángulo de paso delrotor a partir del estado de la turbina eólica;

una salida de energía del segundo suministro de energía ininterrumpible (112) está conectada a una entradade energía del controlador del paso del rotor; y

el controlador del paso del rotor (111) tiene un selector para hacer un cambio entre el comando de ángulo depaso del rotor creado por el controlador de turbina (211) de acuerdo con el estado de la turbina eólica y elcomando de ángulo de paso del rotor creado internamente por el controlador del paso del rotor (111).

Turbina eólica y método para controlar el paso del rotor de la turbina eólica.

CAMPO DEL INVENTO

El invento presente se refiere a una turbina eólica y a un sistema para operar la misma. Una turbina eólica como se describe en la porción del preámbulo de la reivindicación 1 de la patente es conocida por el documento WO 2004/067958 A1.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Las turbinas eólicas de eje horizontal usadas en una turbina eólica convencional tienen una pluralidad de palas (tres palas en muchos casos) , cuyos ángulos de paso son cambiados de acuerdo con la velocidad del viento para cambiar la velocidad de giro del rotor y de esta manera controlar la eficiencia energética de las palas. La turbina eólica tiene un controlador del paso del rotor, un controlador de turbina, y un dispositivo de suministro de energía como un mecanismo para cambiar los ángulos de paso de las palas. El controlador de turbina crea un comando de ángulo de paso del rotor de acuerdo con la medida de la velocidad del viento obtenida por un anemómetro, la velocidad de giro detectada por un detector de velocidad de giro, y los modos de operación y otros estados de la turbina eólica. El controlador de turbina manda a continuación el comando de ángulo de paso del rotor creado a la unidad de control de paso. El equipo auxiliar tiene un suministro de energía ininterrumpible para suministrar energía al controlador del paso del rotor y al controlador de turbina si el voltaje del sistema cae debido a un fallo de la red, permitiendo de esta manera que el control del ángulo de paso del rotor continúe de acuerdo con un comando procedente del controlador de turbina incluso durante el fallo de la red. La tecnología anterior ha sido descrita, por ejemplo, en el documento WO 2004/067958 A1.

Este documento describe una turbina eólica incluyendo una turbina eólica que incluye un controlador del paso del rotor, un controlador de turbina, y un primer suministro de energía ininterrumpible, el controlador de turbina tiene una función para crear un comando de ángulo de paso del rotor de acuerdo con el estado de la turbina eólica, una salida de energía del primer suministro de energía ininterrumpible está conectada a una entrada de energía del controlador de turbina, que se caracteriza porque la turbina eólica tiene un segundo suministro de energía ininterrumpible; el controlador del paso del rotor tiene una función para cambiar un ángulo de paso del rotor de acuerdo con un comando de ángulo de paso del rotor y otra función para crear un comando de ángulo de paso del rotor a partir del estado de la turbina eólica; una salida de energía del segundo suministro de energía está conectada a una entrada de energía del controlador del paso del rotor; y el controlador del paso del rotor tiene un selector para hacer un cambio entre el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador de turbina de acuerdo con el estado de la turbina eólica y el comando de ángulo de paso del rotor creado internamente por el controlador del paso del rotor.

Los documentos DE 20 2005 007 450 U1 y WO 99/23384 A1 describen ambos un mecanismo de accionamiento para ajustar las palas de turbina de instalaciones de energía eólica, mientras que el primer documento está destinado esencialmente a adaptadores con medidores de esfuerzos que forman parte de un sistema de control de paso para ajustar el paso de las palas del rotor de la instalación de energía eólica, el segundo documento describe un sistema de seguridad que asegura el giro de las palas con un paso en bandera incluso aunque falle su suministro de energía.

SUMARIO DEL INVENTO

El controlador del paso del rotor está dispuesto en un rotor. El controlador de turbina está dispuesto en una góndola o en una torre. Para transferir una señal de ángulo de paso del rotor al controlador del paso del rotor y suministrar energía para la operación al controlador del paso del rotor tienen que pasar, por tanto, a través de un aro colector. Si la parte del aro colector falla, no se envía un comando de ángulo de paso del rotor al controlador del paso del rotor y no se suministra energía. Una situación similar puede ocurrir si se interrumpe la línea de transmisión de la señal de ángulo de paso del rotor o la línea de energía. En este caso, la velocidad de giro del rotor no puede ser controlada, y aumenta la velocidad de giro de la turbina eólica.

En una realización preferida del invento presente, el controlador del paso del rotor, el suministro de energía ininterrumpible, y el detector de velocidad de giro están dispuestos en el rotor de la turbina eólica. Si el aro colector falla u ocurre un corte en la línea, el controlador del paso del rotor crea un comando de ángulo de paso del rotor para controlar el ángulo de paso del rotor.

De acuerdo con el invento presente, el control del ángulo de paso del rotor puede ser realizado con mayor fiabilidad, impidiendo de esta manera una sobrevelocidad de la turbina eólica.

Otros objetivos y características del invento presente serán clarificados en las realizaciones que se describen a continuación.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 muestra una estructura de una turbina eólica de una primera realización del invento presente.

La Figura 2 muestra otra estructura de la turbina eólica de la primera realización del invento presente.

La Figura 3 muestra la estructura del mecanismo de control del ángulo de paso del rotor de la turbina eólica de la primera realización del invento presente.

La Figura 4 muestra la estructura del controlador del paso del rotor de la primera realización del invento presente.

La Figura 5 muestra otra estructura ejemplar del control del ángulo de paso del rotor de la realización del invento presente.

La Figura 6 muestra la estructura de un mecanismo de control del ángulo de paso del rotor de la turbina eólica de una segunda realización del invento presente.

La Figura 7 muestra una estructura del controlador del paso del rotor de la segunda realización.

La Figura 8 es un primer gráfico que ilustra la unidad que crea el comando de ángulo de paso del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 9 es un segundo gráfico que ilustra la unidad que crea el comando de ángulo de paso del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 10 es un tercer gráfico que ilustra la unidad que crea el comando de ángulo de paso del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 11 muestra otra estructura del controlador del paso del rotor de la segunda realización.

La Figura 12 muestra una primera estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 13 muestra una segunda estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 14 muestra una quinta estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 15 muestra una sexta estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 16 muestra una séptima estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 17 muestra una octava estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 18 muestra una novena estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 19 muestra una décima estructura ejemplar del detector de velocidad de giro del rotor de la segunda realización del invento presente.

La Figura 20 muestra la estructura de la turbina eólica de una tercera realización del invento presente.

La Figura 21 muestra la estructura de un mecanismo de control del ángulo de paso del rotor de la turbina eólica de una cuarta realización del invento presente.

La Figura 22 muestra la estructura de un mecanismo de control del ángulo de paso del rotor de la turbina de una quinta realización del invento presente.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

En una realización preferida del invento presente, el controlador del paso del rotor y el suministro de energía ininterrumpible están dispuestos en el rotor de la turbina eólica. El controlador del paso crea un comando de ángulo de paso del rotor de acuerdo con el estado de la turbina eólica y controla el ángulo de paso del rotor de acuerdo con el comando de ángulo de paso del rotor creado. El suministro de energía ininterrumpible del... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica que incluye un controlador del paso del rotor (111) , un controlador de turbina (211) , y un primer suministro de energía ininterrumpible (212) , teniendo el controlador de turbina (211) una función para crear un comando de ángulo de paso del rotor de acuerdo con el estado de la turbina eólica, estando conectada una salida de energía del primer suministro de energía ininterrumpible (212) a una entrada de energía del controlador de turbina (211) , caracterizada porque:

la turbina eólica tiene un segundo suministro de energía ininterrumpible (112) ; el controlador del paso del rotor (111) tiene una función para cambiar un ángulo de paso del rotor de acuerdo con un comando de ángulo de paso del rotor y otra función para crear un comando de ángulo de paso del rotor a partir del estado de la turbina eólica; una salida de energía del segundo suministro de energía ininterrumpible (112) está conectada a una entrada de energía del controlador del paso del rotor; y el controlador del paso del rotor (111) tiene un selector para hacer un cambio entre el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador de turbina (211) de acuerdo con el estado de la turbina eólica y el comando de ángulo de paso del rotor creado internamente por el controlador del paso del rotor (111) .

2. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el controlador de turbina (211) y el primer suministro de energía ininterrumpible (212) están dispuestos en una góndola (2) o en una torre (3) en la turbina eólica; el controlador del paso del rotor (111) y el segundo suministro de energía ininterrumpible (112) están dispuestos en un rotor (1) de la turbina eólica.

3. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en la que el controlador del paso del rotor (111) tiene una función de detección para detectar un error de recepción del comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador de turbina (211) ; cuando la función de detección detecta un error de recepción, el controlador del paso del rotor selecciona el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador del paso del rotor mismo.

4. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 3 al menos, en la que cuando el suministro de energía al segundo suministro de energía ininterrumpible está cortado, el segundo suministro de energía ininterrumpible suministra energía eléctrica al controlador del paso del rotor (111) ; el controlador del paso del rotor selecciona a continuación el comando de ángulo de paso del rotor creado en su interior.

5. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 4 al menos, que incluye además:

un primer detector de fallo (213a) situado en la góndola o en la torre; y un segundo detector de fallo (113) situado en el rotor (1) ; en la que cuando el primer detector de fallo de energía (213a) o el segundo detector de fallo de energía (113) detecta un fallo en la red, el primer suministro de energía ininterrumpible (212) suministra energía eléctrica al controlador de turbina (211) y el segundo suministro de energía ininterrumpible (112) suministra energía eléctrica al controlador del paso del rotor (111) ; el controlador del paso del rotor selecciona el comando de ángulo de paso del rotor creado en su interior.

6. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 5 al menos, en la que un detector de velocidad de giro (215a) para detectar la velocidad de giro del rotor (1) de la turbina eólica está dispuesto en el rotor.

7. La turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 6, que incluye además:

un primer detector de fallo de energía (213a) situado en la góndola (2) o en la torre (3) ; y un segundo detector de fallo de energía (113) situado en el rotor; en la que cuando el primer detector de fallo de energía o el segundo detector de fallo de energía detecta una caída del voltaje de suministro causada por un fallo de la red, el controlador del paso del rotor (111) crea un comando de ángulo de paso del rotor de acuerdo con una velocidad de giro detectada por el detector de velocidad de giro (215a) y selecciona el comando de ángulo de paso del rotor creado en su interior para que la velocidad de giro del rotor (1) esté dentro de un margen prescrito.

8. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 7 al menos, en la que si el fallo de la red continúa durante un tiempo prescrito o más prolongado, el controlador del paso del rotor (111) crea un comando de ángulo de paso del rotor que sitúa una pala (11) en bandera, y a continuación selecciona el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador del paso del rotor mismo para poner el ángulo de paso del rotor en bandera.

9. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 8 al menos, en la que el controlador del paso del rotor (111) crea un comando de ángulo de paso del rotor que pone lentamente una pala (11) en bandera, y a continuación selecciona el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador del paso del rotor mismo para poner lentamente el ángulo de paso del rotor en bandera.

10. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 ó 7, en la que si la velocidad de giro detectada por el detector de velocidad de giro (215a) situado en el rotor (1) está fuera de un margen predeterminado, el controlador del paso del rotor (111) selecciona el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador del paso del rotor mismo.

11. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 10 al menos, en la que sólo cuando un estado de carga del primer suministro de energía ininterrumpible (212) y un estado de carga del segundo suministro de energía ininterrumpible (112) son mayores que los valores prescritos respectivos, la turbina eólica cambia a un estado de operación de generación de energía.

12. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 11 al menos, en la que el primer suministro de energía ininterrumpible (212) y el segundo suministro de energía ininterrumpible (112) tienen cada uno un dispositivo cualquiera entre los siguientes: una batería de almacenamiento, un condensador, un condensador de doble capa eléctrica, y una célula de combustible, o una combinación de éstos.

13. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 12 al menos, en la que un detector de velocidad de giro (215a) para detectar la velocidad de giro de un rotor (1) está dispuesto en el rotor y otro detector de velocidad de giro para detectar la velocidad de giro del rotor está dispuesto en una góndola (2) o en una torre (3) .

14. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 13 al menos, en la que un detector de velocidad de giro (215a) para detectar la velocidad de giro del rotor (1) está dispuesto en un cuerpo giratorio en la góndola (2) , transmitiendo el cuerpo giratorio el giro del rotor (1) de la turbina eólica a la góndola y girando a la misma velocidad de giro que el controlador del paso del rotor (111) ; la velocidad de giro medida por el detector de velocidad de giro es transmitida al controlador del paso del rotor dispuesto en el rotor por medio de una línea de señal dispuesta en el cuerpo giratorio.

15. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 14 al menos, en la que un detector de velocidad de giro (215a) está dispuesto solamente en un rotor (1) ; un controlador del paso del rotor (111) crea un comando de ángulo de paso del rotor a partir de una velocidad de giro detectada por el detector de velocidad de giro y controla el ángulo de paso del rotor.

16. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a la 15 al menos, en la que:

un detector de velocidad de giro (215a) está dispuesto en un rotor (1) de la turbina eólica, siendo detectada la velocidad del rotor de la turbina eólica por el detector de velocidad de giro; y la velocidad de giro de un generador (23) situado en la turbina eólica es medida por medio de un control sin sensor de velocidad por medio de un convertidor de energía (31) situado en la turbina eólica.

17. La turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes al menos, en la que el controlador del paso del rotor (111) incluye una unidad para crear el comando de ángulo de paso del rotor (1110aa; 111aaa) que tiene una función de cambiar un ángulo de paso del rotor de acuerdo con un comando de ángulo de paso del rotor recibido del controlador de turbina (211) y otra función de crear un comando de ángulo de paso del rotor internamente de acuerdo con un error de recepción detectado basado en el comando de ángulo de paso del rotor recibido o de una caída de voltaje de la energía suministrada al segundo suministro de energía ininterrumpible (112) .

18. Un método para operar una turbina eólica de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes al menos, caracterizada porque:

el controlador del paso del rotor (111) tiene un primer modo de operación y un segundo modo de operación, siendo usado el primer modo de operación para cambiar el ángulo de paso del rotor de acuerdo con el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador de turbina (211) , siendo usado el segundo modo de operación para cambiar el ángulo de paso del rotor de acuerdo con el comando de ángulo de paso del rotor creado por el controlador del paso del rotor (111) mismo; y el controlador de turbina (211) hace un cambio entre el primer modo de operación y el segundo modo de operación de acuerdo con el estado de la turbina eólica.