Procedimiento de control de la velocidad rotacional de un rotor.

Un procedimiento de control de una velocidad rotacional de un rotor (18) que incorpora al menos una pala (24) de rotor,

un eje (28, 30) de rotor y un generador (26) eléctrico acoplado a este último, comprendiendo dicho procedimiento;

el control (102) de un par del eje (28, 30) del rotor mediante el control de un par del generador (26) eléctrico;

la alternancia entre el cambio de un ángulo de paso (104) de la al menos una pala (24) del rotor en una pluralidad de etapas sucesivas y el mantenimiento del ángulo de paso (106) de la al menos una pala (24) del rotor sustancialmente constante, en el que el cambio del ángulo del paso (104) de la al menos una pala (24) del rotor comprende la utilización de una banda ciega para acomodar el culateo de engranajes; y

el mantenimiento de una velocidad rotacional sustancialmente constante del rotor (18) cuando se produzcan velocidades del viento variables por encima de una velocidad del viento nominal predeterminada.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07103533.

Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: UPHUES, ULRICH, PIERCE,KIRK GEE, Willey,Lawrence Donald, CUNNINGHAM,JOHN NOEL, GEBHARDT,ERIC, HOLLEY,WILLIAM EDWIN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D7/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p.ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p.ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.
  • F03D7/04 F03D 7/00 […] › Control automático; Regulación.
  • F03D7/06 F03D 7/00 […] › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente perpendicular al flujo de aire que entra en el rotor.

PDF original: ES-2473343_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento de control de la velocidad rotacional de un rotor

Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento de control de la velocidad rotacional de un rotor.

En la operación de al menos algunas de las turbinas eólicas conocidas, la velocidad del rotor es controlada para impedir que el rotor de la turbina eólica rote a, o por encima de, una velocidad predeterminada que pueda dañar los componentes de la turbina eólica. Por ejemplo, al menos algunas de las turbinas eólicas conocidas controlan la velocidad del rotor mediante la graduación del paso de las palas del rotor utilizando un sistema de accionamiento del paso que modifica el ángulo de las palas del rotor, modificando con ello el par aerodinámico del rotor, cf. por ejemplo el documento US-A-2006/0033338. Desde su introducción, las turbinas eólicas han aumentado continuamente en cuanto a su tamaño físico y a su potencia eléctrica de salida. Sin embargo, a medida que aumenta el diámetro del rotor y, por tanto, las longitudes de las palas del rotor, puede también incrementarse la fricción dentro del sistema de accionamiento del paso, lo que puede incrementar el par requerido por el motor de accionamiento del paso para acomodar el paso de las palas del rotor. Así mismo, a medida que aumentan las longitudes de las palas del rotor puede también resultar más difícil controlar con precisión el paso de las palas del rotor debido al culateo de engranajes dentro del sistema de accionamiento del paso. En cuanto tal, el sistema de accionamiento del paso puede exigir llevar a cabo unas operaciones de adaptación del paso para controlar con precisión el ángulo de las palas del rotor, lo que puede incrementar las pérdidas de potencia parásitas dentro de la turbina eólica y / o puede incrementar una cantidad de enfriamiento requerida por el sistema de accionamiento del paso para impedir daños a la turbina y / o que se averíe. Así mismo, la adaptación del paso de las palas del rotor puede incrementar las cargas inducidas sobre una torre de la turbina eólica debido al efecto del paso de las palas sobre el empuje del rotor.

Breve descripción de la invención En un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de acuerdo con la reivindicación adjunta 1.

Breve descripción de los dibujos A continuación se describirán, solo a modo de ejemplo, formas de realización de la presente invención, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una forma de realización ejemplar de una turbina eólica ejemplar.

La Figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente recortada de una porción de la turbina eólica mostrada en la Figura 1.

La Figura 3 es un diagrama esquemático de la turbina eólica mostrada en las Figuras 1 y 2.

La Figura 4 es una vista en sección transversal de una porción de un buje de rotor de la turbina eólica mostrada en las Figuras 1 a 3 que ilustra una forma de realización ejemplar de un sistema de adaptación del paso para modificar un paso de una pala de rotor de la turbina eólica mostrada en las Figuras 1 a 3.

La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra una forma de realización ejemplar de un procedimiento de control de una velocidad del rotor de la turbina eólica mostrada en las Figuras 1 a 3.

La Figura 6 es un gráfico que ilustra un ejemplo del procedimiento mostrado en la Figura 5.

Descripción detallada de la invención Según se utiliza en la presente memoria, el término “pala”, se refiere a cualquier dispositivo que proporcione una fuerza reactiva cuando se desplace con respecto a un fluido circundante. Según se utiliza en la presente memoria, el término “turbina eólica” se refiere a cualquier dispositivo que genere una energía rotacional a partir de la energía eólica y, más concretamente, convierta la energía cinética del viento en energía mecánica. Según se utiliza en la presente memoria, el término “aerogenerador” se refiere a cualquier turbina eólica que genere potencia eléctrica a partir de la energía rotacional generada por la energía eólica y, más concretamente, convierta la energía mecánica convertida por la energía cinética del viento en potencia eléctrica. Según se utiliza en la presente memoria, el término “molino de viento” se refiere a cualquier turbina eólica que utilice la energía rotacional generada por la energía eólica y, más concretamente, la energía mecánica convertida a partir de la energía cinética del viento, para una finalidad predeterminada distinta de la generación de energía eléctrica, como por ejemplo, sin limitación, y el bombeo de un fluido y / o el triturado de una sustancia.

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una forma de realización ejemplar de una turbina eólica 10 ejemplar. La Figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente recortada de una porción de la turbina eólica 10. La Figura 3 es un diagrama esquemático de la turbina eólica 10. La turbina eólica 10 descrita e ilustrada en la presente memoria es un

aerogenerador para generar energía eléctrica a partir de la energía eólica. Sin embargo, en algunas formas de realización, la turbina eólica 10 puede ser, además o como alternativa a un aerogenerador, cualquier tipo de turbina eólica, como por ejemplo, sin limitación, un molino de viento (no mostrado) . Así mismo, la turbina eólica 10 descrita e ilustrada en la presente memoria incluye una configuración de eje geométrico horizontal. Sin embargo, en algunas formas de realización, la turbina eólica 10 puede incluir, además o como alternativa a la configuración de eje geométrico horizontal, una configuración (no mostrada) de eje geométrico vertical. La turbina eólica 10 puede ser acoplada a una carga eléctrica (no mostrada) como por ejemplo, sin limitación, una red de energía eléctrica (no mostrada) para recibir de ella la energía eléctrica para accionar el funcionamiento de la turbina eólica 10 y / o a sus componentes asociados y / o para suministrar la energía eléctrica generada por la turbina eólica 10. Aunque solo se muestra una turbina eólica 10 en las Figuras 1 a 3, en algunas formas de realización una pluralidad de turbinas eólicas 10 puede estar agrupada de forma conjunta, algunas veces designadas como “parque eólico”.

La turbina eólica 10 incluye un cuerpo 16, algunas veces designado como “góndola” y un rotor (genéricamente designado con la referencia numeral 18) acoplado al cuerpo 16 para su rotación con respecto al cuerpo 16 alrededor de un eje geométrico de rotación 20. En la forma de realización ejemplar, la góndola 16 está montada sobre una torre 14. Sin embargo, en algunas formas de realización, además de o como alternativa a la góndola 16 montada sobre una torre, la turbina eólica 10 incluye una góndola 16 adyacente al suelo y / o a una superficie de agua. La altura de la torre 14 puede ser cualquier altura apropiada que permita que la turbina eólica 10 funcione según lo descrito en la presente memoria. El rotor 18 incluye un buje 22 y una pluralidad de palas 24 (algunas veces designadas como “superficies aerodinámicas”) que se extienden radialmente hacia fuera desde el buje 22 para convertir la energía eólica en energía rotacional. Aunque el rotor 18 se describe e ilustra en la presente memoria incorporando tres palas 24, el rotor 18 puede incorporar una diversidad de palas 24. Cada una de las palas 24 puede tener cualquier longitud (ya se describa o no en la presente memoria) . Por ejemplo, en algunas formas de realización una o más palas 24 del rotor tienen una longitud de aproximadamente 0, 5 metros, mientras que en algunas formas de realización una o más palas 24 del rotor tienen aproximadamente 50 metros de largo. Otros ejemplos de longitudes de las palas 24 incluyen longitudes de 10 metros o menos, aproximadamente 20 metros, aproximadamente 37 metros y aproximadamente 40 metros. Otros ejemplos adicionales incluyen palas de rotor entre aproximadamente 50 y aproximadamente 100 metros de largo.

A pesar de la forma en que se ilustran las palas 24 del rotor en la Figura 1, el rotor 18 puede incorporar unas palas 24 de cualquier forma, y pueden incorporar unas palas 24 de cualquier tipo y / o cualquier configuración, ya se describan y / o se ilustren o no en la presente memoria dichas formas, tipo y / o configuración. Un ejemplo de otro tipo, forma y / o configuración de las palas 24 del rotor es un rotor conducido (no mostrado) que incorpora una turbina (no mostrada) contenida dentro de un conducto (no mostrado) . Otro ejemplo de otro tipo, forma y / o configuración de las palas 24 del rotor es una turbina eólica Darrieus,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de control de una velocidad rotacional de un rotor (18) que incorpora al menos una pala (24) de rotor, un eje (28, 30) de rotor y un generador (26) eléctrico acoplado a este último, comprendiendo dicho procedimiento;

el control (102) de un par del eje (28, 30) del rotor mediante el control de un par del generador (26) eléctrico;

la alternancia entre el cambio de un ángulo de paso (104) de la al menos una pala (24) del rotor en una pluralidad de etapas sucesivas y el mantenimiento del ángulo de paso (106) de la al menos una pala (24) del rotor sustancialmente constante, en el que el cambio del ángulo del paso (104) de la al menos una pala (24) del rotor comprende la utilización de una banda ciega para acomodar el culateo de engranajes; y

el mantenimiento de una velocidad rotacional sustancialmente constante del rotor (18) cuando se produzcan velocidades del viento variables por encima de una velocidad del viento nominal predeterminada.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la regulación de al menos una transición del cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor y el mantenimiento del ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor sustancialmente constante utilizando una ganancia sobre una señal en base a una diferencia entre un par medido del rotor (18) y un par de referencia media deseada sustancialmente constante.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la regulación de al menos una transición entre el cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor y el mantenimiento del ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor sustancialmente constante utilizando una ganancia sobre una señal en base a una diferencia entre una velocidad medida del rotor (18) y una velocidad de referencia media deseada sustancialmente constante.

4. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además la regulación de al menos una transición entre el cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor y el mantenimiento del ángulo de paso de al menos una pala (24) del rotor sustancialmente constante, utilizando una ganancia sobre una señal en base a una diferencia entre una potencia de referencia media deseada sustancialmente constante y un parámetro entre una potencia de salida eléctrica medida del generador (26) eléctrico y el producto del par medio del rotor (18) y una velocidad rotacional medida del rotor (18) .

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el cambio del ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor comprende además el cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor en base a una potencia de salida medida del generador (26) eléctrico.

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor comprende además el cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor en base a un par medido de un parámetro entre el generador (26) eléctrico y el eje (28, 30) del rotor y una velocidad rotacional medida de un parámetro entre el generador (26) eléctrico y el eje (28, 30) del rotor.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor en una pluralidad de etapas sucesivas comprende el cambio del ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor en una pluralidad de etapas sustancialmente iguales.

8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cambio de un ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor en una pluralidad de etapas sucesivas comprende el cambio del ángulo de paso de la al menos una pala (24) del rotor en una pluralidad de etapas, en el que al menos una etapa de la pluralidad de etapas es diferente de al menos otra etapa de la pluralidad de etapas.

9. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el rotor (18) es un primer rotor

(28) y el control de un par del eje (28, 30) del rotor mediante el control del par del generador (26) eléctrico comprende además el control de un par de entrehierro entre un segundo rotor (30) del generador eléctrico y un estator del generador eléctrico.

10. Un procedimiento de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el control de un par del eje (28, 30) del rotor mediante el control de un par del generador (26) eléctrico comprende además el control de un par del generador (26) eléctrico en el curso de una operación de velocidad genéricamente constante del rotor (18) a, y por encima de, la velocidad del viento nominal predeterminada.


 

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