Sistemas y procedimientos de estimación de condiciones eólicas.

Un sistema (10) de generación de energía eólica que comprende:

(a) un aerogenerador (12) en una ubicación del aerogenerador;

(b) un dispositivo (16) de medición para proporcionar una señal de condición del viento en una ubicación de ensayo;

(c) sensores (32) para proporcionar una señal de condición del viento en el aerogenerador; y

(d) un controlador (18) configurado para:

(i) recibir las señales de condición del viento; caracterizado porque el controlador está configurado además para

(ii) usar una base de datos de correlación del viento y la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo para proporcionar una estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador;

(iii) obtener una diferencia entre la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador y la estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador; y

(iv) usar la diferencia para ajustar la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador.

Sistemas y procedimientos de estimación de condiciones eólicas

La invención se refiere a sistemas y procedimientos de estimación de condiciones eólicas para aerogeneradores o turbinas eólicas.

Recientemente, los aerogeneradores han recibido mucha atención como fuentes de energía alternativa relativamente baratas y seguras desde el punto de vista medioambiental. Con este interés creciente, se han realizado considerables esfuerzos por desarrollar aerogeneradores que sean fiables y eficaces. Generalmente, un aerogenerador incluye un rotor que tiene múltiples palas. El rotor se monta en un alojamiento o góndola, que se coloca encima de una torre tubular o reticular. Las palas de estos rotores transforman la energía eólica en un par de torsión rotativo o fuerza que acciona uno o más generadores que pueden acoplarse de manera rotativa al rotor a través de una caja de cambios. La caja de cambios aumenta la velocidad rotativa inherentemente baja del rotor de la turbina para que el generador convierta de manera eficaz la energía mecánica en energía eléctrica, que se suministra a una red de utilidad. Para maximizar la eficacia de generación de potencia y para simplificar la conexión con la red de utilidad, los aerogeneradores se ubican a menudo cerca unos de otros, lo que se denomina generalmente en la técnica pertinente como "granja, o parque, eólica".

Una estimación precisa de las condiciones eólicas tal como velocidades y direcciones del viento es aconsejable para mejorar la fiabilidad y el rendimiento de la granja eólica. Un procedimiento de estimación de condiciones eólicas para una granja eólica es equipar cada aerogenerador con un sistema de medición y un sistema de control para permitir que cada aerogenerador reaccione de manera independiente a las condiciones eólicas cambiantes. Sin embargo, la eficacia de estos sistemas de control se restringe debido a limitaciones en las tecnologías detectoras.

El documento EP 1 793 123, por ejemplo, describe un procedimiento de corrección para la medición de la velocidad del viento en la góndola de una turbina al corregir datos producidos por un anemómetro basado en una góndola.

Otra técnica para la estimación de viento implica el uso de un mástil meteorológico separado ("metmast"). El metmast incluye una torre separada asociada con sensores de medición. El metmast proporciona mediciones más precisas de condiciones de viento en su ubicación y después un controlador las extrapola para proporcionar estimaciones para aerogeneradores individuales. La precisión de esta técnica queda limitada por las metodologías usadas, especialmente si la granja eólica tiene un terreno complejo.

Sería deseable disponer de un procedimiento y aparato mejorados para la medición de condiciones de viento para

una granja eólica.

Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lea en referencia a los dibujos adjuntos, en los que los caracteres similares representan partes similares a través de los dibujos, en los que:

La FIGURA 1 ilustra una configuración de granja eólica.

La FIGURA 2 ilustra un aerogenerador en la grana eólica de la FIGURA 1 de acuerdo con ciertas realizaciones de la invención.

La FIGURA 3 es un mapa de flujo de la medición de condición del viento de acuerdo con una realización de la invención.

La FIGURA 4 es una base de datos de correlación de velocidad del viento de acuerdo con una realización de la invención.

La FIGURA 5 es una base de datos de correlación de velocidad del viento de acuerdo con otra realización de la invención.

La FIGURA 6 es un mapa de flujo de una medición de condición del viento de acuerdo con una segunda realización de la invención.

La FIGURA 1 ilustra un sistema ejemplar de generación de potencia eólica tal como una granja 10 eólica, que incluye dos aerogeneradores 12 operables para suministrar potencia eléctrica a unservicio público (no se muestra) tal como una red eléctrica. Aunque se muestran dos aerogeneradores 12 en la FIGURA 1, debería entenderse que las granjas eólicas pueden incluir cualquier número de aerogeneradores, incluyendo únicamente un aerogenerador o múltiples aerogeneradores, que pueden ser similares o diferentes en el diseño y/o el suministro de potencia. La granja 10 eólica comprende adicionalmente un aparato de medición para proporcionar una señal de condición de viento relativamente precisa en una ubicación de ensayo. El aparato de medición puede comprender, por ejemplo, una estación de meteorología cerca de la granja 10 eólica, o un Doppler SODAR en la grana 10 eólica, o un mástil de meteorología ("metmast"). Al igual que con los aerogeneradores, puede usarse más de un aparato de medición en caso deseado. En una realización ejemplar, el aparato de medición comprende un metmast 16 en una ubicación de metmast en la granja 10 eólica. La granja 10 eólica incluye además un controlador 18 central para comunicarse

con cada aerogenerador 12 y metmast 16. El controlador 18 central puede usarse para funciones tales como la monitorización y control del sistema en general incluyendo, por ejemplo, la regulación del cabeceo y la velocidad, la aplicación del árbol de alta velocidad y el freno de guiñada, la aplicación de la guiñada y el motor de bomba, la monitorización de fallos, y combinaciones de los mismos. Pueden usarse arquitecturas de control distribuidas y/o centralizadas en algunas realizaciones. El aerogenerador 12 y el metmast 16 se describen en más detalle a continuación. Tal como se usan en el presente documento, las formas singulares tales como "un", "uno", y "el" incluyen referentes en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario.

La FIGURA 2 es una vista en perspectiva del aerogenerador 12 de acuerdo con determinadas realizaciones de la invención. El aerogenerador 12 ilustrativo incluye un cuerpo 20, también denominado "góndola", y un rotor 22 acoplado a la góndola 20 para la rotación con respecto a un cuerpo 20 alrededor de un eje de rotación 24. El rotor 22 Incluye un buje 26 y una pluralidad de palas 28 (denominadas en algunas ocasiones "superficies aerodinámicas") que se extienden radialmente y hacia fuera desde el buje 26. Durante el funcionamiento, el viento incide en las palas 28 y provoca que las palas 28 roten. La energía mecánica generada por la rotación de las palas 28 se convierte mediante un sistema dentro de la góndola 20 para producir energía eléctrica.

En la realización ejemplar, la góndola 20 se monta en una torre 30. La altura de la torre 30 puede ser cualquier altura que permita que el aerogenerador 12 funcione tal como se describe en el presente documento. Aunque el rotor 22 se describe y se ilustra en el presente documento con tres palas 28, el rotor 22 puede tener cualquier número de palas 28.

En referencia de nuevo a la FIGURA 1, los aerogeneradores 12 incluyen uno o más sensores 32 para la medición en tiempo real de las condiciones del viento en sus ubicaciones respectivas. En determinadas realizaciones, la condición del viento puede ser dirección del viento, o velocidad del viento, o una velocidad del viento que incluye información tanto de la dirección del viento como la velocidad del viento. En una realización, se montan unos sensores 32 de medición en góndolas 20 de aerogeneradores 12. En realizaciones alternativas, los aerogeneradores 12 incluyen uno o más sensores acoplados a un buje del aerogenerador, pala del rotor, torre o árbol. En una realización, las velocidades del viento y las direcciones del viento se miden respectivamente mediante diferentes sensores 32. Los sensores 32 para medir las velocidades del viento pueden comprender anemómetros, por ejemplo, y los sensores 32 para medir las direcciones del viento pueden comprender anemoscopios y/o veletas, por ejemplo.

Como se ilustra adicionalmente en la FIGURA 1, el metmast 16 incluye una torre 34 y una pluralidad de sensores 36. En una realización, los sensores 36 se montan en diferentes niveles de la torre 34 para medir las velocidades del viento en diferentes alturas. El metmast 36 puede o puede no tener su base en un nivel común de elevación al igual que los aerogeneradores, y puede o puede no tener una altura similar a la de los aerogeneradores. Cuando está presente un nivel de elevación diferente y/o altura, puede usarse una extrapolación adicional gracias al controlador 18 central.

La FIGURA 3 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento 100 de medición de condición del viento de acuerdo con una realización de la invención. En la etapa 102, al menos un sensor 32 mide una condición del viento de turbina en el aerogenerador 12 y envía... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (10) de generación de energía eólica que comprende:

(a) un aerogenerador (12) en una ubicación del aerogenerador;

(b) un dispositivo (16) de medición para proporcionar una señal de condición del viento en una ubicación de ensayo;

(c) sensores (32) para proporcionar una señal de condición del viento en el aerogenerador; y

(d) un controlador (18) configurado para:

(i) recibir las señales de condición del viento; caracterizado porque el controlador está configurado además para

(¡i) usar una base de datos de correlación del viento y la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo para proporcionar una estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador;

(i¡¡) obtener una diferencia entre la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador y la estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador; y

(iv) usar la diferencia para ajustar la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador.

2. El sistema (10) de la reivindicación 1, en el que el dispositivo de medición comprende un metmast (16) en una ubicación de metmast en la granja eólica.

3. El sistema (10) de la reivindicación 2, en el que el aerogenerador (12) comprende al menos primeros y segundos aerogeneradores en primeras y segundas ubicaciones del aerogenerador, en el que los sensores comprenden sensores para proporcionar señales de condición del viento en las primeras y segundas ubicaciones del aerogenerador y la ubicación del metmast.

4. El sistema (10) de cualquier reivindicación anterior, en el que los sensores (32) comprenden anemómetros, veletas o combinaciones de los mismos.

5. El sistema (10) de cualquier reivindicación anterior, en el que la base de datos de correlación del viento incluye una pluralidad de conjuntos de correlación del viento, y en el que cada conjunto incluye señales de condición del viento para el aerogenerador (12) y las ubicaciones de ensayo.

6. El sistema (10) de la reivindicación 5, en el que en el que el controlador (18) es configurado para proporcionar la estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador buscando en la base de datos de correlación del viento un conjunto de correlación del viento aproximado que tenga una señal de condición del viento para la ubicación de ensayo que sea la más cercana a la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo, y obtener la estimación de condición del viento para la ubicación del aerogenerador en el conjunto de correlación del viento aproximado.

7. El sistema (10) de cualquier reivindicación anterior, en el que el controlador (18) también es configurado para verificar una señal de condición del viento actualizada en la ubicación del aerogenerador.

8. Un procedimiento (100), caracterizado por:

(i) recibir una señal de condición del viento en una ubicación del aerogenerador;

(ii) recibir una señal de condición del viento en una ubicación de ensayo;

(ii) usar una base de datos de correlación del viento y la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo para proporcionar una estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador;

(iii) obtener una diferencia entre la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador y la estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador; y

(iv) usar la diferencia para ajustar la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador.

9. El procedimiento (100) de la reivindicación 8 que comprende además generar la base de datos de correlación del viento para la ubicación del aerogenerador y la ubicación de ensayo definiendo un campo de interés, simulando que el viento sopla hacia el campo de interés en una pluralidad de direcciones, y obteniendo una pluralidad de conjuntos de correlación del viento, correspondiéndose cada uno con una dirección del viento e incluyendo señales de condición del viento de las ubicaciones del aerogenerador y de ensayo.

10. El procedimiento (100) de la reivindicación 8 o 9, en el que simular que el viento sopla hacia el campo de interés en una pluralidad de direcciones comprende simular que el viento sopla hacia el campo de interés en la pluralidad de direcciones con una velocidad constante del viento.

11. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que usar una base de datos de correlación del viento y la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo para proporcionar una estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador comprende buscar en la base de datos de correlación del viento un conjunto de correlación del viento aproximado que tenga una señal de condición del viento para la ubicación de ensayo que sea la más cercana a la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo, y obtener la estimación de condición del viento para la ubicación del aerogenerador en el conjunto de correlación del viento aproximado.

12. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador comprende un componente de dirección del viento, y la estimación de condición del viento comprende una estimación de dirección del viento, y en el que usar una diferencia para ajustar la señal de condición del viento en la ubicación del aerogenerador comprende usar una diferencia del componente de dirección del viento y la estimación de dirección del viento para obtener una señal de dirección del viento actualizada para la ubicación del aerogenerador.

13. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que usar una diferencia del componente de dirección del viento y la estimación de dirección del viento para obtener una señal de dirección del viento actualizada comprende usar un procedimiento iterativo.

14. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13 que comprende además generar la base de datos de correlación del viento para la ubicación del aerogenerador y la ubicación de ensayo definiendo un campo de interés, simulando que el viento sopla hacia el campo de interés en una pluralidad de direcciones del viento y una pluralidad de velocidades del viento en cada dirección, y obteniendo una pluralidad de conjuntos de correlación del viento, correspondiéndose cada conjunto de correlación del viento con una dirección del viento y una velocidad del viento y comprendiendo una señal de condición del viento estimada para la ubicación de ensayo y una señal de condición del viento estimada para la ubicación del aerogenerador.

15. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que usar una base de datos de correlación del viento y la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo para proporcionar una estimación de condición del viento en la ubicación del aerogenerador comprende buscar en la base de datos de correlación del viento un conjunto de correlación del viento aproximado que tenga una señal de condición del viento aproximada para la ubicación de ensayo que sea la más cercana a la señal de condición del viento en la ubicación de ensayo, y obtener la estimación de condición del viento para el aerogenerador en el conjunto de correlación del viento aproximado.