Turbina eólica y método de control para controlar la misma.

Una turbina eólica (1) que comprende un rotor (4) que puede girar alrededor de un eje del rotor (A) y que tiene una pluralidad de aspas (7) encastradas de forma giratoria a un cubo (6) alrededor de un eje de aspa (B) y una pluralidad de accionadores de paso (8) para ajustar los ángulos de paso de las aspas (7);

un freno (9) controlado por un accionador de freno (10) para detener el rotor (4); una máquina eléctrica rotatoria (5) directamente conectada al rotor (4); un inversor (11) para controlar la máquina eléctrica rotativa (5); y un sistema de control (22), que comprende una pluralidad de dispositivos de medición de la reflexión de imágenes (24) configurado para detectar las deformaciones de cada aspa (7), y está configurado para emitir señales de control para controlar selectivamente al menos uno de los accionadores de paso (8); el accionador de freno (10); y el inversor (11) en función de las deformaciones recuperadas por medio de la pluralidad de dispositivos de medición de la reflexión de imágenes (24); en donde cada dispositivo de medición de la reflexión de imágenes (24) está localizado dentro de un aspa (7; 36) y comprende una fuente de luz (26), caracterizada porque comprende además al menos dos reflectores de luz (27, 28; 27, 28, 43, 44) espaciados a lo largo de los ejes del aspa (B) para reflejar haces, y una cámara (29) para recibir la luz reflejada y emitir señales correlacionadas con las imágenes recuperadas.

Turbina eïlica y mïtodo de control para controlar la misma La presente invenciïn se refiere a una turbina eïlica. En particular, la presente invenciïn se refiere a una turbina eïlica que incluye un sistema de control para controlar la turbina eïlica, y a un mïtodo para el control de la turbina eïlica.

En general, una turbina eïlica comprende una estructura de soporte vertical; una gïndola en la cima de la estructura de soporte; un rotor montado de forma giratoria a la gïndola y que incluye un cubo, una pluralidad de aspas montadas de forma giratoria al cubo y una pluralidad de activadores de paso para ajustar los ïngulos de paso de las aspas. Las turbinas eïlicas se controlan normalmente de acuerdo con una estrategia de control sobre la base de uno o mïs parïmetros de control medidos, tales como velocidad del viento, direcciïn del viento, etc. Por consiguiente, un sistema de control utilizado para las operaciones de control de una turbina eïlica estï conectado normalmente a uno o mïs sensores, estando cada sensor dispuesto para medir una condiciïn circundante especïfica, tal como por ejemplo la velocidad del viento. Sin embargo, las mediciones del parïmetro fïsico, tales como la velocidad del viento son a menudo perturbados por la turbina eïlica y sïlo son confiables en una cierta medida. Por ejemplo, un sensor de velocidad de viento se coloca normalmente en la gïndola y es perturbado por el rotor y no es capaz de detectar las diferencias a lo largo del ïrea barrida por el rotor. Se han hecho intentos para confiar en los sensores para detectar la deflexiïn del aspa, por ejemplo en la patente de la Gran Bretaïa No.

2.465.790 y la solicitud de patente de los Estados Unidos No. 2006/000269.

La a menudo escasa confiabilidad de la informaciïn obtenida a travïs de los sensores convencionales hace difïcil un control fino de la turbina eïlica.

Un objetivo de la presente invenciïn es proporcionar una turbina eïlica que pueda ser controlada en forma fïcil y fina.

De acuerdo con la presente invenciïn, se proporciona una turbina eïlica que comprende un rotor que puede girar alrededor de un eje de rotor y que tiene una pluralidad de aspas encajadas de forma giratoria a un cubo alrededor de un eje de aspa y una pluralidad de activadores de paso para ajustar los ïngulos de paso de las aspas; un freno controlado por un activador de frenado para detener el rotor; una mïquina elïctrica giratoria conectada al rotor; un inversor para controlar la mïquina elïctrica giratoria; y un sistema de control, que comprende una pluralidad de dispositivos de mediciïn de la reflexiïn de imïgenes configurado para detectar las deformaciones de cada aspa, y estï configurado para emitir seïales de control para controlar selectivamente al menos uno de los activadores de paso; el activador de frenado; y el inversor en funciïn de las deformaciones recuperadas por medio de la pluralidad de dispositivos de mediciïn de reflexiïn de imïgenes; en donde cada dispositivo de mediciïn de reflexiïn de imïgenes se localiza dentro de un aspa y comprende una fuente de luz, al menos dos reflectores de luz espaciados a lo largo de los ejes de las aspas para reflejar los haces, y una cïmara para recibir la luz reflejada y emitir seïales correlacionadas con las imïgenes recuperadas.

La informaciïn confiable recuperada por los dispositivos de mediciïn de la reflexiïn de imïgenes asociados a todas las aspas del rotor permite recuperar varios parïmetros de funcionamiento relacionadas con el rotor. Esta informaciïn resulta ser muy valiosa con el propïsito de controlar finamente la turbina eïlica.

Esta disposiciïn permite la recuperaciïn, para cada aspa, de informaciïn relevante en relaciïn con al menos dos porciones de cada aspa. Convenientemente, los reflectores de luz estïn separados entre sï a lo largo de los ejes de las aspas y situados a distancias dadas desde los ejes del rotor; los reflectores de luz estïn distribuidos con el mismo espaciamiento y las mismas distancias desde el eje del rotor en cada aspa.

En consecuencia, las deformaciones estïticas y dinïmicas de cada aspa se pueden comparar de manera significativa con las deformaciones estïticas y dinïmicas de las otras aspas.

De acuerdo con una forma de realizaciïn preferida de la presente invenciïn, cada aspa comprende una porciïn de encastre, una porciïn intermedia, y una porciïn de punta que tiene una estructura configurada para favorecer el giro de la porciïn de la punta con respecto a la porciïn intermedia cuando la porciïn de punta se carga transversalmente hacia el eje del aspa; el aspa cuenta con al menos un reflector de luz en la porciïn intermedia y al menos un reflector de luz en la porciïn de la punta.

Las porciones de la punta de cada aspa puede girar automïticamente cuando la carga aplicada a la porciïn de la punta supera un valor dado. El reflector de la luz en la porciïn de la punta puede recuperar la ocurrencia de este evento y el grado de giro con respecto a la porciïn intermedia y a la porciïn de encastre a fin de permitir la evaluaciïn de un nuevo ajuste del ïngulo de paso del aspa.

De acuerdo con una forma de realizaciïn preferida adicional, cada aspa del rotor estï provista de al menos una superficie aerodinïmica de accionamiento tal como una aleta conectada de manera pivotante a la estructura del aspa y que se extiende a lo largo del borde de salida de la porciïn de la punta.

El ajuste de la superficie aerodinïmica de accionamiento permite la variaciïn de la distribuciïn de la carga a lo largo del aspa. En particular, la superficie aerodinïmica de accionamiento se acciona positivamente y se asocia a un reflector de luz adicional del dispositivo de mediciïn de reflexiïn de la imagen a fin de permitir el control de la posiciïn de la superficie aerodinïmica de accionamiento.

De acuerdo a una variante, se monta el reflector adicional de luz en la estructura del aspa tal como el larguero en estrecha proximidad a la superficie aerodinïmica de accionamiento con el fin de recuperar los efectos producidos por el accionamiento de la superficie aerodinïmica de accionamiento.

De acuerdo con una forma de realizaciïn preferida de la presente invenciïn, el sistema de control comprende una pluralidad de unidades de procesamiento de imïgenes, que emiten un conjunto de seïales de posiciïn correlacionadas con las posiciones de los reflectores de luz en las aspas; y una unidad de procesamiento de seïal configurada para ejecutar una serie de programas de procesamiento de la serie completa de seïales de posiciïn o subconjuntos del conjunto de seïales de posiciïn y emitir dichas seïales de control.

En particular, el sistema de control estï configurado para adquirir nuevas seïales tales como una seïal de velocidad correlacionada con la velocidad de rotaciïn del rotor; dichos programas incluyen un programa de detecciïn de desequilibrio del rotor configurado para detectar la desalineaciïn del eje del rotor con respecto a una posiciïn nominal del eje del rotor con base en las seïales de oscilaciïn derivados del conjunto de seïales de posiciïn y la seïal de velocidad.

De acuerdo con el segundo aspecto de la invenciïn, se proporciona un mïtodo de control para controlar el funcionamiento de una turbina eïlica.

De acuerdo con la presente invenciïn, se proporciona un mïtodo de control para controlar el parïmetro de funcionamiento de la turbina eïlica, en el que la turbina eïlica comprende un rotor que gira alrededor de un eje de rotor y que tiene una pluralidad de aspas acopladas de forma giratoria a un cubo alrededor de un eje de aspa y una pluralidad de accionadores de paso para ajustar los ïngulos de paso de las aspas; un freno controlado por un accionador de freno para detener el rotor; una mïquina elïctrica rotativa conectada al rotor; un inversor para controlar la mïquina elïctrica rotativa; y un sistema de control, que comprende una pluralidad de dispositivos de mediciïn de la reflexiïn de la imagen configurados para la detecciïn de las deformaciones de cada aspa; el mïtodo comprende las etapas de recuperaciïn de las deformaciones de la pluralidad de las aspas; emisiïn de seïales de control en funciïn de las deformaciones recuperadas por medio de la pluralidad de dispositivos de mediciïn de la reflexiïn de la imagen; controlar selectivamente al menos uno de los accionadores de paso, el accionador de freno, y el inversor por medio de las seïales de control; emisiïn de un conjunto de seïales de posiciïn correlacionadas con la posiciïn de al menos dos reflectores de luz situados en el interior de cada aspa de la pluralidad de aspas por medio de una pluralidad de unidades de procesamiento de imïgenes; y procesar el conjunto... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eïlica (1) que comprende un rotor (4) que puede girar alrededor de un eje del rotor (A) y que tiene una pluralidad de aspas (7) encastradas de forma giratoria a un cubo (6) alrededor de un eje de aspa (B) y una pluralidad de accionadores de paso (8) para ajustar los ïngulos de paso de las aspas (7) ; un freno (9) controlado por un accionador de freno (10) para detener el rotor (4) ; una mïquina elïctrica rotatoria (5) directamente conectada al rotor (4) ; un inversor (11) para controlar la mïquina elïctrica rotativa (5) ; y un sistema de control (22) , que comprende una pluralidad de dispositivos de mediciïn de la reflexiïn de imïgenes (24) configurado para detectar las deformaciones de cada aspa (7) , y estï configurado para emitir seïales de control para controlar selectivamente al menos uno de los accionadores de paso (8) ; el accionador de freno (10) ; y el inversor (11) en funciïn de las deformaciones recuperadas por medio de la pluralidad de dispositivos de mediciïn de la reflexiïn de imïgenes (24) ; en donde cada dispositivo de mediciïn de la reflexiïn de imïgenes (24) estï localizado dentro de un aspa (7; 36) y comprende una fuente de luz (26) , caracterizada porque comprende ademïs al menos dos reflectores de luz (27, 28; 27, 28, 43, 44) espaciados a lo largo de los ejes del aspa (B) para reflejar haces, y una cïmara (29) para recibir la luz reflejada y emitir seïales correlacionadas con las imïgenes recuperadas.

2. La turbina eïlica como la reivindicada en la Reivindicaciïn 1, en la que los reflectores de luz (27, 28; 27, 28, 43, 44) estïn separados entre sï a lo largo del eje del aspa (B) y situados a distancias dadas desde el eje del rotor (A) ; los reflectores de luz (27, 28; 27, 28, 43, 44) se distribuyen con el mismo espaciamiento y las mismas distancias desde el eje del rotor (A) en cada aspa (7; 36) .

3. La turbina eïlica como la reivindicada en la Reivindicaciïn 1 o 2, en la que cada aspa (7; 36) comprende una porciïn de encastre (14) , una porciïn intermedia (15) , y una porciïn de la punta (16) que tiene una estructura configurada para favorecer el giro de la porciïn de la punta (16) con respecto a la porciïn intermedia (15) cuando el aspa (7; 36) se carga transversalmente al eje del aspa (B) ; contando el aspa (7; 36) con al menos un reflector de luz

(27) en la porciïn intermedia (15) y al menos un reflector de luz (28) en la porciïn de la punta (16) .

4. La turbina eïlica como la reivindicada en la Reivindicaciïn 3, en la que el aspa (36) cuenta con al menos una superficie de accionamiento, por ejemplo al menos una aleta (37, 38) conectada de manera pivotante al aspa (36) y que se extiende a lo largo del borde de salida de la porciïn de la punta (16) .

5. La turbina eïlica como la reivindicada en la Reivindicaciïn 4, en la que la aleta (37, 38) se acciona positivamente y estï asociada a un reflector de luz adicional (43, 44) del dispositivo de mediciïn de reflexiïn de las imïgenes (24) a fin de permitir el control de la posiciïn de la aleta (37, 38) .

6. La turbina eïlica como la reivindicada en cualquiera de las Reivindicaciones anteriores, en la que el sistema de control (22) comprende una pluralidad de unidades de procesamiento de imïgenes (25) , que emiten un conjunto de seïales de posiciïn correlacionadas con las posiciones de los reflectores de luz (27, 28; 27, 28, 43, 44) en las aspas (7; 36) ; y una unidad de procesamiento de seïal (23) configurada para ejecutar una pluralidad de programas (30; 31, 32, 33, 34, 35, 45) para procesar el conjunto completo de seïales de posiciïn o subconjuntos del conjunto de seïales de posiciïn y la emisiïn de dichas seïales de control.

7. Un mïtodo para el control de una turbina eïlica, en el que la turbina eïlica comprende un rotor (4) que puede girar alrededor de un eje del rotor (A) y que tiene una pluralidad de aspas (7; 36) acopladas de forma giratoria a un cubo

(6) alrededor de un eje de aspa (B) y una pluralidad de accionadores de paso (8) para ajustar los ïngulos de paso de las aspas (7) ; un freno (9) controlado por un accionador de freno (10) para detener el rotor (4) ; una mïquina elïctrica rotatoria (5) conectada al rotor (4) ; un inversor (11) para controlar la mïquina elïctrica rotatoria (5) ; y un sistema de control (22) , que comprende una pluralidad de dispositivos de mediciïn de reflexiïn de las imïgenes (24) configurado para detectar las deformaciones de cada aspa (7) ; comprendiendo el mïtodo las etapas de recuperaciïn de la deformaciïn de la pluralidad de las aspas (7; 27) ; emitir seïales de control correlacionadas con las imïgenes recuperadas en funciïn de las deformaciones recuperadas por medio de la pluralidad de dispositivos de mediciïn de la reflexiïn de las imïgenes (24) ; controlar selectivamente los accionadores de paso (8) , el accionador de freno (10) , y el inversor (11) por medio de las seïales de control; emitir un conjunto de seïales de posiciïn correlacionadas con la posiciïn de al menos dos reflectores de luz (27, 28; 27, 28, 43, 44) localizados dentro de cada aspa (7; 36) de la pluralidad de aspas (7; 36) por medio de una pluralidad de unidades de procesamiento de imïgenes (25) ; y el procesamiento del conjunto de seïales de posiciïn o subconjunto del conjunto de seïales de posiciïn por medio de una pluralidad de programas (30; 31, 32, 33, 34, 35, 45) para el cïlculo y la emisiïn de dichas seïales de control.

8. El mïtodo como el reivindicado en la Reivindicaciïn 7 que comprende ademïs la etapa de comparar las seïales de posiciïn correlacionadas con la deformaciïn de cada aspa (7) a los valores de umbral; y emitir una seïal de control para controlar el accionador de paso (8) del aspa (7) o para detener la turbina eïlica (1) cuando una de las seïales de posiciïn excede el valor umbral relacionado.

9. El mïtodo como el reivindicado en la Reivindicaciïn 7 u 8, que comprende ademïs las etapas de procesar el subconjunto de seïales de posiciïn de cada aspa (7) a travïs del tiempo con el fin de recuperar las oscilaciones del aspa (7) y determinar las frecuencias y amplitudes de cada oscilaciïn; comparar las frecuencias de oscilaciïn con valores de referencia a fin de evitar frecuencias de oscilaciïn crïticas; emitir una seïal de control para controlar el accionador de paso (8) con el fin de modificar la frecuencia de oscilaciïn del aspa (7) cuando las frecuencias de oscilaciïn caen dentro de un intervalo crïtico.

10. El mïtodo como el reivindicado en una cualquiera de las Reivindicaciones 7 a 9, que comprende ademïs las etapas de procesamiento de todo el conjunto de seïales de posiciïn de todas las aspas (7) ; el cïlculo de la deformaciïn total del rotor (4) con base en las desviaciones de los valores de la posiciïn neutra de todas las aspas (7) ; la comparaciïn de la deformaciïn total del rotor (4) y un valor de umbral de referencia; y la emisiïn de una seïal de control para el accionamiento de los accionadores de paso (8) de todas las aspas (7) cuando la deformaciïn total del rotor (4) supera este valor de umbral de referencia.

11. El mïtodo como el reivindicado en una cualquiera de las Reivindicaciones 7 a 10, que comprende ademïs las etapas de procesar el subconjunto de seïales de posiciïn de al menos un aspa (7) para el cïlculo de las frecuencias de oscilaciïn del aspa (7) ; la adquisiciïn de la producciïn de energïa por la mïquina elïctrica rotatoria (5) ; la comparaciïn de las frecuencias de oscilaciïn calculadas en dicha producciïn de energïa con las frecuencias naturales de oscilaciïn en la misma producciïn de energïa en ausencia de hielo; y emitir una seïal de control para detener la turbina eïlica (1) y / o iniciar un programa de descongelaciïn cuando las diferencias entre las frecuencias calculadas y las frecuencias naturales exceden los valores de umbral dados.

12. El mïtodo como el reivindicado en una cualquiera de las Reivindicaciones 7 a 11, que comprende ademïs las etapas de procesamiento de un subconjunto de seïales de posiciïn con el fin de calcular las oscilaciones (amplitudes y frecuencias) de al menos un aspa (7) ; y que emite una seïal de control para el ajuste del inversor (11) y / o el paso de una o mïs aspas (7) cuando las diferencias de las oscilaciones (amplitudes y frecuencias) a travïs del tiempo exceden un rango dado y el rotor (4) gira a velocidad de rotaciïn constante.

13. El mïtodo como el reivindicado en una cualquiera de las Reivindicaciones 7 a 12, en el que cada aspa (7; 36) comprende una porciïn de encastre (14) , una porciïn intermedia (15) , y una porciïn de la punta (16) que tiene una estructura configurada para favorecer el giro de la porciïn de la punta (16) con respecto a la porciïn intermedia (15) cuando el aspa (7; 36) se carga transversalmente al eje del aspa (B) ; contando el aspa (7; 36) con al menos un reflector de luz (27) en la porciïn intermedia (15) y al menos un reflector de luz (28) en la porciïn de la punta (16) ; el mïtodo comprende ademïs las etapas de comparar las seïales de posiciïn asociadas a dichos reflectores de luz (27, 28) para el cïlculo del giro de la porciïn de la punta (16) con respecto a la porciïn intermedia (15) de un aspa (7) ; y emitir una seïal de control para controlar el accionador de paso (8) de dicha aspa (7) y el ajuste del ïngulo de paso de dicha aspa (7) cuando el giro estï fuera de un rango dado.

14. El mïtodo como el reivindicado en una cualquiera de las Reivindicaciones 7 a 12, en el que cada aspa (36) cuenta con al menos una superficie aerodinïmica accionada, por ejemplo, al menos una aleta (37, 38) conectada de manera pivotante al aspa (36) y que se extiende a lo largo del borde de salida de la porciïn de la punta (16) la superficie aerodinïmica de accionamiento estï conectada a al menos un reflector de luz adicional (43, 44) ; el mïtodo comprendiendo la etapa de adquisiciïn de la posiciïn de dicha superficie aerodinïmica accionada.

15. El mïtodo como el reivindicado en una cualquiera de las Reivindicaciones 7 a 9, que comprende la etapa de comparar las deformaciones de cada aspa (7; 36) con las deformaciones de las otras aspas (7, 36) del rotor (4) .