Control de sistema de turbina eólica.

Un sistema de gestión de una granja eólica que tiene una pluralidad de turbinas eólicas que comprende:

un elemento (234, 244) de Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA) en cada turbina eólica para recoger datos de la turbina (230, 240) eólica respectiva, estando configurado dicho elemento SCADA de la turbina eólica para almacenar un primer subconjunto de los datos localmente y transmitir el primer subconjunto de datos de acuerdo con intervalos de tiempo no reales y para transmitir un segundo subconjunto de datos por una red de una granja eólica para proporcionar datos aproximadamente en tiempo real, en el que el segundo subconjunto de datos es almacenado hasta que se transfiera correctamente;

un elemento (214) SCADA en cada una o más instalaciones (210) meteorológicas configurado para recoger datos meteorológicos;

un elemento (226) SCADA en cada una o más subestaciones (220) conectado eléctricamente con la pluralidad de turbinas (230, 240) eólicas; y

un servidor (252) acoplado para comunicarse con la turbina eólica y los elementos (226, 234, 244, 214) meteorológicos y SCADA de la subestación a través de la red de la granja eólica, estando configurado dicho servidor para recibir y almacenar datos recibidos de los elementos en intervalos predeterminados y para llevar a cabo la gestión de la base de datos sobre los datos recibidos, estando configurado además el servidor para recopilar y mantener datos actuales e históricos como las entradas, condiciones operativas y rendimientos de la pluralidad de las turbinas eólicas.

Control de sistema de turbina eólica

Campo técnico

La invención se refiere al control de múltiples generadores de turbinas eólicas. Más en particular, la invención se refiere al control y la adquisición de datos en una granja eólica que tienemúltiples generadores de turbinas eólicas.

Antecedentes Históricamente, las turbinas eólicas han contribuido muy poco a la generación general de energía para suministrar a las redes eléctricas. La baja potencia de las unidades (<100 kW) y la disponibilidad incierta de las fuentes eólicas han provocado que los generadores de turbinas eólicas se vean apenas afectados cuando los operadores de redes eléctricas consideraban la seguridad dela red. No obstante, ahora están disponibles generadores de turbinas eólicas con potencias de 1, 5 MW o más. Además, muchos desarrolladores de generación de energía están instalando granjas eólicas que tienen cien o más generadores de turbinas eólicas. El "bloque" de energía disponible de las granjas eólicas con generadores de turbinas eólicas de 1, 5 MW es comparable a un generador de turbina de gas moderno. Por consiguiente, los generadores deturbinas eólicas son fuentes de energía cada vez más viables para la red eléctrica.

El documento US 2002/0029097 desvela un sistema de supervisión, control y adquisición de datos de gestión de las turbinas eólicas para la generación de energía eléctrica. Una unidad de procesamiento vectorial recoge datos de todos los componentes de la red a intervalos regulares. Esta recoge datos de un controlador de la turbina eólica cada segundo, de todas las torres cada 30 segundos y de una unidad de procesamiento de la subestación cada segundo.

Un requisito para la producción eficiente de energía en una granja eólica es la recogida de datos. Los sistemas de recogida de datos actuales generalmente son en base a una arquitectura central única de recogida de datos en continuo funcionamiento con una capacidad limitada para el procesamiento y almacenamiento inteligente de datos en cada turbina eólica, mástil meteorológico o en la subestación. Este tipo de arquitectura es susceptible al fallo del sistema central de recogida de datos al almacenar y archivar los datos producidos por los dispositivos en la granja eólica si ocurren fallos en la infraestructura de la red de la granja eólica. Por ejemplo, la pérdida de la conectividad entre el dispositivo maestro de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA, por sus siglas en inglés) y las turbinas eólicas podría dar como resultadola pérdida de datos operativos y registrosfallidos de las turbinas eólicas.

Sumario Se describe un sistema de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) de gestión de una granja eólica de acuerdo con las características de la reivindicación 1. El sistema SCADA incluye una pluralidad de servidores de comunicación de turbinas (TCS, por sus siglas en inglés) dentro de las turbinas eólicas de la granja eólica. Los TCS recogen datos de las turbinas, almacenan localmente un primer subconjunto de datos y transmiten el primer subconjunto de datos de acuerdo con intervalos de tiempo no real. Los TCS también transmiten un segundo subconjunto de datos por una red de la granja eólica para proporcionar datos aproximadamente en tiempo real y almacenar el segundo subconjunto de datos hasta que se transfieran correctamente. El sistema SCADA incluye además un servidor acoplado para comunicarse con la pluralidad de TCS para proporcionar señales para controlar las turbinas eólicas, sirviendo el servidor también para almacenar datos recibidos de la pluralidad de TCS y para llevar a cabola gestión dela base de datos sobrelos datos recibidos.

Breve descripción de los dibujos La invención se ilustra a modo de ejemplo, y no a modo de limitación, en las figuras de los dibujos adjuntos en las que los números de referencia semejantes hacen referencia a elementos similares.

La Figura 1 es un diagrama de bloque de una realización deun sistema eléctrico de un generador de turbina eólica. La Figura 2 es un diagrama de bloque de una realización deuna granja eólica. La Figura 3 es un diagrama de flujo de una realización de adquisición y procesamiento de datos de una turbina eólica en una granja eólica. La Figura 4 es un diagrama de flujo de una realización de adquisición y procesamiento de datos de un servidor acoplado a múltiples turbinas eólicas, subestaciones y/oinstalaciones meteorológicas en una granja eólica.

Descripción detallada Las técnicas descritas en el presente documento permiten que los sistemas de ventilador eólico de un generador de turbina eólica recojan datos para su uso, por ejemplo, en el control del generador. En una realización, una combinación de arquitectura maestro-esclavo de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) junto con

bases de datos distribuidas locales con respecto al dispositivo productor de datos dentro de una granja eólica proporciona funcionalidad para la monitorización y el control en tiempo real, así como visualización para el usuario, archivo y reporte de datos históricos, gestión de configuración, procesamiento secundario de datos, registro fallido, alarmas y/o acceso remoto de usuarios. En una realización, la arquitectura proporciona monitorización y control aproximadamente en tiempo real de dispositivos de granjas eólicas tanto de forma local como remota, a la vez que facilita también el archivo de datos operativos de turbinas eólicas individuales así como datos totales de la granja eólica.

En una realización, la arquitectura utiliza un dispositivo cliente dentro de las turbinas eólicas, los mástiles meteorológicos de la granja eólica y/o subestaciones de la granja eólica para proporcionar una interfaz de comunicaciones (a tiempo real y de transferencia de archivos) entre los dispositivos y la red de área local (LAN, por sus siglas en inglés) de la granja eólica o alojamiento remoto. La arquitectura proporciona además registro y procesamiento de datos en tiempo real, historiales de datos, acceso a datos a través de servidores y funcionalidad de almacenamiento y gestión de bases de datos. El sistema puede utilizar, por ejemplo, un sistema de gestión de bases de datos basada en casos en cada dispositivointeligente y una estación de alojamientomaestra.

El diseño del sistema también es compatible con la integración y una interfaz de configuración de usuario único para aplicaciones adicionales de granjas eólicas tal como la reducción, aplicaciones energéticas tal como el control del factor de energía, sistemas demonitorización de condiciones y sistemas de predicción operativa. En una realización, hay una puerta de enlace de abastecimiento eléctrico integrada en el sistema que proporciona opciones de conectividad para estaciones SCADA maestras de abastecimiento eléctrico que utilizan protocolos nativos. Esta puerta de enlace también puede incluir una base de datos que permita la división de la base de datos y múltiples capacidades de estación maestra independientes. La arquitectura maestro-esclavo también puede permitir un punto central único de configuración parala gestión compleja de datos y la gestión de un sistema de comunicaciones.

Las anteriores arquitecturas de control de granjas eólicas son en base a una arquitectura central única de recogida de datos en continuo funcionamiento con capacidad limitada para el procesamiento y almacenamiento inteligente de datos en cada turbina eólica, mástil meteorológico y/o en la subestación. Este tipo de arquitectura era susceptible al fallo del sistema central de recogida de datos al almacenar y archivar los datos producidos por los dispositivos en la granja eólica si ocurren fallos en la infraestructura de la red de la granja eólica. Por ejemplo, las arquitecturas maestro-esclavo normales utilizadas en una granja eólica y sin una base de datos SQL distribuida dentro de cadaturbina eólica, la pérdida de conectividad entre el SCADA maestro y las turbinas eólicas, la LAN (Red de Área Local) de la granja eólica podría dar como resultado la pérdida de datos operativos y registrosfallidos de la turbina eólica.

Al estar basados en una arquitectura central única de monitorización, control y recogida central de datos (es decir, SCADA maestro único) , los sistemas anteriores no eran compatibles con SCADA maestros independientes adicionales (es decir, dispositivos SCADA dentro de los diversos componentes de una granja eólica, por ejemplo, turbinas eólicas, subestaciones y/o instalaciones meteorológicas) y bases de datos secundarias dentro de la granja eólica, y estas arquitecturas tampoco eran compatibles con la monitorización remota, el control y la recogida de datosindependientes del SCADA maestro.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de gestión de una granja eólica que tiene una pluralidad de turbinas eólicas que comprende:

un elemento (234, 244) de Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA) en cada turbina eólica para recoger datos de la turbina (230, 240) eólica respectiva, estando configurado dicho elemento SCADA de la turbina eólica para almacenar un primer subconjunto de los datos localmente y transmitir el primer subconjunto de datos de acuerdo con intervalos de tiempo no reales y para transmitir un segundo subconjunto de datos por una red de una granja eólica para proporcionar datos aproximadamente en tiempo real, en el que el segundo subconjunto de datos esalmacenadohastaquesetransfieracorrectamente;

un elemento (214) SCADA en cada una o más instalaciones (210) meteorológicas configurado para recoger datos meteorológicos;

un elemento (226) SCADA en cada una o más subestaciones (220) conectado eléctricamente con la pluralidad de turbinas (230, 240) eólicas; y un servidor (252) acoplado para comunicarse con la turbina eólica y los elementos (226, 234, 244, 214) meteorológicos y SCADA de la subestación a través de la red de la granja eólica, estando configurado dicho servidor para recibir y almacenar datos recibidos de los elementos en intervalos predeterminados y para llevar a cabo la gestión de la base de datos sobre los datos recibidos, estando configurado además el servidor para recopilar y mantener datos actuales e históricos como las entradas, condiciones operativas y rendimientos de la pluralidad de las turbinas eólicas.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que los datos recopilados comprenden la velocidad del viento y la producción de energía recopilados de cada turbina eólica de acuerdo con un primer intervalo predeterminado, datos meteorológicos recopilados de cada instalación meteorológica de acuerdo con un segundo intervalo predeterminado y datos de la subestación incluyendo producción de energía de cada subestación.

3. Es sistema de la reivindicación 1, en el que los datos recopilados comprenden datos de energía, energía reactiva, velocidad del viento, subtotal de energía y energía total recopilados de acuerdo con un primer intervalo de tiempo.

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que los datos recopilados comprenden además la velocidad de rotación del generador, temperatura del generador, temperatura de la caja de engranajes, temperatura ambiente, velocidad del viento, dirección del viento, energía real, energía reactiva, factor de energía, tensión de fase y corriente de fase para cada fase, producción de energía y tiempo de producción.

5. El sistema de la reivindicación 2, en el que los datos recopilados comprenden el estado del controlador recopilado de cada turbina eólica, velocidades de viento vertical y horizontal, dirección del viento, temperatura y presión del aire, energía activa total que sale de la subestación, energía reactiva total que sale de la subestación, energía activa total que entra en la subestación y energía reactiva total en la subestación.

6. El sistema de la reivindicación 1, en el que la granja eólica está organizada en parques para fines de reporte y gestión y los datosrecopilados comprenden energía producida por cada parque. 45

7. El sistema de la reivindicación 6, en el que los datos para cada parque comprenden un estado operativo de una o más turbinas en el parque, energía real total producida en el parque, energía reactiva total producida en el parque, y/o un factor de energía para el parque.

8. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una base (256) de datos de configuración para que la granja eólica almacene información que describe una configuración actual de elementos de los sistemas que se van a utilizar durante la inicialización del sistema que comprende información que describe la configuración actual de la granja eólicaincluyendo los elementos SCADA de la turbina eólica en la granja eólica.

9. El sistema de la reivindicación 8, comprendiendo además la información de configuración: información que describe cada turbina eólica de la granja eólica, incluyendo para cada dicha turbina información de la fuente de datos que describe cómo deben correlacionarse los datos de fuente de la turbina a los campos de una base de datos del sistema.

10. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una lógica (252) de procesamiento para procesar datos de la turbina eólica para reportar la producción de energía media durante un periodo de tiempo, la producción de energía esperada durante el periodo de tiempo, y/o la eficacia de la producción durante el periodo de tiempo para cada turbina eólica en la granja eólica.