Generador eléctrico de propulsión eólica y procedimiento de control del ángulo de paso de pala para el mismo.

Un generador de turbina de viento que comprende:

unos medios (11) de producción de ángulo de paso colectivo que producen una demanda de ángulo de paso colectivo que es común a los ángulos de paso de pala de una pluralidad de palas (1,

2, 3) de la turbina de viento;

unos medios (13) de producción de ángulo de paso individual que producen una demanda de ángulo de paso individual inherente a cada una de las palas (1, 2, 3) de la turbina de viento; estando caracterizado el generador de la turbina de viento porque comprende además:

unos medios de multiplicación (21, 22, 23) que multiplican cada demanda de ángulo de paso individual de los medios de producción del ángulo de paso individual por una ganancia de ángulo de paso individual;

unos medios (14) de producción de ganancia de ángulo de paso individual que ajustan la ganancia de ángulo de paso individual de tal manera que cuando se realiza la parada, se reduce de forma gradual la ganancia de ángulo de paso individual y llega a cero después del primer tiempo de consigna; y

unos medios (24, 25, 26) de adición que añaden la demanda de ángulo de paso colectivo a un resultado de la multiplicación llevada a cabo por los medios (21, 22, 23) de multiplicación, y entrega un valor resultante a un actuador de paso (31, 32, 33) inherente a cada una de las palas (1, 2, 3) de la turbina de viento,

en donde los medios (14) de producción de la ganancia de ángulo de paso individual mantienen una ganancia predeterminada de ángulo de paso individual antes de la parada hasta un segundo tiempo de consigna que es más corto que el primer tiempo de consigna después de que la parada ha comenzado

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2010/051831.

Solicitante: MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 16-5, KONAN 2-CHOME MINATO-KU, TOKYO 108-8215 JAPON.

Inventor/es: HAYASHI, YOSHIYUKI, NAKASHIMA,TAKUMI, BABA,MITSUYA, IDE,KAZUNARI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D7/04 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). › Control automático; Regulación.

PDF original: ES-2541835_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Generador eléctrico de propulsión eóllca y procedimiento de control del ángulo de paso de pala para el mismo Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un generador de turbina de viento del tipo de control del ángulo de paso individual y un procedimiento de control del ángulo de paso de pala de la misma, y más particularmente, a un generador de turbina de viento y un procedimiento de control del ángulo de paso de pala del mismo para reducir aún más un desequilibrio aerodinámico del rotor de una turbina de viento en el momento de la parada para reducir aún más la carga máxima que se convierte en una restricción del diseño de una turbina de viento, y reducir el peso y coste del generador de la turbina de viento.

Estado de la técnica

Como se muestra en la Fig. 2, una turbina de viento de tipo hélice utilizada en un generador de la turbina de viento incluye una pluralidad de palas de la turbina de viento (normalmente tres palas de la turbina de viento, y una estructura que tiene tres palas de la turbina de viento se describirá en el presente documento). Se controla un ángulo de paso de pala de modo que se obtienen una velocidad de rotación y salida predeterminadas de acuerdo con las condiciones del viento. Según las turbinas de viento de los últimos años, a medida que aumenta la longitud de la pala de la turbina de viento, se incluye el control del ángulo de paso individual en el control del ángulo de paso de pala (p. ej., Cita 1 de la patente). Según este control, una demanda de ángulo de paso individual que es independiente entre las palas de la turbina de viento calculada de acuerdo con un ángulo de azimut, o una carga de cada pala de la turbina de viento se añade a una demanda de ángulo de paso colectivo que es la misma para todas las palas de la turbina de viento, y el ángulo de paso de pala se controla basándose en el valor añadido. Con este control del ángulo de paso individual, es posible reducir una cantidad de variación en la carga fuera de plano del rotor (carga que es perpendicular a un plano de rotación del rotor de la turbina de viento), y que aumenta la resistencia a la fatiga de la turbina de viento.

Cuando se detecta una alarma, se realiza un control de parada cerrando Inmediatamente el ángulo de paso de pala de las palas de la turbina de viento y deteniendo rápidamente la turbina de viento. Cuando se realiza el control de parada en una turbina de viento que tiene el control del ángulo de paso individual, los ángulos de paso de pala de las palas de la turbina de viento son diferentes entre sí también cuando comienza la parada, y el control para cerrar los ángulos de paso de pala de todas las palas de la turbina de viento se realiza desde este estado a la misma velocidad de paso (es decir, la orientación se realiza para llevar el ángulo de paso de pala en paralelo con la dirección del viento). En este caso, durante el control de parada, el rotor de la turbina de viento gira en un estado donde los ángulos de paso de pala de las palas de la turbina de viento son diferentes entre sí independientemente del ángulo de azimut o la carga, y se genera un desequilibrio aerodinámico en el rotor de la turbina de viento. Una de las restricciones de diseño de la turbina de viento es una carga excesiva generada en toda la turbina de viento por el desequilibrio aerodinámico, y es deseable reducir el desequilibrio aerodinámico.

Con el fin de resolver un problema de este tipo, la Cita 2 de la patente propone la siguiente técnica de control. Para una pala de la turbina de viento (primera pala) que tiene un ángulo de paso de pala más cercano a un lado fino, el ángulo de paso de pala se cierra a una velocidad de paso máxima prescrita. Para otra pala de la turbina de viento que tiene un ángulo de paso de pala más cercano a un borde orientable, el ángulo de paso de pala se cierra a una velocidad de paso menor que la velocidad de paso máxima hasta que el ángulo de paso de pala de la primera pala se equipara con la última pala de la turbina de viento. Después de que el ángulo de paso de pala llega ser el mismo que el ángulo de paso de pala de la primera pala, el ángulo de paso de pala se cierra a la misma velocidad de paso que la de la primera pala, y los ángulos de paso de pala de las tres palas de la turbina de viento se dejan coincidir rápidamente entre sí para orientarse (parada de la turbina de viento).

Documento 1 de patente: solicitud de patente japonesa no examinada, publicación n° 23-21952 Documento 2 de patente: publicación de solicitud de patente de EE. UU. n° 29/148286 Documento 3 de patente: publicación Internacional PCT n° W29/13966

También se conoce un procedimiento de control de una pala de una turbina de viento durante el proceso de parada del rotor en un sistema de una turbina de viento a partir de la solicitud de patente WO 26/7838.

Objeto de la invención

Sin embargo, en la técnica divulgada en la Cita 2 de la patente, los ángulos de paso de pala son cerradas a una velocidad de paso predeterminado independientemente a partir del ángulo de azimut o la carga hasta que los ángulos de paso de pala de las palas de la turbina de viento coinciden unas con otras después de que ha comenzado la parada. Por lo tanto, puede generarse un desequilibrio aerodinámico en el rotor de la turbina de viento debido a una diferencia en los ángulos de paso de pala de las palas de la turbina de viento. Por lo tanto, una carga excesiva generada en toda la turbina de viento permanece como una restricción del diseño de la turbina de viento

debido al desequilibrio aerodinámico. Esta carga excesiva se refleja en el diseño de las piezas de la máquina frente a la resistencia, aumentando de ese modo el peso y el coste del generador de la turbina de viento.

La presente invención se ha realizado en vista de las anteriores circunstancias, y un objeto de la presente invención es proporcionar un generador de turbina de viento y un procedimiento de control del ángulo de paso de pala del mismo para reducir aún más un desequilibrio aerodinámico de un rotor de la turbina de viento en el momento de la parada para reducir aún más la carga máxima que se convierte en una restricción del diseño de la turbina de viento, y para reducir el peso y el coste del generador de la turbina de viento.

Solución técnica

Con el fin de resolver los problemas anteriormente descritos, la presente invención emplea las siguientes soluciones.

Un primer aspecto de la presente invención es un generador de la turbina de viento que incluye: unos medios de producción de un ángulo de paso colectivo que producen una demanda de ángulo de paso colectivo que es común para los ángulos de paso de pala de una pluralidad de palas de una turbina de viento; unos medios de producción de un ángulo de paso individual que producen una demanda de ángulo de paso individual inherente a cada una de las palas de la turbina de viento; unos medios de multiplicación que multiplican cada demanda de ángulo de paso individual de los medios de producción del ángulo de paso individual por una ganancia del ángulo de paso individual; unos medios de producción de la ganancia del ángulo de paso individual que ajustan la ganancia del ángulo de paso individual de tal manera que cuando se realiza la parada, una ganancia del ángulo de paso individual se reduce de forma gradual y llega a cero después del primer tiempo de consigna; y unos medios de adición que se añaden a la demanda de ángulo de paso colectivo al resultado de la multiplicación llevada a cabo por los medios de multiplicación, y proporciona un valor resultante a un actuador de paso inherente a cada una de las palas de la turbina de viento.

Según este aspecto, cuando se realiza la parada, es posible coincidir los ángulos de paso de las palas entre sí para realizar la orientación de forma gradual reduciendo la demanda de ángulo de paso individual (valor absoluto) ajustando una ganancia del ángulo de paso individual. Incluso después de que ha comenzado la parada, el control del ángulo de paso individual continúa durante un tiempo dado hasta que la ganancia del ángulo de paso individual llega a cero. Por lo tanto, incluso después de que haya empezado la parada, una diferencia entre los ángulos de paso de las palas se puede corresponder con una diferencia en la carga fuera de plano del rotor que se aplica a cada pala. En consecuencia, es posible reducir el ángulo de paso individual sin aumentar el desequilibrio aerodinámico del rotor de la turbina de viento. Como resultado, es posible reducir aún más la carga máxima que se convierte en la restricción de diseño de la turbina de viento, y realizar un generador de turbina de viento de poco peso y de bajo coste.

En el aspecto descrito... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un generador de turbina de viento que comprende:

unos medios (11) de producción de ángulo de paso colectivo que producen una demanda de ángulo de paso colectivo que es común a los ángulos de paso de pala de una pluralidad de palas (1, 2, 3) de la turbina de viento; unos medios (13) de producción de ángulo de paso individual que producen una demanda de ángulo de paso individual inherente a cada una de las palas (1, 2, 3) de la turbina de viento; estando caracterizado el generador de la turbina de viento porque comprende además:

unos medios de multiplicación (21, 22, 23) que multiplican cada demanda de ángulo de paso individual de los medios de producción del ángulo de paso individual por una ganancia de ángulo de paso individual; unos medios (14) de producción de ganancia de ángulo de paso individual que ajustan la ganancia de ángulo de paso individual de tal manera que cuando se realiza la parada, se reduce de forma gradual la ganancia de ángulo de paso individual y llega a cero después del primer tiempo de consigna; y

unos medios (24, 25, 26) de adición que añaden la demanda de ángulo de paso colectivo a un resultado de la multiplicación llevada a cabo por los medios (21, 22, 23) de multiplicación, y entrega un valor resultante a un actuador de paso (31, 32, 33) inherente a cada una de las palas (1, 2, 3) de la turbina de viento, en donde los medios (14) de producción de la ganancia de ángulo de paso individual mantienen una ganancia predeterminada de ángulo de paso individual antes de la parada hasta un segundo tiempo de consigna que es más corto que el primer tiempo de consigna después de que la parada ha comenzado.

2. El generador de la turbina de viento según la reivindicación 1, en donde los medios (14) de producción de la ganancia de ángulo de paso individual ajustan la ganancia del ángulo de paso individual sobre la base de una función decreciente de orden n o una combinación de funciones decrecientes.

3. El generador de la turbina de viento según la reivindicación 1, en donde el primer tiempo de consigna o el segundo tiempo de consigna se establecen sobre la base de una producción de la electricidad generada por el generador de la turbina de viento, la velocidad de rotación de un rotor de la turbina de viento o la demanda de ángulo de paso colectivo.

4. Un procedimiento de control del ángulo de paso de pala de un generador de una turbina de viento, comprendiendo dicho procedimiento de control:

una etapa de producción de ángulo de paso colectivo que produce una demanda de ángulo de paso colectivo que es común a los ángulos de paso de pala de una pluralidad de palas (1, 2, 3) de la turbina de viento; una etapa de producción de ángulo de paso individual que produce una demanda de ángulo de paso individual inherente a cada una de las palas (1, 2, 3) de la turbina de viento; estando caracterizado dicho procedimiento de control porque comprende además:

una etapa de multiplicación que multiplica cada demanda de ángulo de paso individual de los medios (13) de producción de ángulo de paso individual por una ganancia del ángulo de paso individual; una etapa de producción de ganancia de ángulo de paso individual que ajusta la ganancia del ángulo de paso individual de tal manera que cuando se realiza la parada, se reduce de forma gradual la ganancia del ángulo de paso individual y llega a cero después del primer tiempo de consigna; y

una etapa de adición que añade la demanda de ángulo de paso colectivo a un resultado de la multiplicación llevada a cabo en la etapa de multiplicación, y que entrega un valor resultante a un actuador de paso (31, 32, 33) inherente a cada una de las palas (1, 2, 3) de la turbina de viento,

en donde, en la etapa de producción de ganancia de ángulo de paso individual, se mantiene una ganancia predeterminada de ángulo de paso individual antes de la parada hasta un segundo tiempo de consigna que es más corto que el primer tiempo de consigna después de que la parada ha comenzado.

5. El procedimiento de control del ángulo de paso de pala del generador de la turbina de viento según la reivindicación 4, en donde en la etapa que produce la ganancia del ángulo de paso individual, la ganancia del ángulo de paso individual se ajusta sobre la base de una función decreciente de orden n o en una combinación de funciones decrecientes.

6. El procedimiento de control del ángulo de paso de pala del generador de la turbina de viento según la reivindicación 4, en donde el primer tiempo de consigna o el segundo tiempo de consigna se establecen sobre la base de una producción de electricidad generada por el generador de la turbina de viento, la velocidad de rotación del rotor de una turbina de viento o la demanda de ángulo de paso colectivo.


 

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