MÉTODO DE CONTROL DE AEROGENERADOR.

Método de control de aerogenerador.

Se describe un método de control de aerogeneradores que comprende el detectar la presencia de anomalía en el perfil aerodinámico de las palas y actuar el aerogenerador en función no sólo de la determinación de dicha anomalía,

sino también teniendo en cuenta las características de la misma.

Método de control de aerogenerador.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca en el campo de la generación de electricidad mediante la transformación de energía eólica.

El objeto de la invención consiste en un método de control de aerogeneradores que tiene en cuenta la condición aerodinámica de los perfiles de las palas para la modificación de al menos un parámetro de control, con la finalidad de aumentar la disponibilidad del mismo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La deposición de hielo u otro tipo de material no deseado en las palas de los aerogeneradores dañan el buen funcionamiento de los mismos, dicha deposición comportando, entre otras consecuencias, la modificación de la geometría del perfil aerodinámico de las palas y conllevando una mala distribución de cargas y esfuerzos tanto en el rotor como en otros componentes del aerogenerador. Dicho problema es bien conocido y se encuentran en el estado de la técnica múltiples soluciones para detectar, determinar o monitorizar cambios en el perfil aerodinámico de las palas, o para detectar directamente la formación de hielo.

Para intentar aportar una solución a dicho problema se encuentran a día de hoy soluciones como la descrita en el documento US7086834B2 que describe cómo se detecta el hielo en las palas de un aerogenerador.

Asimismo se conoce el documento US2011042950 (A1) , el cual detalla un sistema para cuantificar la cantidad de hielo formado en las palas y continuar operando en caso de que el hielo depositado sea menor que una cierta cantidad predeterminada; si esa cantidad se supera, el aerogenerador pasa a un modo de funcionamiento sin carga en que se sigue cuantificando el hielo de las palas.

En el documento ES2293269T3 se detalla un método para detectar hielo en un aerogenerador, en el que se cambia el modo de funcionamiento del aerogenerador si se determinan ciertos valores mediante sensores cuyo resultado se compara con unos valores de parámetros de funcionamiento predefinidos de la instalación de energía eólica; si la comparación determina un valor de diferencia estimado previamente, se hace efectivo el cambio En el documento US8096761B2 se describe un método de gestión de una turbina de viento, el cual detalla un método para determinar el valor de paso de pala mínimo dependiendo del valor que toma la eficiencia de la pala calculada en función de la velocidad de viento y la velocidad de rotor y mantener el ángulo de inclinación de pala en un valor mayor o igual que el valor de paso de pala mínimo determinado en respuesta al parámetro eficiencia de pala independiente de la programación de parámetros operativos.

Ninguno de dichos documentos aporta una solución válida al problema de aumentar la disponibilidad del aerogenerador en situaciones en las cuales se determina alguna variación en el perfil aerodinámico de las palas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

A la vista del problema anteriormente planteado se aporta una solución válida al problema de aumentar la disponibilidad del aerogenerador, adecuando para ello el control al tipo de condición aerodinámica y másica para incrementar la producción de energía. Dicha solución toma forma en el método objeto de la invención, el cual aporta un procedimiento de control del aerogenerador en situaciones en las que se produce una variación de los perfiles aerodinámicos de las palas. Dicho procedimiento de control comprende dos fases o etapas principales:

• Una primera fase de detección y diagnóstico de las características de la variación en la geometría de los perfiles (discriminando si esta variación se realiza de manera equilibrada entre las palas, normalmente tres palas) .

• Una segunda fase de, sabiendo cómo es dicha variación, llevar a cabo una modificación de los parámetros de control del aerogenerador.

Tal y como se indica en el párrafo anterior el método de control de aerogenerador aquí descrito comienza con una determinación de variaciones en el perfil dinámico de al menos una de las palas. Dicha determinación se basa en la obtención, mediante una serie de sensores, de al menos un dato representativo del estado de operación del aerogenerador, y el cálculo de una primera señal sensible a variaciones desequilibradas del perfil aerodinámico entre las palas, mediante la aplicación de un cálculo del armónico 1p a la frecuencia de giro del rotor a partir del al menos un dato representativo del estado de operación del aerogenerador. Dicho dato representativo del estado de operación del aerogenerador puede ser un dato de velocidad de giro y/o par y/o cargas sobre el aerogenerador, o bien una medición de una variable eléctrica como la potencia generada; siendo estos datos captados por lo sensores con una determinada frecuencia de muestreo superior a 10 veces la frecuencia de giro del rotor.

Dicha primera señal obtenible a partir de los datos captados, independientemente del sistema que se utilice para dicha captación, es sensible a variaciones desequilibradas del perfil aerodinámico entre las palas; es decir cualquier variación desequilibrada influye en dicha primera señal, al igual que cualquier segunda o tercera señal que se calcule o determine a partir de al menos un dato captado por los sensores, de tal manera que la presencia de variaciones desequilibradas repercute directamente en el valor o forma de dicha primera señal.

Para determinar si existe variación desequilibrada entre todas las palas del aerogenerador o no se realiza una comparación de la primera señal con un primer valor umbral que va a determinar una posible amplificación de dicho armónico 1p a la frecuencia de trabajo del rotor en ese momento.

Si se determina que la variación se lleva a cabo de forma desequilibrada, dado que al realizar la comparación entre la primera señal calculada y el primer valor umbral se ve que la primera señal rebasa dicho primer umbral, se procede a modificar al menos un lazo de control de par. El hecho de que la primera señal rebase el primer umbral indica un incremento del armónico 1p (resultado del cálculo aplicado a los datos captados por los sensores) por encima del valor de armónico 1p predeterminado como primer valor umbral.

Dicha modificación en el lazo de control de par conlleva incluir un primer filtro a la frecuencia 1p a la salida del regulador del lazo de control de par, si bien la citada modificación puede incluir también la alteración del lazo de control de paso de pala incluyendo un segundo filtro a la correspondiente frecuencia 1p, en el caso de determinar una variación desequilibrada en el perfil aerodinámico de las palas.

Cabe destacar que el método aquí descrito tiene en cuenta que el hecho de que no se detecte que existe una variación desequilibrada, no implica que no exista variación equilibrada (es decir una variación aerodinámica y/ omásica de los perfiles de las palas aproximadamente igual en todas las palas) . Ésta puede existir y genera una serie de cargas que son perjudiciales para el rotor del aerogenerador; es por ello que se contempla asimismo un paso adicional en el método de control para determinar dicha circunstancia que puede requerir de datos no comprendidos en la primera señal. Para ello se puede hacer necesario llevar a cabo la determinación de una variación equilibrada con respecto a un estado de operación normal, para lo cual se realiza una comparación de una segunda señal relacionada con el pitch actual, con un cuarto valor umbral correspondiente a un valor de paso de pala superior a un paso de pala de entrada en pérdida.

Con el fin de aumentar la disponibilidad del aerogenerador en este evento, se incluye el paso de modificar transitoriamente el límite mínimo de ángulo de pala en el lazo de control de pitch para igualarlo a un valor mayor o igual que el valor del cuarto umbral. El cuarto umbral puede ser un valor constante y predeterminado o puede ser dependiente de la velocidad del viento.

En una realización alternativa del objeto de la invención se puede realizar, de forma adicional o no, una comparación de la señal con un tercer valor umbral, donde dicho tercer valor umbral es mayor que el primer valor umbral y es un valor correspondiente una valor a partir del cual se procede a la desconexión del aerogenerador. Adicionalmente se puede realizar la comparación de la segunda señal con un quinto valor umbral para proceder a la desconexión del aerogenerador.

En cualquiera de las posibles realizaciones en las cuales se usan distintos umbrales, parámetro y valores se consigue aumentar la disponibilidad del aerogenerador y por tanto la energía producida por el mismo, a partir de la adecuación del control ante la detección de anomalías en...

1. Método de control de un aerogenerador que comprende una serie de palas, método que comprende los siguientes pasos:

-determinar mediante una serie de sensores al menos un dato representativo del estado de operación del aerogenerador,

- calcular una primera señal sensible a variaciones desequilibradas del perfil aerodinámico entre las palas a partir del al menos un dato representativo del estado de operación del aerogenerador,

- comparar dicha primera señal con un primer valor umbral,

-determinar la existencia de una variación desequilibrada del perfil aerodinámico entre las palas si la primera señal rebasa el primer valor umbral, y

-modificar al menos un lazo de control de par si se determina en el paso anterior la existencia de una variación desequilibrada del perfil aerodinámico entre las palas.

2. Método de control según la reivindicación 1 en que la primera señal es resultante del cálculo de un armónico 1p a la frecuencia de giro del rotor en el al menos un dato representativo del estado de operación del aerogenerador.

3. Método según reivindicación 2 caracterizado porque el dato representativo del estado de operación del aerogenerador se selecciona de entre: velocidad, par, cargas sobre el aerogenerador o variables eléctricas.

4. Método según reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque el modificar al menos un lazo de control de par comprende activar un primer filtro a la frecuencia 1 p en el lazo de control de par.

5. Método según reivindicación 4 caracterizado porque adicionalmente comprende modificar un lazo de control de paso de pala mediante la inclusión de un segundo filtro a la frecuencia1p en el citado lazo de control de paso de pala.

6. Método según reivindicación 4 caracterizado porque adicionalmente comprende comparar la primera señal con un segundo valor umbral, donde dicho segundo valor umbral es un valor a partir del cual se desconecta el aerogenerador, siendo dicho segundo valor umbral mayor que el primer valor umbral.

7. Método según reivindicación 6 caracterizado porque adicionalmente comprende comparar la primera señal con un tercer valor umbral, donde dicho tercer valor umbral es un valor menor que el primer valor umbral y, proceder a desactivar el primer filtro a la frecuencia 1 p en el lazo de control de par si la primera señal es inferior que el tercer valor umbral y el primer filtro estaba activo.

8. Método según reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende el paso de comparar una segunda señal con un cuarto valor umbral, donde dicha segunda señal es una señal de paso de pala actual y dicho cuarto valor umbral es un valor de paso de pala superior a un valor de paso de pala de entrada en pérdida.

9. Método según reivindicación 8 caracterizado porque adicionalmente comprende modificar el lazo de control de paso de pala cuando el valor de la segunda señal es inferior al valor del cuarto valor umbral.

10. Método según reivindicación 9 caracterizado porque el modificar el lazo de control de paso de pala comprende modificar transitoriamente el límite mínimo de ángulo de pala e igualarlo a un valor mayor o igual que el del cuarto valor umbral.

11. Método según reivindicación 10 caracterizado porque el cuarto valor umbral es constante y predeterminado.

12. Método según reivindicación 10 caracterizado porque el cuarto valor umbral es dependiente de la velocidad de viento.

13. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12 caracterizado porque comprende adicionalmente comparar la segunda señal con un quinto valor umbral, donde dicho quinto valor umbral es un valor a partir del cual se desconecta el aerogenerador, siendo dicho quinto valor umbral mayor que el cuarto valor umbral.