MÉTODOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE AEROGENERADORES MEJORADOS.

Métodos y sistemas de control de aerogeneradores mejorados. Se trata de métodos de operación de un aerogenerador de velocidad variable con medios de control del par y del ángulo de paso de las palas,

que incluyen pasos adicionales para proporcionar a los medios de control del ángulo de paso de las palas en caso de una ráfaga de viento un incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas Δθref en la magnitud necesaria para evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un límite predeterminado. La invención también se refiere·a un aerogenerador comprendiendo un sistema de control dispuesto para llevar a cabo una regulación adicional en caso de ráfagas de viento según dicho método.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100090.

Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: LOPEZ RUBIO,JOSE MARIA, HERNANDEZ MASCARELL,OCTAVIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03D7/02 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). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.
MÉTODOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE AEROGENERADORES MEJORADOS.

Fragmento de la descripción:

MÉTODOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE AEROGENERADORES

MEJORADOS

CAMPO DE LA INVENCIÓN

5

La invención se refiere a métodos y sistemas de control de

aerogeneradores mejorados y, en particular, a métodos y sistemas de control

de aerogeneradores mejorados para limitar sobre velocidades causadas por

ráfagas de viento.

10

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los efectos dañinos de las ráfagas de viento en los aerogeneradores son

bien conocidos en la técnica. Si la velocidad del viento aumenta en un pequeño

15 intervalo de tiempo la velocidad del generador puede sobrepasar sus límites

permitidos porque el controlador del aerogenerador no es capaz de generar una

reacción suficientemente rápida y esto puede causar efectos dañinos en el

generador y en otros componentes del aerogenerador.

En el caso de una ráfaga operativa extrema que también produce cargas

2 o extremas en los principales componentes estructurales tales como la raíz de la

pala y el extremo inferior de la torre una solución típica es parar el

aerogenerador. En este sentido WO 2004/077068 describe el uso de sistemas

de radar óptico para detectar ráfagas mucho antes de que el cambio de viento

alcance la torre del aerogenerador, de manera que las palas puedan

2 5 posicionarse en bandera utilizando los medios de orientación de las palas.

Un enfoque conocido para afrontar las ráfagas de viento es usar los

medios de control del par del generador para evitar problemas de sobre

velocidad. Sin embargo esta técnica implica riesgos de causar grandes cargas

en varios componentes del aerogenerador.

30 Otro enfoque descrito por ejemplo en US 7, 342, 323 está basado en la.

medición de la velocidad del viento a una distancia deseada del aerogenerador

y controlar el ángulo de paso de las palas del aerogenerador utilizando dicha

información quot;avanzadaquot; de la velocidad del viento. Sin embargo la complejidad y

la falta de robustez de esta técnica implica problemas de confiabilidad.

WO 2007/138138 a nombre del solicitante describe una solución para

una ráfaga extrema de viento que mantiene operativo el aerogenerador y

5 minimiza los momentos de flexión realizando un aumento súbito del ángulo de

paso de las palas saturando la tasa mínima de variación del ángulo de paso de

las palas cuando se detecta la ráfaga extrema de viento. Esta técnica es

aplicable a un caso muy particular de ráfaga de viento.

La presente invención está enfocada a encontrar una solución para esos

1º inconvenientes.

SUMARIO DE LA INVENCION

Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos y sistemas

15 de control de aerogeneradores confiables para limitar sobre velocidades

causadas por ráfagas de viento.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar métodos y sistemas

de control de aerogeneradores para limitar sobre velocidades causadas por

ráfagas de viento capaces de reaccionar rápidamente a ellas sin mediciones

2º avanzadas de la velocidad del viento y manteniendo al aerogenerador

produciendo energía.

En un aspecto estos y otros objetos se consiguen mediante un método

de operación de un aerogenerador de velocidad variable con medios de contm•

del par y del ángulo de paso de las palas que incluye pasos adicionales para

2 5 proporcionar a los medios de control del ángulo de paso de las palas en caso de

una ráfaga de viento un incremento de la referencia del ángulo de paso de latgt;

palas

L1Bref

en la magnitud necesaria para evitar que el par aerodinámico

añadido por la ráfaga de viento sobrepase un límite predeterminado y aumente.

la velocidad del rotor y consiguientemente la velocidad del generador.

30 En realizaciones de la presente invención se proporciona/retira dich?1

incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref alde los

medios de control del ángulo de paso de las palas dependiendo del valor de un

interruptor que indica la presencia/ausencia de una ráfaga de viento

dependiendo de, al menos, los valores de la aceleración del generador A y la

velocidad del generador Q. Por tanto el método incluye pasos separados para

calcular el incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref

5 necesario para contrarrestar el exceso de par aerodinámico debido a una

quot;posiblequot; ráfaga de viento y para detectar la presencia/ausencia de una ráfaga

de viento según unas condiciones predeterminadas de la aceleración del

generador y la velocidad del generador (e incluso un condición adicional

definida por el usuario) de manera que el incremento de la referencia del ángulo

1 o de paso de las palas

calculado se aplica únicamente cuando dicho

interruptor está quot;Onquot;. Esto permite por un lado una reacción rápida a las ráfagas

de viento y por otro lado evita reacciones innecesarias en ciertas condiciones de

viento turbulento.

En realizaciones de la presente invención dicho incremento de la

15 referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref se determina como una función

de, al menos, el exceso de par aerodinámico Texc debido a la ráfaga de viento

(el producto de la aceleración del generador y el momento de inercia total) y la

sensibilidad del par al ángulo de paso de las palas Tsens (calculado a partir d-e

una tabla determinada obtenida de simulaciones estáticas porque es una

2º variable dependiente de muchas características físicas del aerogenerador) . Por

tanto la acción de variación del ángulo de paso de las palas para reaccionar a

las ráfagas de viento se hace dependiente no solo de una variable dependiente

de la ráfaga de viento (la aceleración del generador) sino también de una

características físicas del aerogenerador con lo que se consigue una reacción

25 más controlada a las ráfagas de viento.

En realizaciones de la presente invención dicho incremento de la

referencia del ángulo de paso de las palas L1Brefse determina también teniendo

en cuenta el incremento esperado de la velocidad del generador L1Q debido a la

ráfaga de viento y a la cercanía de la velocidad del generador Q a un umbral

3 o

predeterminado. Por tanto se usan variables adicionales para controlar la acción

de variación del ángulo de paso de las palas que puede llevar al aerogenerador

cerca de sus límites operativos.

En otro aspecto, los objetos mencionados anteriormente se consiguen

con un aerogenerador que comprende: una torre y una góndola que aloja un

5 generador accionado por un rotor eólico formado por un buje de rotor y una o

más palas; dispositivos de medida de al menos la velocidad del generador Q y

el ángulo de paso () de cada pala; un sistema de control conectado a dichos

dispositivos de medida y a, al menos, los actuadores de control del ángulo de

paso de las palas y del par motor, estando dispuesto el sistema de control para

1º llevar a cabo una regulación del aerogenerador de acuerdo con una

determinada curva de potencia para velocidades de viento por debajo de la

velocidad de corte Vout; estando dispuesto también el sistema de control para

llevar a cabo una regulación adicional para ráfagas de vientos proporcionado a

los medios de control del ángulo de paso de las palas un incremento de la

15 referencia del ángulo de paso de las palas LlBret en la magnitud necesaria para

evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un

límite predeterminado, estando habilitada dicha regulación adicional cuanckgt;

tiene lugar una ráfaga de viento que cumpla unas condiciones predefinidas y

deshabilitada cuando dicha ráfaga de viento termina.

2 o En realizaciones de la presente invención la disposición del sistema de

control para llevar a cabo dicha regulación adicional comprende un módulo para

obtener dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas LlB, ., ,

y un interruptor Sw para habilitar/deshabilitar dicha regulación adicional que

tiene: un primer sub-módulo para calcular la aceleración del generador A y la

25 referencia de la aceleración del generador Aret dependiendo respectivamente de

la velocidad filtrada del generador Q y de la referencia de la velocidad del

generador f2ret usada por los medios de control del ángulo de paso de las palas

un segundo sub-módulo para calcular el exceso del par aerodinámico Te1c

añadido por la ráfaga de viento y el incremento requerido de la referencia del

3 o

ángulo de paso de las palas LlBreq para salvar dicho exceso dependiendo al

menos...

 


Reivindicaciones:

reivindicaciones

1 o

siguientes.

REIVINDICACIONES

5 10 15 1. Un método de operación de un aerogenerador de velocidad variable con medios de control del par y del ángulo de paso de las palas, caracterizado porque incluye pasos adicionales para proporcionar a los medios de control del ángulo de paso de las palas en caso de una ráfaga de viento un incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref en la magnitud necesaria para evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un límite predeterminado.

2. Un método según la realización 1, en el que se proporciona/retira dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1t9ref alde los medios de control del ángulo de paso de las palas dependiendo del valor de un interruptor que indica la presencia/ausencia de una ráfaga de viento dependiendo de, al menos, los valores de la aceleración del generador A y la velocidad del generador Q.

2 o 3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1Bref se determina como una función de, al menos, el exceso de par aerodinámico Texc debido a la ráfaga de viento y la sensibilidad del par al ángulo de paso de las palas Tsens·

25 4. Un método según la realización 3, en el que dicho incremento de la referencia del ángulo de paso de las palas L1t9rerse determina también teniendo en cuenta el incremento esperado de la velocidad del generador L1Q debido a la ráfaga de viento y a la cercanía de la velocidad del generador Q a un umbral predeterminado.

3 o 5. Aerogenerador que comprende:

- una torre (13) y una góndola (21) que aloja un generador (19) accionado

por un rotor eólico formado por un buje de rotor (15) y una o más palas (17) ;

- dispositivos de medida de, al menos, la velocidad del generador Q y el

ángulo de paso (}de cada pala;

5 -un sistema de control conectado a dichos dispositivos de medida y a, al

menos, los actuadores de control del ángulo de paso de las palas y del par

motor, estando dispuesto el sistema de control para llevar a cabo una regulación

del aerogenerador de acuerdo con una determinada curva de potencia (25) para

velocidades de viento por debajo de la velocidad de corte Vout;

1º caracterizado porque el sistema de control también esta dispuesto para

llevar a cabo una regulación adicional para ráfagas de vientos proporcionando a

los medios de control del ángulo de paso de las palas un incremento de la

referencia del ángulo de paso de las palas L1 (}, er en la magnitud necesaria para

evitar que el par aerodinámico añadido por la ráfaga de viento sobrepase un

15 límite predeterminado, estando habilitada dicha regulación adicional cuando

tiene lugar una ráfaga de viento que cumpla unas condiciones predefinidas y

deshabilitada cuando dicha ráfaga de viento termina.

6. Aerogenerador según la reivindicación 5, en el que la disposición del

2 o sistema de control para llevar a cabo dicha regulación adicional comprende un

módulo (31) para obtener dicho incremento de la referencia del ángulo de paso

de las palas L1 (}rer y un interruptor Sw para habilitar/deshabilitar dicha regulación

adicional, comprendiendo dicho módulo:

- un primer sub-módulo para calcular la aceleración del generador A y la

2 5 referencia de la aceleración del generador Arer dependiendo respectivamente de

la velocidad filtrada del generador Q y de la referencia de la velocidad del

generador 12rer usada por los medios de control del ángulo de paso de las palas

- un segundo sub-módulo para calcular el exceso del par aerodinámico

Texc añadido por la ráfaga de viento y el incremento requerido de la referencia del

3 o

ángulo de paso de las palas L1 (}req para salvar dicho exceso dependiendo al

menos del valor medio Bmean del ángulo de paso de las palas medido y de la

inercia del aerogenerador;

- un tercer sub-módulo para calcular el incremento esperado de la

velocidad del generador LI.Q asumiendo que las palas variarán su ángulo de

5 paso a la máxima velocidad permitida;

- un cuarto sub-módulo para calcular un factor de ponderación G a ser

aplicado al incremento requerido de la referencia del ángulo de paso de las

palas LIBreq dependiendo del incremento esperado de la velocidad del generador

LI.Q y de la cercanía de la velocidad del generador .Q a un valor umbral;

1 o un quinto sub-módulo para calcular el interruptor de

habilitación/deshabilitación dependiendo al menos de la velocidad del generador

.Q y de la aceleración del generador A;

- un sexto sub-módulo para calcular el incremento de la referencia del

ángulo de paso de las palas LIBret a ser proporcionado a los medios de control

15

del ángulo de paso.

 

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