Planta de energia eólica con instalaciones individuales de regulación del paso.

Planta de energía eólica con un generador (5) para producir energía eléctrica,

un rotor (3) que acciona el generador (5) con unas aspas de rotor (4) de paso regulable y con una instalación de control centralizada, estando previstas unas instalaciones individuales de regulación del paso (6) para las aspas del rotor (4), que comprende un accionamiento de ajuste (7), una conexión de comunicación (56) con la instalación de control centralizado (55) y un regulador (60), pudiendo ajustarse las aspas del rotor (4) a una posición de desconexión para efectuar la parada de la planta de energía eólica, caracterizada porque las instalaciones individuales de regulación del paso (6) comprenden además de un detector propio de casos de avería (64) y una instalación propia de disparo (65), estando realizado el detector de casos de avería (64) para identificar situaciones de funcionamiento anormales y estado unido con la instalación de disparo (65) que provoca el ajuste del aspa de rotor respectiva (4) a una posición de desconexión.

Planta de energía eólica con instalaciones individuales de regulación del paso.

La invención se refiere a una planta de energía eólica y a un procedimiento para su explotación tal como se define en los preámbulos de las reivindicaciones. Esta clase de plantas de energía eólica se conocen por ejemplo por el documento WO O2/44561 o el documento WO 2005/021 962.

Las plantas de energía eólica, y en particular los de las categorías de potencia superiores, se están dotando cada vez más con rotores cuyas aspas de rotor tienen el ángulo de incidencia regulable. Se habla en este caso de aspas de rotor de paso regulable. Frente a las plantas de energía eólica convencionales que dominan en las categorías de potencia menores, equipadas con aspas de rotor fijas, las llamadas plantas de energía eólica reguladas de calado, ofrecen la ventaja de que al regular las aspas del rotor se puede influir en la potencia mecánica extraída del viento e inyectada en el sistema de rotor/generador de la planta de energía eólica. Esto ofrece ventajas, especialmente en el caso de altas velocidades del viento, tanto en lo que se refiere al grado de rendimiento sino también a la calidad de regulación en comparación con las instalaciones con regulación de calado con aspas de rotor fijas. Otra ventaja importante de las fuentes de energía eólica con aspas de rotor de paso regulable es que en el caso de producirse una avería se tiene la posibilidad de efectuar una parada rápida de emergencia de la planta de energía eólica, ajustando las aspas del rotor a una posición de puesta en bandera. En el caso de averías o al tener que efectuar una parada por motivos de seguridad, por ejemplo debido a fuertes vientos tempestuosos, se puede conseguir de este modo que el rotor se comporte como una bandera y no ejerza ya ningún par de giro sobre el árbol del rotor o el generador.

Para efectuar el ajuste de las aspas del rotor se conocen diversos sistemas. Por una parte existen las llamadas instalaciones de regulación centralizada del paso, en las que mediante un actuador situado en la góndola de la planta de energía eólica o en el buje del rotor se puede efectuar una regulación conjunta de las aspas del rotor, generalmente por procedimiento hidráulico. Esta clase de instalaciones de regulación del paso centralizadas tienen la ventaja de que son sencillas en cuanto a su regulación y su construcción generalmente es poco costosa. Por otra parte es conocido el procedimiento de prever para cada aspa del rotor una instalación de regulación del paso individual para ajustar el ángulo de incidencia de esta aspa del rotor. Las instalaciones individuales de regulación del paso generalmente están realizadas con actuación hidráulica o eléctrica, y se controlan desde una instalación de control centralizada de orden superior de la planta de energía eólica. El mando puede efectuarse de tal modo que las aspas del rotor se accionan de modo conjunto (colectivo) , o que se ajusten individualmente (de modo cíclico) a lo largo de una revolución del rotor. Además de la posibilidad de efectuar el ajuste cíclico, las instalaciones individuales de regulación del paso ofrecen también la ventaja de que permiten efectuar una regulación independiente, incluso durante el régimen de emergencia, si fallan componentes de la planta. Así por ejemplo, incluso en el caso de que falle una instalación individual de regulación del paso, se puede llevar con las restantes el rotor esencialmente a una posición de bandera, de modo que en todo caso actúe todavía un par reducido sobre el generador. Esta clase de plantas de energía eólica se conocen por el documento DE-A-197 39 164.

Uno de los inconvenientes de las plantas de energía eólica conocidas con aspas de rotor regulables es que durante la regulación de emergencia se provocan unas cargas mecánicas elevadas. Al efectuar con rapidez el ajuste de las aspas del rotor mientras el rotor está todavía en funcionamiento se produce una variación del empuje axial casi a saltos, con lo cual se puede excitar la subestructura provocando oscilaciones desfavorables. Esto se puede intensificar porque en las instalaciones individuales de regulación de paso las aspas del rotor se accionan con diferente rapidez, con lo cual pueden llegar a producirse desequilibrios y otras cargas.

Partiendo del estado de la técnica citado últimamente, la invención tiene como objetivo perfeccionar una planta de energía eólica de la clase citada inicialmente de tal modo que durante el funcionamiento permita efectuar una parada segura evitando cargas peligrosas en un caso de avería.

La solución conforme a la invención consiste en una planta de energía eólica o en un procedimiento que presenta las características de las reivindicaciones independientes. Unos perfeccionamientos ventajosos constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes.

La invención se basa en la idea de que las instalaciones individuales de regulación del paso están realizadas de tal modo que puedan reconocer automáticamente los casos de avería y a continuación muevan en el caso de avería las aspas del rotor a la posición de parada, sin tener que depender para ello de la correspondiente señal procedente de la instalación de control centralizada. Las instalaciones individuales de regulación de paso están por lo tanto capacitadas para reconocer de forma autárquica un caso de avería y reaccionar correspondientemente, es decir llevar el aspa del rotor que le corresponda en cada caso a la posición segura de parada. Para ello se vigila la regulación de las aspas del rotor no sólo durante el caso de avería sino también durante el régimen de funcionamiento normal, de modo que las eventuales desviaciones que puedan surgir respecto al estado de consigna se puedan controlar y compensar directamente. Para ello se adapta el movimiento de las aspas del rotor a las necesidades respectivas que pueden estar dadas en cada caso por la velocidad del viento, la turbulencia, la dirección de incidencia o el estado de funcionamiento de la planta de energía eólica o de las restantes instalaciones individuales de regulación del paso. De este modo se puede conseguir gracias a la invención un comportamiento óptimo de la regulación de las aspas del rotor, especialmente para el caso de la parada, es decir del movimiento de las aspas del rotor a la posición de desconexión.

Mediante la acción directa e independiente sobre las distintas aspas del rotor se puede conseguir de este modo una parada segura de la planta de energía eólica incluso en el caso de que fallen algunos componentes individuales o si se pierde la comunicación. Un fallo de una o varias instalaciones individuales de regulación del paso se puede reconocer y tener en cuenta al efectuar la regulación de las aspas del rotor pasándolas a la posición de desconexión. De este modo resulta posible gracias a la invención realizar una parada segura de la planta de energía eólica, incluso al estar sometida a las cargas máximas y en caso de fallo de componentes esenciales, en particular de los componentes de regulación del paso. Además, mediante el correspondiente retroacoplamiento entre la instalación individual de regulación del paso y el aspa del rotor accionada por ésta se puede reducir al mínimo la carga para el aspa del rotor propiamente dicho, así como para el conjunto de la planta de energía eólica.

En comparación con una parada incontrolada conforme al estado de la técnica, se pueden evitar o por lo menos reducir las elevadas cargas que aparecen convencionalmente durante la parada gracias a las instalaciones de regulación de paso individuales que presentan una cierta inteligencia propia para el reconocimiento y tratamiento de casos de avería.

El regulador comprende preferentemente un selector que está acoplado de tal modo con el detector de casos de avería que según el estado de funcionamiento emplea un régimen de regulación alternativo. Se entiende aquí por régimen de regulación las magnitudes que determinan el comportamiento de conducción y averías el regulador, inclusive los valores o secuencias especificadas para las magnitudes de conducción. Con frecuencia sucede que para los reguladores hay disponibles diversos regímenes de regulación. Mediante el selector se tiene la posibilidad de elegir un régimen de regulación variado, dependiendo del estado de avería que se haya reconocido y eventualmente teniendo también en cuenta las condiciones ambientales tales como en particular la intensidad del viento, la turbulencia o la incidencia oblicua. Esto puede estar realizado modificando los parámetros del regulador, o en forma de unos... [Seguir leyendo]

1. Planta de energía eólica con un generador (5) para producir energía eléctrica, un rotor (3) que acciona el generador (5) con unas aspas de rotor (4) de paso regulable y con una instalación de control centralizada, estando previstas unas instalaciones individuales de regulación del paso (6) para las aspas del rotor (4) , que comprende un accionamiento de ajuste (7) , una conexión de comunicación (56) con la instalación de control centralizado (55) y un regulador (60) , pudiendo ajustarse las aspas del rotor (4) a una posición de desconexión para efectuar la parada de la planta de energía eólica, caracterizada porque las instalaciones individuales de regulación del paso (6) comprenden además de un detector propio de casos de avería (64) y una instalación propia de disparo (65) , estando realizado el detector de casos de avería (64) para identificar situaciones de funcionamiento anormales y estado unido con la instalación de disparo (65) que provoca el ajuste del aspa de rotor respectiva (4) a una posición de desconexión.

2. Planta de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el regulador (60) comprende un selector (68) que está acoplado con el detector de casos de avería (64) de tal modo que según el estado de funcionamiento se emplea un régimen de regulación alternativo.

3. Planta de energía eólica según la reivindicación 2, caracterizada porque el regulador (60) comprende un detector de conmutación (69) que está realizado para determinar un punto de conmutación para el régimen de regulación.

4. Planta de energía eólica según la reivindicación 2 o 3, caracterizada porque el régimen del regulador comprende parámetros del regulador (60) , en particular factores de amplificación o constantes de tiempo.

5. Planta de energía eólica según la reivindicación 4, caracterizada porque el régimen del regulador comprende perfiles de parada (67) .

6. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque el selector (68) y/o el detector de conmutación (69) están realizados de tal modo que las aspas del rotor (4) se accionan con una primera velocidad de ajuste hasta alcanzar un ángulo crítico de incidencia del aspa y a continuación con una segunda velocidad de ajuste menor.

7. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la instalación individual de regulación del paso (6) comprende captadores de medida (62) dispuestos en el rotor (3) para una instalación de medida (61) .

8. Planta de energía eólica según la reivindicación 7, caracterizada porque como captadores de medida (62) están previstos un sensor del ángulo de incidencia de las aspas del rotor, un transductor de las revoluciones del rotor, un sensor de la posición del rotor, un sensor de la aceleración longitudinal, un sensor de la aceleración transversal, un sensor de la aceleración de rotación, un sensor de la aceleración centrífuga, un avisador de incendios y/o un sensor de carga.

9. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la instalación individual de regulación del paso (6) está dotada de un módulo de emergencia (80) que en el caso de que fallen los restantes componentes, en particular el regulador (60) , provoca un movimiento de emergencia hasta la posición de desconexión.

10. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las instalaciones individuales de regulación del paso (6) están unidas entre sí por medio de una conexión de comunicación directa (36) situada en el interior del rotor (3) .

11. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque por lo menos una instalación individual de regulación del paso (6) incluye un módulo maestro (75) , que en caso de fallo de la instalación de control centralizado (55) actúa como módulo de control del buje para las restantes instalaciones individuales de regulación del paso (6) .

12. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el detector de casos de avería (64) comprende por lo menos un módulo filial que está realizado para identificar un disparo, un fallo y/o una marcha de emergencia de una de las otras instalaciones individuales de regulación del paso (6) .

13. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por estar prevista una comunicación de señales inalámbrica, en particular una comunicación por señales luminosas (76) entre las instalaciones individuales de regulación del paso (6) para un estado de disparo/fallo.

14. Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el regulador (60) comprende un módulo de control de precisión (74) que está realizado para efectuar un ajuste cíclico de las aspas del rotor (4) .

15. Planta de energía eólica según la reivindicación 14, caracterizada porque el módulo de control de precisión (74) está realizado para efectuar el ajuste cíclico con independencia de las restantes instalaciones individuales de regulación del paso (6) .

16. Planta de energía eólica según la reivindicación 14 o 15, caracterizada porque el módulo de control de precisión (74) está dotado de un sensor descentralizado de la posición del rotor correspondiente a la instalación individual de regulación del paso (6) .

17. Planta de energía eólica con un generador (5) para producir energía eléctrica, un rotor (3) que acciona el generador (5) , con unas aspas de rotor (4) de paso ajustable y una instalación de control centralizado, estando previstas instalaciones individuales de regulación del paso (6) para las aspas del rotor (4) que incluyen un accionamiento de ajuste (7) , pudiendo ajustarse las aspas del rotor (4) en una posición de desconexión para efectuar la parada de la planta de energía eólica, siendo las instalaciones individuales de regulación del paso (6) parte de un sistema de control del buje (58) fijo en el rotor, que comprende captadores de medida y una conexión de comunicación (58) con la instalación de control centralizado,

caracterizada porque el sistema de control del buje (58) comprende adicionalmente un detector de casos de avería propio (64) y una instalación propia de disparo (65) , estando realizado el detector de casos de avería (64) para identificar estados de funcionamiento anormales, unido con una instalación de disparo que provoca el ajuste de las aspas del rotor (4) mediante la correspondiente instalación individual de regulación del paso, a una posición de desconexión.

18. Planta de energía eólica según la reivindicación 17, caracterizada porque como captadores de medida están previstos un transductor de las revoluciones del rotor, un sensor de la posición del rotor, un sensor de aceleración longitudinal, un sensor de aceleración transversal, un sensor de aceleración de rotación, un sensor de aceleración centrífuga y/o un avisador de incendios.

19. Procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica con un generador (5) para producir energía eléctrica, un rotor (3) que acciona el generador (5) con unas aspas de rotor de paso ajustable (4) y una instalación de control centralizado (55) , modificándose el ángulo de incidencia de las aspas del rotor (4) por medio de instalaciones individuales de regulación del paso (6) que comprenden un accionamiento de ajuste (7) , una conexión de comunicación (56) con la instalación de control centralizado (55) y un regulador (60) , llevándolas a una posición de desconexión para efectuar la parada de la planta de energía eólica,

caracterizado por la identificación descentralizada de un estado de funcionamiento anormal mediante detectores de casos de avería (64) en las instalaciones individuales de regulación del paso y el accionamiento de una instalación de disparo de tal modo que mediante el ajuste de la respectiva aspa del rotor se llevan las aspas del rotor a la posición de desconexión.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado por la selección autárquica de un régimen de regulación alternativa por medio de las instalaciones individuales de regulación del paso (6) .

21. Procedimiento según la reivindicación 20, caracterizado por la determinación autárquica de un punto de conmutación para el régimen de regulación por las instalaciones individuales de regulación del paso (6) .

22. Procedimiento según la reivindicación 20 ó 21, caracterizado por el empleo de perfiles de parada (67) y/o parámetros del regulador (60) para el régimen de regulación.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado por el empleo de un régimen de regulador en el cual se ajustan las aspas del rotor (4) con una primera velocidad de ajuste hasta alcanzar un ángulo crítico de incidencia del aspa y a continuación mediante la selección autárquica de un régimen de regulación distinto, con una segunda velocidad de ajuste menor.

24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado por el accionamiento de la instalación de ajuste (7) por medio de un módulo de emergencia (80) de la instalación individual de regulación del paso (6) .

25. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 24, caracterizado por la comunicación directa de las instalaciones individuales de regulación del paso (6) por medio de una conexión de comunicación directa (36) situada en el interior del rotor (3) .

26. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 25, caracterizado por realizarse la identificación descentralizada de tal modo que se capta un disparo, un fallo y/o una marcha de emergencia de una de las otras instalaciones individuales de regulación del paso (6) .

27. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 26, caracterizado por la señalización independiente de un estado de disparo/fallo, en particular mediante señales luminosas.

28. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 27, caracterizado por la determinación descentralizada de un ajuste cíclico para cada aspa del rotor (4) , de tal modo que se reduzca al mínimo la carga mecánica.

29. Procedimiento según la reivindicación 28, caracterizado por la realización independiente del ajuste cíclico para cada una de las instalaciones individuales de regulación del paso (6) , de modo independiente entre sí.