PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE CONTROL DE AEROGENERADOR Y AEROGENERADOR QUE HACE USO DE LOS MISMOS.

Se describe un procedimiento de control de aerogeneradores en eventos de huecos de tensión así como un sistema para llevar a cabo dicho procedimiento y un aerogenerador que incorpora dicho sistema.

El procedimiento propuesto en esta invención permite reducir de manera eficiente las diferencias entre los ángulos de paso de cada pala previamente a un incremento excesivo de la velocidad del rotor y a una potencial parada del aerogenerador, de manera que se reducen las cargas extremas en el aerogenerador con respecto al estado de la técnica; para lograr dicho objetivo se describe el uso de una primera señal indicativa relativa a un estado de la red eléctrica para obtener unas consignas de paso de pala para cada pala y operar el sistema de paso de pala en función de las mismas.

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PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE CONTROL DE AEROGENERADOR Y AEROGENERADOR QUE HACE USO DE LOS MISMOS

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OBJETO DE LA INVENCIÓN

10 La presente invención se enmarca electricidad a partir de energía eólica. en el campo de la generación de

15 El objeto de la invención consiste en un procedimiento de control de aerogeneradores que permite conseguir una reducción considerable en la fatiga y cargas extremas tanto en las palas de los aerogeneradores como en el resto de componentes cuando los aerogeneradores se ven sometidos a determinados transitorios en la red eléctrica, así como un sistema adaptado para llevar a cabo dicho procedimiento.

20 25 ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Hoy en día es habitual el empleo de energías renovables para la generación eléctrica, siendo de entre ellas la energía eólica una de las más eficientes. La energía eólica permite generar electricidad a partir del viento mediante aerogeneradores. Dichos aerogeneradores constan básicamente de una torre, una góndola que alberga el generador eléctrico y un rotor formado a su vez por al menos dos palas. La torre del aerogenerador soporta la góndola y el rotor.

30 Habitualmente los aerogeneradores comprenden sistemas activos de control de potencia generada en las palas, que permiten limitar la potencia captada del viento cuando el viento aumenta por encima de un umbral

determinado en el que el aerogenerador alcanza la potencia nominal. El más habitual de dichos sistemas es el sistema de paso de pala hacia bandera, conocido como sistema de pitch. El sistema de paso de pala está configurado para girar la pala desde una posición de máxima captura energética o “finepitch” hasta una posición en que se anula el par entrante del viento, o posición de bandera. Tradicionalmente el sistema de paso de pala es el encargado de controlar la velocidad de giro del aerogenerador a partir del momento en que se alcanza la potencia nominal.

Recientemente, de cara a reducir las cargas de fatiga se han desarrollado además técnicas de control de pitch individual, que a partir de medidas de cargas en las palas, en el buje, en el bastidor, en la torre, etc. o de sensores de flujo en las inmediaciones de cada pala determinan una consigna de pitch individual diferente para cada pala que compensa determinados desequilibrios aerodinámicos y/o másicos que pueden aparecer a lo largo de la superficie del rotor y reduce el daño a fatiga de los componentes del aerogenerador.

Son conocidas algunas metodologías para el control consigna individual

de paso de pala (CPI) a partir de medidas de cargas tanto en las palas, en el buje, en el bastidor, en la torre, etc. o de sensores de flujo en las inmediaciones de cada pala.

A modo de ejemplo de las citadas metodologías conocidas, en el

documento WO0133075 se describe un método de control de pitch de las palas que se basa en la medida de cargas en las palas teniendo en cuenta las condiciones climáticas variables. Mediante el control del ángulo de pitch en función de las cargas detectadas se consigue mantener el nivel de cargas por debajo de un determinado límite. Asimismo en el

documento US6361275 se describe una instalación eólica que presenta un dispositivo de ajuste individual de cada pala y medios de control y posicionamiento de las palas en función de las cargas.

A modo de ejemplo, en el documento de solicitud de patente Americana US2006/0145483 se describe un método de control de cargas en palas de aerogeneradores de forma individual; en dicho documento se detalla cómo reducir dichas cargas extremas y fatiga en palas mediante el cambio de ángulo de pitch en función de una serie de medidas realizadas, en resumen se trata de variar la aerodinámica de las palas en función de una serie de datos captados.

Se ha demostrado, sin embargo, que la existencia de diferencias en las posiciones de pitch de cada pala puede producir la aparición de cargas extremas en el caso de sobrevelocidades del aerogenerador. Dichas cargas extremas son indeseables, pues pueden reducir la vida de los componentes del aerogenerador de no haber sido tenidas en cuenta en el diseño del aerogenerador, o bien, pueden implicar sobredimensionar determinados componentes en el diseño de aerogenerador para soportarlas.

Por otro lado, existen determinados eventos que pueden provocar la aparición de transitorios en la velocidad de giro de los aerogeneradores, en particular aceleraciones, y en ocasiones también un eventual aumento en cargas. Entre estos eventos destacan los huecos de tensión en la red eléctrica.

La disminución de tensión asociada a un hueco de tensión, puede conllevar una aceleración del rotor, además en determinadas configuraciones de aerogenerador (generadores doblemente alimentados o DFIG, con el estator conectado directamente a la red eléctrica y el rotor por medio de un convertidor de potencia parcial, entre otros, y generadores con convertidor

de potencia total sin chopper de freno) ; dicha aceleración de rotor se debe a un desequilibrio entre el par (o la potencia) del rotor eólico y el par o la potencia activa eléctrica que el generador eléctrico es capaz de desarrollar en el hueco de tensión.

Para lograr disminuir la aceleración del rotor y permitir que el

aerogenerador siga operando con normalidad existen diferentes métodos. Así, los siguientes antecedentes muestran estrategias de control de paso de pala en el evento de un hueco de tensión o una sobretensión para el control de la velocidad, así pues en el documento de solicitud internacional de patente WO2008/0314331A1 se describe un método de control de un turbina eólica conectada a una red de distribución eléctrica, dicho método detalla el modo de funcionamiento de la turbina en función del estado de la red a la cual se encuentra conectada, mientras que el documento US6921985 se describe una turbina eólica que presenta un sistema de control de ángulo de paso de palas que presenta unos medios de alimentación ininterrumpida para operar la turbina y sus sistemas en el evento de una anomalía.

Asimismo en otras configuraciones eléctricas, concretamente en el caso de un generador “full converter”, donde el estator del generador eléctrico 20 está conectado a la red a través de un convertidor de potencia total; éste está provisto generalmente de un sistema de protección del generador en huecos y sobretensiones, denominado comúnmente “brake chopper”, y que suele estar dispuesto en la etapa de continua del convertidor de potencia. La función de dicho “brake chopper” es la de disipar la potencia 25 generada por el generador y que no puede ser evacuada a la red debido a la presencia de un hueco o una sobretensión, de esta manera, un aerogenerador que comprenda un sistema eléctrico como el descrito, el generador eléctrico no detecta el transitorio que ha sucedido en la red eléctrica, puesto que no se le impone ninguna limitación al par que puede 30 generar y el rotor del mismo no se acelera. Es decir, tiene la misma capacidad de generación de par que antes de un hueco de tensión y

sigue actuando como en los instantes previos a que suceda una perturbación. La consecuencia directa de que no se le imponga ninguna limitación al par que puede generar es que el rotor eólico no se acelera: no se produce un incremento de la velocidad. Siendo así, no se requiere una actuación rápida del sistema de pitch hacia una posición de paso de pala de menor captación de potencia.

Sin embargo, sea cual sea el tipo de configuración del aerogenerador, en el caso de que el hueco de tensión supere unas características de tensión

tiempo determinadas por el operador de la red eléctrica correspondiente, el aerogenerador se desconecta de la red eléctrica, produciéndose un transitorio en la velocidad de giro del rotor en el que se acelera antes de frenarse y por último pararse debido a la actuación del sistema de pitch que lleva la posición del ángulo de paso de cada pala a la posición de bandera..

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

A la vista del estado de la técnica queda claro que al poner en práctica las estrategias y sistemas de control de paso de pala del estado de la técnica, si existieran diferencias en el ángulo de pitch de cada pala en el inicio de un hueco de tensión, estas estrategias mantendrían las diferencias al final del hueco. Sin embargo, el procedimiento propuesto permite reducir las diferencias entre los ángulos de paso de cada pala previamente a un incremento excesivo de la velocidad del rotor y a una potencial parada del aerogenerador, de manera que se reducen las cargas extremas en el aerogenerador con respecto al estado de la técnica, tal y como aparece...

1. Procedimiento de control de al menos un aerogenerador el cual se encuentra conectado a la red eléctrica y que comprende al menos dos palas, un sistema de paso de pala y una unidad de control (2) caracterizado porque el método comprende:

• captar al menos una primera señal indicativa relativa a un estado de la red eléctrica,

• calcular, mediante la unidad de control (2) , unas consignas de paso 10 de pala para cada pala,

• modificar, mediante el sistema de paso de pala, individualmente un ángulo de paso de cada pala a partir de las consignas, y

• activar una fase de reducción de unas diferencias de los ángulos de

paso de cada pala si la primera señal indica la ocurrencia de un 15 hueco de tensión en la red eléctrica.

2. Procedimiento de control según la reivindicación 1 en que la fase de reducción de las diferencias de los ángulos de paso de cada pala comprende calcular las consignas de paso de pala convergentes hacia una consigna de paso de pala igual para todas las palas.

3. Procedimiento de control según la reivindicación 2 donde la fase de reducción de las diferencias en los ángulos de paso de cada pala tiene una duración máxima determinada por una consigna de tiempo de eliminación de diferencias desde el instante de inicio del hueco de tensión.

4. Procedimiento de control según la reivindicación 3 donde la consigna de tiempo de eliminación de diferencias es predeterminada y menor o igual que un intervalo de tiempo mínimo de conexión a la red en un hueco de tensión.

5. Procedimiento de control según la reivindicación 4 donde la consigna de tiempo de eliminación de diferencias es menor o igual a 500 ms.

6. Procedimiento de control según la reivindicación 4 donde la primera señal

indicativa del estado de la red eléctrica es una tensión medida por unos sensores y donde la consigna de tiempo de eliminación de diferencias es variable y se calcula como función de la tensión medida.

7. Procedimiento de control según la reivindicación 4 ó 6 donde la consigna 10 de paso de pala comprende:

• un primer término de consigna de paso de pala colectivo (CPC (3) ) común para todas las palas la cual es función de una velocidad de giro del rotor, y

• un segundo término de consigna individual de paso de pala (CPI (4) ) 15 diferente para cada pala en función de una señal indicativa de cargas sobre el aerogenerador, donde la fase de reducción de las diferencias de los ángulos de paso de cada pala comprende la anulación de las diferencias en las consignas individuales de paso de pala en el intervalo de tiempo definido por la consigna de tiempo de eliminación de diferencias.

8. Procedimiento de control según la reivindicación 7 donde el primer término de consigna de paso de pala colectivo implica una disminución de captura energética con respecto al instante inicial del hueco de tensión, en el caso de que la primera señal indica un hueco de tensión en la red eléctrica.

9. Procedimiento de control según la reivindicación 8 donde la fase de eliminación de diferencias comprende calcular una consigna de eliminación 30 de diferencias en función de:

• la posición de paso de pala de cada pala en el instante inicial del

hueco de tensión,

• la consigna de tiempo de eliminación de diferencias, y

• el primer término de consigna de paso de pala colectivo.

10. Procedimiento de control según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9 caracterizado porque las consignas de paso de pala para cada pala son iguales entre sí una vez transcurrido el intervalo de tiempo de eliminación de diferencias.

11. Procedimiento de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 caracterizado porque adicionalmente comprende desactivar una fase de eliminación de unas diferencias de los ángulos de paso de cada pala cuando la primera señal indica la ausencia de un hueco de tensión en la red eléctrica.

12. Sistema (1) de control de al menos un aerogenerador el cual se encuentra conectado a la red eléctrica y que comprende al menos dos palas y un sistema de paso de pala adaptado para variar individualmente unos ángulos de paso de cada pala, caracterizado porque comprende:

• unos medios de captura de datos asociados a al menos la red eléctrica adaptados para generar al menos una primera señal indicativa relativa a un estado de dicha red eléctrica,

• una unidad de control (2) conectada a los medios de captura de datos y adaptada para al menos: 25 • procesar los datos capturados, y

• calcular unas consignas de paso de pala para cada pala en función de dichos datos y

• unos medios de comunicación adaptados para enviar dichas consignas de paso de pala al sistema de paso de pala.

13. Sistema (1) según reivindicación 12 caracterizado porque la unidad de control (2) comprende:

• una unidad de control (2) de pitch colectivo [CPC (3) ] destinada a calcular una consigna de pitch colectivo igual para todas las palas 5 en función de, al menos, una señal de error de velocidad,

• una unidad de control (2) individual de pitch [CPI (4) ], destinada a calcular una aportación diferente para cada pala en función de, al menos, una señal de cargas en las palas y

• un minimizador de cargas extremas [MCE (5) ] destinado a calcular

nuevas consignas de pitch para cada pala en función de la señal de estado de la red eléctrica.

14. Sistema (1) según reivindicación 12 ó 13 caracterizado porque los medios de captura de datos son unos sensores.

15. Aerogenerador caracterizado porque comprende el sistema (1) de control descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14.