BR102014003222B1

BR102014003222B1 - Método e sistema para controlar uma turbina de vento

Info

Publication number: BR102014003222B1
Application number: BR102014003222-3A
Authority: BR
Inventors: Andreas HERRIG; Saskia Gerarda Honhoff
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2022-01-11
Also published as: DK2772643T3; ES2904678T3; EP2772643A3; BR102014003222A8; IN2014CH00894A; US20140241878A1; BR102014003222A2; US9759068B2; EP2772643A2; EP2772643B1

Abstract

método e sistema para controlar uma turbina de vento e método para identificar uma condição de superfície de uma lâmina do rotor de uma turbina de vento em um aspecto, um método para controlar uma turbina de vento baseado em uma condição identificada de uma superfície de uma lâmina do rotor pode incluir monitorar um parâmetro operacional da turbina de vento para obter dados de parâmetro relacionados ao parâmetro operacional quando uma entrada operacional da turbina de vento muda, analisar os dados de parâmetro para identificar um estado de aspereza da lâmina do rotor e realizar uma ação corretiva em resposta ao estado de aspereza identificado.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere geralmente a turbinas de vento e, mais particularmente, a um sistema e método para controlar uma turbina de vento baseado em condições identificadas da superfície das lâminas do rotor.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Geralmente, uma turbina de vento inclui uma torre, uma nacele montada na torre, e um rotor acoplado à nacele. O rotor tipicamente inclui um cubo rotativo e uma pluralidade de lâminas do rotor acopladas a e se estendendo para fora a partir do cubo. Cada lâmina do rotor pode ser afastada em volta do cubo para assim facilitar girar o rotor para permitir que a energia cinética seja transferida do vento para energia mecânica utilizável, e subsequentemente, energia elétrica.

[003] Durante a operação de uma turbina de vento, a superfície externa das lâminas do rotor frequentemente fica suja ou áspera ao longo do tempo. Por exemplo, poeira, pólen, insetos, e / ou outros detritos podem frequentemente ser coletados ao longo da outra superfície de uma lâmina do rotor, particularmente adjacente à borda frontal da lâmina do rotor. Adicionalmente, frequentemente podem se formar vários depósitos ao longo da superfície externa de uma lâmina do rotor, tais como cristais de sal, gelo e / ou afins, que deste modo tem um efeito de tornar ásperas as lâminas do rotor. Além disso, a aspereza de superfície das lâminas do rotor também pode ser provocada devido à erosão (por exemplo, erosão da areia) e outro dano na lâmina (por exemplo, dano provocado por impacto de aves), bem como devido a defeitos de fabricação.

[004] Quando as lâminas do rotor se tornam aerodinamicamente ásperas devido à sujeira e / ou outros fatores, a quantidade de energia gerada pela turbina de vento (e, portanto, sua Produção Anual de Energia (AEP)) é reduzida significativamente. Isto é devido principalmente à performance reduzida da lâmina (por exemplo, características de subida reduzidas, arrasto aumentado, parada mais cedo, etc.) que resultam quando a aspereza aumentada da superfície provoca o ponto de transição de fluxo laminar para fluxo turbulento através da lâmina do rotor para mover a montante em direção à borda frontal, que resulta adicionalmente em cisalhamento de parede e espessura da camada de fronteira aumentada. Adicionalmente a esta redução na performance, a aspereza de superfície aumentada também pode resultar em um aumento significativo na quantidade de ruído gerada pelas lâminas do rotor.

[005] Consequentemente, um sistema e método para controlar uma turbina de vento em resposta a condições de superfície de lâmina identificadas (por exemplo, aspereza de superfície aumentada) que permitam que uma AEP da turbina de vento seja aumentada e / ou a quantidade de ruído gerado pelas lâminas do rotor seja reduzido a despeito da presença de superfícies de lâminas aerodinamicamente ásperas devem ser bem vindos à tecnologia.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] Aspectos e vantagens da invenção serão enumerados em parte na descrição a seguir, ou podem ficar óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[007] Em um aspecto, a presente invenção é dirigido a um método para controlar uma turbina de vento baseado em uma condição identificada de uma superfície de uma lâmina do rotor da turbina de vento. O método pode geralmente incluir monitorar um parâmetro operacional da turbina de vento para obter dados de parâmetro relacionados ao parâmetro operacional quando uma entrada operacional da turbina de vento muda, analisar os dados de parâmetro para identificar um estado de aspereza da lâmina do rotor e realizar uma ação corretiva em resposta ao estado de aspereza identificado.

[008] Em outro aspecto, a presente invenção é dirigido a um método para identificar uma condição de superfície de uma lâmina do rotor de uma turbina de vento. O método pode geralmente incluir ajustar uma entrada operacional da turbina de vento, monitorar um parâmetro operacional da turbina de vento para obter dados de parâmetro relacionados ao parâmetro operacional quando a entrada operacional é ajustada e analisar os dados de parâmetro para identificar um estado de aspereza da lâmina do rotor.

[009] Em um aspecto adicional, a presente invenção é dirigido a um sistema para controlar uma turbina de vento baseado em uma condição identificada de uma superfície de uma lâmina do rotor da turbina de vento. O sistema pode geralmente incluir um sensor configurado para monitorar um parâmetro operacional da turbina de vento quando uma entrada operacional da turbina de vento muda e um controlador acoplado comunicativamente ao sensor para assim obter dados de parâmetro relacionados ao parâmetro operacional. O controlador pode ser configurado para analisar os dados de parâmetro para identificar um estado de aspereza da lâmina do rotor. Adicionalmente, o controlador pode ser configurado para realizar uma ação corretiva em resposta ao estado de aspereza identificado.

[010] Estas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão melhor entendidos com referência à descrição a seguir e reivindicações em anexo. Os desenhos em anexo, os quais são incorporados em constituem uma parte desta especificação, ilustram modalidades da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] Uma revelação completa e viabilizadora da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, dirigida a um técnico no assunto, é apresentada na especificação, que faz referência às figuras em anexo.

[012] A FIGURA 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma turbina de vento.

[013] A FIGURA 2 ilustra uma vista interna simplificada de uma modalidade de uma nacele de uma turbina de vento.

[014] A FIGURA 3 ilustra um diagrama esquemático de uma modalidade de componentes adequados que podem ser incluídos dentro de um controlador de uma turbina de vento.

[015] A FIGURA 4 ilustra um fluxograma de uma modalidade de um método para controlar uma turbina de vento em resposta às condições identificadas da superfície das lâminas do rotor de acordo com aspectos do presente invenção.

[016] A FIGURA 5 fornece uma representação gráfica de um exemplo de como dados de parâmetro podem ser obtidos para um parâmetro operacional de uma turbina de vento quando uma entrada operacional da turbina de vento muda.

[017] A FIGURA 6 fornece uma representação gráfica de um exemplo de compilação de dados para uma pluralidade de conjuntos de dados que mapeiam a resposta dinâmica de um parâmetro operacional particular para mudar em uma entrada operacional específica para limpar lâminas do rotor aerodinamicamente.

[018] A FIGURA 7 fornece uma representação gráfica de um exemplo de compilação de dados para uma pluralidade de conjuntos de dados que mapeiam a resposta dinâmica de um parâmetro operacional particular para mudar em uma entrada operacional específica para lâminas do rotor aerodinamicamente ásperas.

[019] A FIGURA 8 fornece uma representação gráfica das linhas de tendência médias para o exemplo de compilação de dados mostrado nas FIGURAS 6 e 7.

[020] A FIGURA 9 ilustra uma vista em perspectiva de uma lâmina do rotor que tem várias modalidades de sensores de aspereza de superfície instalados sobre a mesma.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[021] Agora será feita referência em detalhes a modalidades da invenção, um ou mais exemplos da qual são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não de limitação da invenção. De fato, ficará parente para um técnico no assunto que podem ser feitas várias modificações e variações na presente invenção sem se afastar do escopo ou espírito da invenção. Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma modalidade podem ser usadas com outra modalidade para produzir uma modalidade ainda adicional. Portanto, é entendido que a presente invenção cobre estas modificações e variações quando ficam dentro do escopo das reivindicações em anexo e seus equivalentes.

[022] Em geral, a presente invenção é dirigida a um sistema e método para controlar uma turbina de vento em resposta às condições identificadas da superfície das lâminas do rotor. Especificamente, em algumas modalidades, a presente invenção é dirigida a um método para detectar indiretamente um estado de aspereza das lâminas do rotor e, baseado neste estado de aspereza, controlar a turbina de vento para acomodar qualquer a aspereza de superfície das lâminas do rotor. Por exemplo, vários sensores podem ser usados para monitorar um ou mais parâmetros operacionais da turbina de vento (por exemplo, flexão do eixo, flexão da lâmina, flexão da torre, energia, velocidade do gerador, torque do gerador, vibração da torre / cubo / lâmina, ruído da lâmina e / ou afins) quando uma ou mais entradas operacionais da turbina de vento (por exemplo, ângulo de inclinação, ângulo de rotação, velocidade do gerador, torque do gerador, condições de vento, tal como velocidade do vento e / ou condição de vento) são ajustadas ativamente ou mudados de outra forma. Como tal, a resposta dinâmica dos parâmetros operacionais para mudanças nas entradas operacionais pode ser monitorada para permitir que seja obtida uma quantidade significativa de dados de parâmetro para cada combinação de parâmetro(s) operacional(is) / entrada(s) operacional(is). Por exemplo, os dados de parâmetro para uma combinação particular de parâmetro(s) / entrada(s) podem ser inicialmente obtidos quando é sabido ou antecipado que as lâminas do rotor estão limpas aerodinamicamente, o que pode permitir que estes dados de parâmetro limpos sejam usados como uma base de referência para analisar dados obtidos subsequentemente. Especificamente, quando dados de parâmetro adicionais para a combinação particular parâmetro(s) / entrada(s) são obtidos, os mesmos podem ser comparados aos dados de parâmetro limpos. Se os novos dados de parâmetro diferirem dos dados de parâmetro limpos por uma quantidade significativa (por exemplo, além de um limite aceitável), pode ser assumido ou determinado que as lâminas tenham mudado de um estado aerodinamicamente limpo para um estado aerodinamicamente áspero devido à sujeira, erosão, dano da lâmina etc. Neste caso, pode ser realizada uma ação corretiva adequada (por exemplo, inclinando as lâminas do rotor e / ou modificando a operação do gerador) para otimizar a operação da turbina de vento para o estado corrente de aspereza das lâminas do rotor, para deste modo permitir que a performance geral da turbina de vento seja melhorada.

[023] Deve ser avaliado que, como usado neste documento, o termo “aerodinamicamente limpa” pode se referir a uma condição de superfície para uma lâmina do rotor na qual não existe nenhuma aspereza de superfície (ou seja, uma lâmina aerodinamicamente lisa) e / ou para uma condição de superfície na qual, embora exista alguma aspereza de superfície na lâmina do rotor, a mesma não seja suficiente para ter um impacto significativo na performance da lâmina (por exemplo, em casos em que apenas uma pequena parte da superfície da lâmina está áspera e / ou quando as variações de superfície através da superfície da lâmina são menores do que uma dada quantidade, tal como menos do que 0,5 milímetro). De maneira similar, o termo “áspera aerodinamicamente” pode se referir a uma condição de superfície para uma lâmina do rotor na qual a aspereza da superfície na lâmina é suficiente para ter um impacto significativo na performance da lâmina e, portanto, a superfície da lâmina do rotor não pode mais ser considerada aerodinamicamente limpa.

[024] Agora com referência aos desenhos, a FIGURA 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma turbina de vento 10. Como mostrado, a turbina de vento 10 inclui geralmente uma torre 12 que se estende a partir de uma superfície de suporte 14, uma nacele 16 montada na torre 12, e um rotor 18 acoplado à nacele 16. O rotor 18 inclui um cubo rotativo 20 e pelo menos uma lâmina do rotor 22 acoplada e que se estende para fora a partir do cubo 20. Por exemplo, na modalidade ilustrada, o rotor 18 inclui três lâminas do rotor 22. Entretanto, em uma modalidade alternativa, o rotor 18 pode incluir mais ou menos do que três lâminas do rotor 22. Cada lâmina do rotor 22 pode ser afastada em volta do cubo 20 para facilitar a rotação do rotor 18 para permitir que a energia cinética seja transferida do vento em energia mecânica utilizável, e subsequentemente, energia elétrica. Por exemplo, o cubo 20 pode ser acoplado rotativamente a um gerador elétrico 24 (A FIGURA 2) posicionado dentro da nacele 16 para permitir que seja produzida energia elétrica.

[025] A turbina de vento 10 também pode incluir um sistema de controle da turbina ou controlador de turbina 26 centralizado dentro da nacele 16. Em geral, o controlador 26 pode compreender um computador ou outra unidade de processamento adequada. Portanto, em algumas modalidades, o controlador 26 pode incluir instruções legíveis por computador adequadas que, quando implementadas, configurem o controlador 26 para realizar várias funções diferentes, tais como receber, transmitir e / ou executar sinais de controle da turbina de vento. Como tal, o controlador 26 pode ser configurado geralmente para controlar os vários modos operacionais (por exemplo, sequências de inicialização ou desligamento) e / ou componentes da turbina de vento 10. Por exemplo, o controlador 26 pode ser configurado para ajustar a inclinação ou ângulo de inclinação da lâmina de cada lâmina do rotor 22 (ou seja, um ângulo que determina uma perspectiva da lâmina 22 com respeito à direção do vento) em volta de seu eixo geométrico de inclinação 28 a fim de controlar a velocidade rotacional da lâmina do rotor 22 e / ou a saída de potência gerada pela turbina de vento 10. Especificamente, em algumas modalidades, o controlador 26 pode controlar o ângulo de inclinação das lâminas do rotor 22, ou individualmente ou simultaneamente, transmitindo sinais de controle adequados direta ou indiretamente (por exemplo, através de um controlador de inclinação 30 (FIGURA 2)) para um ou mais mecanismos de ajuste de inclinação 32 (FIGURA 2) da turbina de vento 10. De maneira similar, o controlador 26 pode ser configurado para ajustar o ângulo de rotação da nacele 16 (ou seja, um ângulo que determina uma perspectiva da nacele 16 relativo à direção do vento) em volta de um eixo geométrico de rotação 34 da turbina de vento 10. Por exemplo, o controlador 26 pode transmitir sinais de controle adequados para um ou mais mecanismos de acionamento de rotação 36 (FIGURA 2) da turbina de vento 10 para controlar automaticamente o ângulo de rotação.

[026] Agora com referência à FIGURA 2, é ilustrada uma vista interna simplificada de uma modalidade da nacele 16 da turbina de vento 10 mostrada na FIGURA 1. Como mostrado, um gerador 24 pode ser disposto dentro da nacele 16. Em geral, o gerador 24 pode ser acoplado ao rotor 18 para produzir energia elétrica a partir da energia rotacional gerada pelo rotor 18. Por exemplo, como mostrado na modalidade ilustrada, o rotor 18 pode incluir um eixo do rotor 38 acoplado ao cubo 20 para rotação com o mesmo. O eixo do rotor 38 pode, por sua vez, ser acoplado rotativamente a um eixo do gerador 40 do gerador 24 através de uma caixa de engrenagens 42. Como é geralmente entendido, o eixo do rotor 38 pode fornecer um entrada de baixa velocidade e alto torque para a caixa de engrenagens 42 em resposta a rotação das lâminas do rotor 22 e do cubo 20. A caixa de engrenagens 42 pode então ser configurada para converter a entrada de baixa velocidade e alto torque para uma saída de alta velocidade e baixo torque para acionar o eixo do gerador 40 e, portanto, o gerador 24.

[027] Adicionalmente, como indicado acima, o controlador 26 também pode ficar localizado dentro da nacele 16 (por exemplo, dentro de uma caixa ou painel de controle). Entretanto, em outras modalidades, o controlador 26 pode ficar localizado dentro de qualquer outro componente da turbina de vento 10 ou em uma localização fora da turbina de vento (por exemplo, quando o controlador 26 é configurado como um controlador de grupo para controlar uma pluralidade de turbinas de vento). Como é entendido geralmente, o controlador 26 pode ser acoplado comunicativamente a qualquer quantidade de componentes da turbina de vento 10 a fim de controlar a operação de estes componentes. Por exemplo, como indicado acima, o controlador 26 pode ser acoplado comunicativamente a cada mecanismo de ajuste de inclinação 32 da turbina de vento 10 (um para cada lâmina do rotor 22) através de um controlador de inclinação 30 para facilitar a rotação de cada lâmina do rotor 22 em volta de seu eixo geométrico de inclinação 28.

[028] Em geral, cada mecanismo de ajuste de inclinação 32 pode incluir quaisquer componentes adequados e pode ter qualquer configuração adequada que permita que o mecanismo de ajuste de inclinação 32 funcione como descrito neste documento. Por exemplo, em algumas modalidades, cada mecanismo de ajuste de inclinação 32 pode incluir um motor de acionamento de inclinação 44 (por exemplo, qualquer motor elétrico adequado), uma caixa de engrenagens de acionamento de inclinação 46, e um pinhão de acionamento de inclinação 48. Nestas modalidades, o motor de acionamento de inclinação 44 pode ser acoplado à caixa de engrenagens de acionamento de inclinação 46 de modo que o motor de acionamento de inclinação 44 transmite força mecânica para a caixa de engrenagens de acionamento de inclinação 46. De maneira similar, a caixa de engrenagens de acionamento de inclinação 46 pode ser acoplada ao pinhão de acionamento de inclinação 48 para girar com o mesmo. O pinhão de acionamento de inclinação 48 pode, por sua vez, ficar em encaixe operacional com um mancal de inclinação 50 acoplado entre o cubo 20 e uma lâmina correspondente do rotor 22 de modo que rotação do pinhão de acionamento de inclinação 48 provoque rotação do mancal de inclinação 50. Portanto, nestas modalidades, a rotação do motor de acionamento de inclinação 44 aciona a caixa de engrenagens de acionamento de inclinação 46 e o pinhão de acionamento de inclinação 48, para deste modo girar o mancal de inclinação 50 e a lâmina do rotor 22 em volta do eixo geométrico de inclinação 28.

[029] Em modalidades alternativas, deve ser avaliado que cada mecanismo de ajuste de inclinação 32 pode ter qualquer outra configuração adequada que facilite a rotação de uma lâmina do rotor 22 em volta de seu eixo geométrico de inclinação 28. Por exemplo, é sabido que os mecanismos de ajuste de inclinação 32 incluem um dispositivo de acionamento hidráulico ou pneumático (por exemplo, um cilindro hidráulico ou pneumático) configurado para transmitir energia rotacional para o mancal de inclinação 50, para deste modo fazer com que a lâmina do rotor 22 gire em volta de seu eixo geométrico de inclinação 28. Portanto, em algumas modalidades, no lugar do motor elétrico de acionamento de inclinação 44 descrito acima, cada mecanismo de ajuste de inclinação 32 pode incluir um dispositivo de acionamento hidráulico ou pneumático que utiliza pressão de fluido para aplicar torque ao mancal de inclinação 50.

[030] A turbina de vento 10 também pode incluir um ou mais mecanismos de acionamento de rotação 36 para ajustar o ângulo de rotação da nacele 16. Em algumas modalidades, similar aos mecanismos de ajuste de inclinação 32, cada mecanismo de acionamento de rotação 36 pode incluir um motor de acionamento de rotação 52 (por exemplo, qualquer motor elétrico adequado), uma caixa de engrenagens de acionamento de rotação 54, e um pinhão de acionamento de rotação 56 acoplado junto para rotação simultânea. Entretanto, em outras modalidades, cada mecanismo de acionamento de rotação 36 pode ter qualquer outra configuração adequada, tal como sendo acionada hidráulica ou pneumaticamente. Independentemente, o(s) mecanismo(s) de acionamento de rotação 36 pode(m) ser configurado(s) para ajustar o ângulo de rotação encaixando rotacionalmente o pinhão de acionamento de rotação 56 com um mancal de rotação adequado 58 (também referenciado como uma engrenagem de anel de giro ou de anel de torre) da turbina de vento 10, para deste modo permitir que a nacele 16 seja girada em volta do eixo geométrico de rotação 34 (FIGURA 1) relativa ao vento.

[031] Deve ser avaliado que, por controlar os vários componentes da turbina de vento 10, o controlador 26 pode ser configurado para ajustar automaticamente a operação da turbina de vento 10. Por exemplo, como indicado acima, o controlador 26 pode ser configurado para transmitir sinais de controle adequados para os mecanismos de ajuste de inclinação 32 (através do controlador de inclinação 30) para ajustar automaticamente o ângulo de inclinação das lâminas do rotor 22. De maneira similar, o controlador 26 pode ser configurado para transmitir sinais de controle adequados para o(s) mecanismo(s) de acionamento de rotação 36 para permitir que o ângulo de rotação da nacele 16 seja ajustada automaticamente. Adicionalmente, o controlador 26 pode ser acoplado comunicativamente a vários outros componentes da turbina de vento a fim de controlar diferentes aspectos da turbina de vento a operação. Por exemplo, o controlador 26 pode ser acoplado comunicativamente ao gerador 24 para permitir o ajuste automático do torque do gerador, velocidade do gerador e / ou quaisquer outros aspectos operacionais adequados do gerador 24.

[032] Adicionalmente, a turbina de vento 10 também pode incluir um ou mais sensores para monitorar vários parâmetros operacionais da turbina de vento 10. Por exemplo, em algumas modalidades, a turbina de vento 10 pode incluir um ou mais sensores de eixo 60 configurados para monitorar um ou mais parâmetros operacionais relacionados ao eixo da turbina de vento 10, tal como a atuação das cargas no eixo do rotor 38 (por exemplo, cargas de empuxo, flexão e / ou torque), a deflexão do eixo do rotor 38 (por exemplo, incluindo a flexão do eixo), a velocidade rotacional do eixo do rotor 38 e / ou afins. Portanto, sensores de eixo adequados 60 podem incluir, por exemplo, um ou mais sensores de carga (por exemplo, extensômetro, sensores de pressão), sensores óticos (por exemplo, sensores de proximidade, sensores laser, sensores de fibra ótica, câmeras, sensores LIDAR), sensores de radar, acelerômetros, sensores magnéticos, sensores de velocidade, Micro Unidades de Medição de Inércia (MIMUs) e / ou afins.

[033] A turbina de vento 10 pode também incluir um ou mais sensores de lâminas 62 (FIGURAS 1 e 2) configurados para monitorar um ou mais parâmetros operacionais relacionados a lâminas da turbina de vento 10, tal como a atuação das cargas nas lâminas 22 (por exemplo, cargas de flexão), a deflexão das lâminas 22 (por exemplo, incluindo flexão, torção da lâmina e / ou afins), a vibração das lâminas 22, o ruído gerado pelas lâminas 22, o ângulo de inclinação das lâminas 22, a velocidade rotacional das lâminas 22 e / ou afins. Portanto, sensores de lâmina adequados 62 podem incluir, por exemplo, um ou mais sensores de carga (por exemplo, extensômetro, sensores de pressão), sensores óticos (por exemplo, sensores de proximidade, sensores laser, sensores de fibra ótica, câmeras e sensores LIDAR), sensores de radar, acelerômetros, sensores magnéticos, sensores de velocidade, sensores de ângulo de ataque, sensores de vibração, sensores de ruído (por exemplo, microfones), Micro Unidades de Medição de Inércia (MIMUs) e / ou afins. Como será descrito abaixo com referência à FIGURA 9, as lâminas do rotor 22 também podem incluir um ou mais sensores de aspereza 200, 202, 204 configurados para monitorar diretamente a aspereza da superfície das lâminas 22.

[034] Adicionalmente, a turbina de vento 10 pode incluir um ou mais sensores de gerador 64 configurados para monitorar um ou mais parâmetros operacionais relacionados ao gerador da turbina de vento 10, tal como a saída de potência do gerador 24, a velocidade rotacional do gerador 24, o torque do gerador e / ou afins. Portanto, sensores de gerador adequados 64 podem incluir, por exemplo, sensores de energia (por exemplo, sensores de tensão, sensores de corrente), sensores de torque, sensores de velocidade e / ou afins.

[035] Além disso, a turbina de vento 10 também pode incluir vários outros sensores para monitorar vários outros parâmetros operacionais de turbina. Por exemplo, como mostrado na FIGURA 2, a turbina de vento 10 pode incluir um ou mais sensores de torre 66 (por exemplo, um sensor(es) de carga, tal como um extensômetro(s), acelerômetro(s), MIMU(s), etc.) para monitorar vários parâmetros operacionais relacionados à torre, tal como a atuação das cargas a torre 12, a deflexão da torre 12 (por exemplo, flexão e / ou torção da torre), vibrações da torre e / ou afins. Adicionalmente, a turbina de vento 10 pode incluir um ou mais sensores de vento 68 (por exemplo, um anemômetro(s)) para monitorar uma ou mais condições de vento da turbina de vento 10, tal como a velocidade do vento e / ou a direção do vento. De maneira similar, a turbina de vento 10 pode incluir um ou mais sensores de cubo 70 (por exemplo, um sensor(es) de carga, acelerômetro(s), etc.) para monitorar vários parâmetros operacionais relacionados ao cubo (por exemplo, as cargas transmitidas através do cubo 20, vibrações do cubo e / ou afins) e / ou um ou mais sensores de nacele 72 (por exemplo, um sensor(es) de carga, acelerômetro(s), etc.) para monitorar um ou mais parâmetros operacionais relacionados à nacele (por exemplo, as cargas transmitidas através da nacele 16, vibrações da nacele e / ou afins). Naturalmente, a turbina de vento 10 pode incluir adicionalmente vários outros sensores adequados para monitorar quaisquer outros parâmetros operacionais adequados da turbina de vento 10. Deve ser avaliado que os vários sensores descritos neste documento podem corresponder a sensores pré-existentes de uma turbina de vento 10 e / ou sensores que tenham sido instalados especificamente dentro da turbina de vento 10 para permitir que um ou mais parâmetros operacionais sejam monitorados.

[036] Também deve ser avaliado que, como usado neste documento, o termo “monitor” e variações do mesmo indica que os vários sensores da turbina de vento 10 podem ser configurados para fornecer uma medição direta do parâmetros operacionais que são monitorados ou uma medição indireta de estes parâmetros operacionais. Portanto, os sensores podem, por exemplo, ser usados para gerar sinais relacionados ao parâmetro operacional sendo monitorado, os quais então podem ser utilizados pelo controlador 26 para determinar o parâmetro operacional real.

[037] Agora com referência à FIGURA 3, é ilustrado um diagrama de blocos de uma modalidade de componentes adequados que podem ser incluídos no controlador de turbina 26 (e / ou no controlador de inclinação 30) de acordo com aspectos do presente invenção. Como mostrado, o controlador 26 pode incluir um ou mais processador(es) 74 e dispositivo(s) de memória associado(s) 76 configurado(s) para realizar uma variedade de funções implementadas por computador (por exemplo, realizar os métodos, etapas, cálculos e afins revelados neste documento). Como usado neste documento, o termo “processador” se refere não apenas a circuitos integrados referenciados na técnica como sendo incluídos em um computador, mas também se refere a um controlador, um microcontrolador, um microcomputador, um controlador lógico programável (PLC), um circuito integrado de aplicação específica, e outros circuitos programáveis. Adicionalmente, o(s) dispositivo(s) de memória 76 podem geralmente compreender elemento(s) de memória incluindo, mas não limitados a, meio legível por computador (por exemplo, memória de acesso randômico (RAM)), meio não volátil legível por computador (por exemplo, uma memória flash), um disco flexível, uma memória de disco compacto somente de leitura (CD-ROM), um disco magneto-ótico (MOD), um disco versátil digital (DVD) e / ou outros elementos de memória adequados. Este(s) dispositivo(s) de memória 76 pode(m) geralmente ser configurado(s) para armazenar instruções legíveis por computador adequadas que, quando implementadas por o(s) processador(es) 74, configura(m) o controlador 26 para realizar várias funções incluindo, mas não limitadas a, monitorar um ou mais parâmetros operacionais da turbina de vento 10 baseado em sinais recebidos dos sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, transmitir sinais de controle adequados para implementar ação corretivas em resposta à identificação de lâminas do rotor aerodinamicamente ásperas 22 e várias outras funções implementadas por computador adequadas.

[038] Adicionalmente, o controlador 26 também pode incluir um módulo de comunicações 78 para facilitar as comunicações entre o controlador 26 e os vários componentes da turbina de vento 10. Por exemplo, o módulo de comunicações 78 pode servir como uma interface para permitir que o controlador de turbina 26 transmita sinais de controle para cada mecanismo de ajuste de inclinação 32 para controlar o ângulo de inclinação das lâminas do rotor 22. Além disso, o módulo de comunicações 78 pode incluir uma interface de sensor 80 (por exemplo, um ou mais conversores analógico-digital) para permitir que sinais transmitidos dos sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 sejam convertidos em sinais que possam ser entendidos e processados pelos processadores 58.

[039] Deve ser avaliado que os sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 podem ser acoplados comunicativamente ao módulo de comunicações 78 usando quaisquer meios adequados. Por exemplo, como mostrado na FIGURA 3, os sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 são acoplados à interface de sensor 80 através de uma conexão por fio. Entretanto, em outras modalidades, os sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 podem ser acoplados à interface de sensor 64 através de uma conexão sem fio, tal como usando qualquer protocolo de comunicações sem fio adequado conhecido na técnica.

[040] Agora com referência à FIGURA 4, é ilustrado um fluxograma de uma modalidade de um método 100 para controlar uma turbina de vento 10 baseado em uma condição identificada de uma superfície de uma lâmina do rotor 22 de acordo com aspectos do presente invenção. Em geral, o método 100 pode permitir que a aspereza da superfície das lâminas do rotor 22 seja detectada indiretamente monitorando um ou mais parâmetros operacionais da turbina de vento (por exemplo, deflexão do eixo, deflexão da lâmina, deflexão da torre, saída de potência, velocidade do gerador, torque do gerador, vibração da lâmina / cubo / torre, ruído da lâmina, derivados de quaisquer parâmetros operacionais, tais como derivados da velocidade e / ou torque do gerador, e / ou afins). A aspereza de superfície identificada então pode ser usada como uma base para realizar ações corretivas para modificar a operação da turbina de vento a fim de acomodar o estado corrente de aspereza das lâminas do rotor 22. Por exemplo, quando a superfície das lâminas se torna áspera aerodinamicamente devido à sujeira, erosão, dano, etc., várias propriedades aerodinâmicas das lâminas do rotor 22, tais como o coeficiente de inclinação, coeficiente de arrasto, relação de inclinação para arrasto, ângulo de parada, etc., são impactadas, o que pode, por sua vez, provocar variações nos parâmetros operacionais da turbina de vento. 10. Portanto, monitorando um ou mais parâmetros operacionais da turbina de vento, a aspereza da superfície ou ausência da mesma pode ser detectada identificando certas mudanças nos parâmetros operacionais. Em consequência da detecção de uma dada quantidade da aspereza de superfície, a operação da turbina de vento pode ser modificada (por exemplo, ajustando o ângulo de inclinação e / ou a relação da velocidade da ponta das lâminas do rotor) para reduzir o impacto desta aspereza na performance geral da turbina.

[041] Como mostrado na FIGURA 4, em 102, um ou mais parâmetros operacionais da turbina de vento 10 podem ser monitorados como uma ou mais entradas operacionais da mudança da turbina, para deste modo permitir que sejam obtidos dados de parâmetro correspondentes à resposta dinâmica de o(s) parâmetro(s) operacional(is) para mudança em a(s) entrada(s) operacional(is). Como usado neste documento, o termo “entrada operacional” se refere a qualquer variável operacional adequada de uma turbina de vento 10 que, quando variada, resulta em uma mudança em um ou mais dos parâmetros operacionais da turbina de vento 10. Por exemplo, as entradas operacionais podem incluir, mas são não limitadas a, entradas que podem ser ativa ou automaticamente controladas, tais como o ângulo de inclinação das lâminas do rotor 22, o ângulo de rotação da nacele 16, a velocidade rotacional de um ou mais componentes da turbina de vento 10 (por exemplo, velocidade do rotor ou velocidade do gerador), torque do gerador e / ou afins, e várias outras entrada operacionais, tais como condições de vento (por exemplo, velocidade do vento e / ou direção do vento).

[042] Em algumas modalidades, uma ou mais das entradas operacionais podem ser ajustadas ativamente (por exemplo, inclinando ativamente as lâminas do rotor 22, rotação da nacele 16, e / ou controlando a velocidade e / ou torque operacionais do gerador 24) enquanto um ou mais parâmetros operacionais estão sendo monitorados usando os vários sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 descritos acima para permitir que os dados de parâmetro relacionados a o(s) parâmetro(s) operacional(is) sejam obtidos. Alternativamente, para entradas operacionais passivas (por exemplo, velocidade do vento e / ou direção do vento), o(s) parâmetro(s) operacional(s) pode(m) simplesmente ser monitorado(s) enquanto esta(s) entrada(s) são mudada(s) para obter dados de parâmetro relacionados a o(s) parâmetro(s) operacional(s). Independentemente, os dados de parâmetro obtidos a partir dos sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 podem então ser transmitidos para o controlador 26 para subsequente análise e / ou armazenamento. Deve ser avaliado que, em algumas modalidades, os dados de parâmetro podem ser obtidos enquanto a turbina de vento 10 está operando.

[043] A FIGURA 5 fornece uma representação gráfica de um exemplo de como os dados de parâmetro podem ser obtidos quando uma das entradas operacionais da turbina de vento 10 é mudada ou muda de outra forma (por exemplo, neste caso, o ângulo de inclinação das lâminas do rotor 22). Como mostrado, as lâminas do rotor 22 podem ser inclinadas periodicamente através de um ou mais intervalos de ângulo de inclinação PAR1, PAR2 (por exemplo, inclinando as lâminas 22 para longe da posição de energia por um dado ângulo, tal como 5 a 15 graus, mantendo as lâminas 22 neste ângulo por um dado período de tempo e então inclinando as lâminas 22 de volta para a posição de energia) enquanto um ou mais parâmetros operacionais estão sendo monitorado. Esta inclinação periódica das lâminas do rotor 22 pode permitir que múltiplos conjuntos de dados de parâmetro (por exemplo, um primeiro conjunto de dados (DS1), um segundo conjunto de dados (DS2), . . . e um enésimo conjunto de dados, em que N é a quantidade total de conjuntos de dados obtidos) sejam obtidos sobre uma pluralidade de períodos de tempo separados (por exemplo, TP1, TP2, TPN). Por exemplo, as lâminas 22 podem ser inclinadas a cada minuto, de hora em hora, diariamente, semanalmente, mensalmente e / ou em qualquer outro intervalo adequado para permitir que uma pluralidade de diferentes conjuntos de dados sejam obtidos para cada parâmetro operacional monitorado. Além disso, como mostrado na FIGURA 5, inclinando as lâminas do rotor 22 através de dois ou mais intervalos de ângulo de inclinação diferentes PAR1, PAR2, os conjuntos de dados podem ser representativos das diferentes respostas de o(s) parâmetro(s) operacional(s) para variar as magnitudes de mudança no ângulo de inclinação.

[044] Deve ser avaliado que os dados de parâmetro podem ser obtidos de maneira similar quando são ocorrendo mudanças em qualquer outra entrada(s) operacional(is) adequada(s), por exemplo, o ângulo de rotação da nacele 16 pode ser periodicamente ajustado através de um intervalo de ângulos de rotação ao mesmo tempo em que um ou mais do parâmetros operacionais estão sendo monitorados. De maneira similar, a velocidade do gerador e / ou torque podem ser periodicamente ajustados através de um intervalo de velocidades / torques para permitir que sejam obtidos dados de parâmetro para um ou mais dos parâmetros operacionais. Adicionalmente, para mudanças na velocidade do vento e / ou na direção do vento, o(s) parâmetro(s) operacional(is) pode(m) ser monitorado(s) quando a velocidade e / ou a direção do vento mudam para permitir que os dados de parâmetro sejam obtidos.

[045] Os dados de parâmetro obtidos então podem ser organizados e armazenados dentro do controlador 26 e / ou qualquer outro dispositivo de armazenamento de dados adequado. Em algumas modalidades, os conjuntos de dados obtidos para um parâmetro operacional particular em resposta a mudança em uma entrada operacional específica podem ser organizados em uma compilação de dados baseada no estado de aspereza das lâminas do rotor 22 observado, antecipado e / ou conhecido. Especificamente, podem haver casos em que é sabido ou antecipado que as lâminas do rotor 22 estão aerodinamicamente limpas. Por exemplo, pode ser assumido que as lâminas do rotor 22 estão aerodinamicamente limpas quando as lâminas 22 são novas (ou são relativamente novas) ou após as lâminas terem sido limpas (por exemplo, após uma tempestade ou após as lâminas terem sido lavadas como parte de uma operação de manutenção). Dados de parâmetro obtidos durante estes casos podem ser identificados como “dados de parâmetro limpos” e consequentemente podem ser armazenados dentro do controlador 26 (ou outro dispositivo de armazenamento). Como será descrito abaixo, estes dados de parâmetro limpos então podem ser usados como base de referência ou dados de referência para detectar mudanças na aspereza da superfície das lâminas do rotor.

[046] Por exemplo, A FIGURA 6 fornece uma representação gráfica de um exemplo de compilação de dados para uma pluralidade de conjuntos de dados (por exemplo, DS1, DS2 . . . DSN) que mapeiam a resposta dinâmica de um parâmetro operacional particular para mudança em uma entrada operacional específica (por exemplo, ângulo de inclinação) enquanto as lâminas do rotor estão aerodinamicamente limpas. Como mostrado, os dados de parâmetro limpos obtidos podem ser dispersos devido a erros do sensor, variações na magnitude da entrada mudam (por exemplo, PAR1 v. PAR2), variações em outros parâmetros operacionais da turbina de vento 10 e / ou devido a quaisquer outros fatores adequados. Portanto, em algumas modalidades, os dados de parâmetro podem ser analisados para determinar uma melhor linha de ajuste ou de tendência 110 correspondentes à resposta média no parâmetro operacional relevante como um resultado de variações na entrada operacional. Esta linha de tendência 100 para os dados de parâmetro limpos pode então, em algumas modalidades, servir como a base para analisar dados de parâmetro obtidos subsequentemente para determinar o estado de aspereza das lâminas do rotor 22.

[047] Como indicado acima, os dados de parâmetro para o(s) parâmetro(s) operacional(s) pode(s) ser periodicamente obtidos sobre uma pluralidade de períodos de tempo (diferentes por exemplo, TP1, TP2, TPN). Portanto, adicionalmente a obter dados de parâmetro limpos, também pode ser obtidos dados de parâmetro quando o estado de aspereza das lâminas do rotor 22 é desconhecido e, em particular, quando as superfícies das lâminas do rotor 22 estiverem significativamente ásperas ao longo do tempo. Por exemplo, A FIGURA 7 fornece uma representação gráfica de um exemplo de compilação de dados para uma pluralidade de conjuntos de dados (por exemplo, DS1, DS2 . . . DSN) que mapeiam a resposta dinâmica de um parâmetro operacional particular para mudança em um entrada operacional específica (por exemplo, ângulo de inclinação) quando as superfícies de lâminas do rotor 22 estão aerodinamicamente ásperas. Como mostrado, similar aos dados de parâmetro limpos, estes “dados de parâmetro ásperos” podem ser dispersos devido a erros de sensor, variações no parâmetros operacionais e / ou afins. Portanto, os dados podem ser analisados para determinar um melhor ajuste ou linha de tendência 112 correspondente à resposta média no parâmetro operacional relevante como um resultado de variações na entrada operacional.

[048] Deve ser avaliado que, em uma modalidade, a superfície das lâminas do rotor 22 podem estar intencionalmente ásperas para permitir que a base de referência ou dados de referência sejam obtidos para lâminas do rotor aerodinamicamente ásperas 22. Por exemplo, um modificador de aspereza (por exemplo, um tira de turbulência) pode ser fixada à superfície das lâminas do rotor 22 para permitir que sejam obtidos dados de referência para as lâminas 22.

[049] Também deve ser avaliado que, para certos parâmetros operacionais, os dados de parâmetro medidos possam ser dependentes da velocidade do vento e / ou a densidade do ar (por exemplo, a velocidade do vento vezes ao quadrado a densidade do ar). Portanto, para estes parâmetros operacionais, os dados de parâmetro podem ser organizados no controlador 26 baseados na velocidade do vento presente no momento em que os dados foram coletados. Por exemplo, os dados de parâmetro podem ser agrupados ou armazenados dentro de bandas de velocidades do vento específicas (por exemplo, com cada banda velocidade do vento tendo uma largura de por volta de 0,5 m/s a por volta de 1 m/s). Adicionalmente, os dados de parâmetro armazenados também pode ser corrigidos ou normalizados baseado na densidade real do ar presente no momento em que os dados foram coletados para permitir que os dados sejam comparáveis.

[050] Novamente com referência à FIGURA 4, em 104, os dados de parâmetro obtidos em 102 podem ser analisados para identificar um estado de aspereza da lâmina do rotor. Como indicado acima, em algumas modalidades, o estado de aspereza das lâminas do rotor 22 pode ser identificado comparando dados de parâmetro obtidos há pouco ou recentemente para um conjunto de base de referência de dados de parâmetro limpos pré-armazenados. Portanto, para fornecer um exemplo, pode ser assumido que a compilação de dados mostrada na FIGURA 7 corresponde a o(s) conjunto(s) de dados obtido(s) mais recentemente para um parâmetro operacional particular. Nesta modalidade, as linhas de tendência médias 112 estabelecidas para estes dados podem ser comparadas às linhas de tendência médias 110 para os dados de parâmetro limpos correspondentes mostrados na FIGURA 6. Se os dados de parâmetro correntes diferirem dos dados de parâmetro limpos por um limite específico, pode então ser determinado que as superfícies das lâminas do rotor 22 não estão mais limpas e, portanto, uma quantidade significativa da aspereza de superfície deve estar presente.

[051] Por exemplo, A FIGURA 8 fornece um gráfico que ilustra as linhas de tendência 110, 112 para os conjuntos de dados descritos acima com referência às FIGURAS 6 e 7. Como mostrado, a linha de tendência 112 para os dados de parâmetro correntes ou ásperos desvia da linha de tendência 110 para os dados de parâmetro limpos. Especificamente, na modalidade ilustrada, as linhas de tendência 110, 112 exibem declividades significativamente diferentes. Nesta modalidade, pode, por exemplo, ser estabelecido um limite predeterminado que corresponde a uma declividade diferencial específica na qual os dados indicam que existe aspereza de superfície significativa. Portanto, se a declividade da linha de tendência corrente 112 diferir da declividade da linha de tendência limpa 110 por pelo menos o limite predeterminado, pode ser determinado que as superfícies das lâminas do rotor 22 estão aerodinamicamente ásperas.

[052] Deve ser avaliado que, em outras modalidades, o limite predeterminado pode ser estabelecido usando quaisquer outros dados indicadores adequados que fornecem um meio para distinguir os dados de parâmetro limpos dos dados de parâmetro obtidos quando as superfícies das lâminas do rotor estão aerodinamicamente ásperas. Por exemplo, como uma alternativa a usar uma declividade diferencial específica, podem ser usados valores de deslocamento mínimos e / ou máximos da linha de tendência limpa 110 (por exemplo, um ou mais desvios padrão) como o limite predeterminado para analisar os dados de parâmetro obtidos mais recentemente. Além disso, deve ser avaliado que a resposta de parâmetro incorporada nos dados de parâmetro pode ser não linear. Nesta modalidade, cada linha de tendência 110, 112 pode, por exemplo, corresponder a uma linha de referência que se estende tangente a uma curva de ajuste adequada associada com os dados de parâmetro.

[053] Novamente com referência à FIGURA 4, em 106, pode ser realizada uma ação corretiva em resposta ao estado de aspereza identificado das lâminas do rotor 22. Especificamente, em algumas modalidades, pode ser realizada uma ação corretiva quando for determinado que as superfícies das lâminas do rotor 22 estão aerodinamicamente ásperas. Por exemplo, como indicado acima, dados de parâmetro limpos pré-armazenados podem ser comparados aos dados de parâmetro correntes para determinar se os dados de parâmetro correntes diferem dos dados de parâmetro limpos por pelo menos um limite predeterminado. Se os dados de parâmetro corrente realmente diferirem dos dados de parâmetro limpos por pelo menos o limite, então uma ação corretiva adequada pode ser realizada para ajustar apropriadamente a operação da turbina de vento. Entretanto, se o limite não for excedido, a operação da turbina de vento pode ser continuada sem a necessidade de realizar uma ação corretiva.

[054] Em geral, a ação corretiva realizada em resposta à identificação de lâminas do rotor aerodinamicamente ásperas pode corresponder a qualquer ação de controle adequada que permita que a performance das lâminas do rotor 22 e / ou da turbina de vento 10 seja melhorada a despeito da existência destas condições de superfície áspera. Especificamente, foi descoberto que uma porcentagem (por exemplo, por volta de 0,5% a 1,5%) da redução da AEP provocada por lâminas aerodinamicamente ásperas pode ser recuperada adaptando a turbina de vento a operação para acomodar o estado corrente de aspereza das lâminas 22. Por exemplo, modificando uma ou mais das entradas operacionais da turbina de vento 10 baseado na aspereza de superfície identificada, as perdas de performance para a lâmina do rotor 22 (por exemplo, subida reduzida, arrasto aumentado, parada mais cedo) podem ser reduzidas, para deste modo resultar em um ganho efetivo de AEP para a turbina de vento 10. Além disso, adaptando a turbina de vento a operação baseado na condição de superfície das lâminas do rotor 22, a quantidade de ruído gerada pelas lâminas do rotor 22 também pode ser reduzida.

[055] Em algumas modalidades, a ação corretiva realizada pode corresponder a ajustar o ângulo de inclinação das lâminas do rotor 22 a fim de acomodar a aspereza da superfície das lâminas do rotor 22 (particularmente na borda frontal das lâminas do rotor 22). Como indicado acima, as lâminas do rotor 22 podem ser inclinadas controlando a operação dos mecanismos de ajuste de inclinação 32.

[056] Em outra modalidade, a ação corretiva realizada pode ser dirigida a ajustar a relação da velocidade da ponta (TSR) das lâminas do rotor 22 (ou seja, a relação de velocidade da ponta da lâmina à velocidade do vento). Como é entendido geralmente, a TSR pode ser ajustada usando qualquer ação de controle adequada que permita uma modificação da velocidade do rotor. Por exemplo, a ação de controle pode corresponder a ajustar a operação do gerador 24 (por exemplo, modificando o torque do gerador e / ou a velocidade do gerador), o que pode, por sua vez, resultar na mudança de velocidade do rotor. Em outra modalidade, a ação de controle pode corresponder a girar a nacele 16 a fim de mudar o ângulo de rotação, para deste modo permitir que a velocidade do rotor seja modificada. Em uma modalidade adicional, a TSR pode ser ajustada modificando o ângulo de inclinação das lâminas do rotor 22 da maneira descrita acima.

[057] Adicionalmente, várias outras ação corretivas podem ser realizadas em resposta à identificação e / ou detecção de lâminas do rotor aerodinamicamente ásperas 22. Por exemplo, em uma modalidade, o controlador 26 pode ser configurado para fornecer um alerta ou outra notificação que indique o estado de aspereza das lâminas do rotor 22. Esta notificação pode ser designada para sinalizar os trabalhadores da manutenção de que pode ter que ser realizada uma operação de manutenção adequada. Por exemplo, em consequência da recepção da notificação, uma lâmina operação limpeza / lavagem pode ser agendada para permitir a remoção de qualquer sujeira na lâmina e / ou outros depósitos na lâmina. Em outra modalidade, por exemplo, em que gelo pode estar presente nas lâminas do rotor 22, a ação corretiva pode ser realizar qualquer adequada estratégia de mitigação do gelo (por exemplo, por ativar aquecedores ou qualquer outro sistema de degelo adequado associado com as lâminas do rotor 22).

[058] Deve ser avaliado que, adicionalmente aos vários sensores 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 descritos acima, a turbina de vento 10 também pode incluir um ou mais sensor de aspereza de superfície configurados para monitorar diretamente a aspereza da superfície das lâminas do rotor 22. Por exemplo, a FIGURA 9 ilustra uma vista em perspectiva de uma lâmina do rotor 22 que tem várias modalidades de sensores de aspereza 202, 204, 206 instalados sobre a mesma. Como mostrado, a lâmina do rotor 22 inclui uma base da lâmina 82 configurada para montar a lâmina do rotor 22 ao cubo 18 de uma turbina de vento 10 (A FIGURA 1), um ponta da lâmina 84 disposta oposta a base da lâmina 82 e corpo 86 que se estende entre a base da lâmina 82 e ponta da lâmina 84. O corpo 86 pode geralmente definis a forma aerodinâmica da lâmina do rotor 22 e, portanto, pode incluir um lado de pressão 88 e um lado de sucção 90 que se estende entre uma borda frontal 92 e uma borda traseira 94. Adicionalmente, a lâmina do rotor 22 pode geralmente incluir uma extensão 96 que define o comprimento total entre a base da lâmina 82 e a ponta da lâmina 84 e uma corda 98 que define o comprimento total entre a borda frontal 92 e a borda traseira 94. Como é geralmente entendido, a corda 98 pode variar em comprimento com respeito à extensão 96 quando o corpo 86 se estende a partir da base da lâmina 82 para a ponta da lâmina 84.

[059] Adicionalmente, como mostrado na FIGURA 9, podem ser instalados um ou mais sensores de aspereza 200, 202, 204 sobre e / ou dentro da lâmina do rotor 22. Em geral, os sensores de aspereza 200, 202, 204 podem ser configurados para fornecer dados de condição de superfície relacionados à aspereza da superfície da lâmina do rotor 22 para o controlador 26. Por exemplo, em uma modalidade, o(s) sensor(es) de aspereza pode(m) ser um anemômetro de película fina 200 posicionado ao longo da superfície externa da lâmina 22 (por exemplo, na ou próximo à borda frontal 92). O anemômetro de película fina 200 pode incluir, por exemplo, uma placa aquecida que é mantida em uma temperatura constante variando a corrente elétrica fornecida para a placa. Nesta modalidade, a aspereza da superfície da lâmina do rotor 22 pode ser detectada monitorando a taxa de remoção de calor através da placa (ou seja, monitorando quanta correte é requerida para manter a temperatura da placa constante). Tipicamente, a taxa de remoção de calor da placa será muito maior com um fluxo turbulento. Portanto, quando a taxa de remoção de calor aumenta, pode ser assumido que o ponto de transição de fluxo laminar para fluxo turbulento tenha se deslocado para mais próximo à borda frontal 92 da lâmina do rotor 22, para deste modo indicar a possibilidade de uma lâmina do rotor aerodinamicamente áspera 22.

[060] Em outra modalidade, o(s) sensor(s) de aspereza pode(m) ser um sensor fotovoltaico de película fina (PV) 202 posicionado ao longo a superfície externa da lâmina 22 (por exemplo, na ou próximo à borda frontal 92). Como é entendido geralmente, os sensores de PV 202 podem ser configurado para converter a luz que colide com os sensores em uma corrente elétrica ou qualquer outra saída adequada. Portanto, quando o sensor de PV 202 está limpo, o sensor 202 pode ser exposto a uma quantidade máxima de luz. Entretanto, quando a superfície da lâmina 22 (e, portanto, a superfície do sensor de PV 202) se torna áspera devido à sujeira e / ou outras deposições, a exposição do sensor de PV à luz serão reduzido. Como tal, a saída do sensor de PV 202 pode ser proporcional ou pode de outra forma ser indicativo da aspereza da superfície da lâmina do rotor 22. Consequentemente, analisando a saída do sensor, pode ser estimado ou determinado o estado de aspereza das lâminas do rotor 22.

[061] Em uma modalidade adicional, o(s) sensor(es) de aspereza pode(m) ser um sensor ótico 204 posicionado atrás de um painel ou janela transparente 206 que forma uma parte da superfície externa da lâmina 22. Por exemplo, o sensor ótico 204 pode ser uma câmera configurada para capturar imagens da janela 206. Nesta modalidade, as imagens capturadas pela câmera podem ser analisadas para detectar qualquer mudança na transparência da janela devido à sujeira ou outra contaminação da superfície. Monitorando e / ou analisando esta mudança de transparência, pode ser estimado ou determinado o estado de aspereza das lâminas do rotor 22.

[062] Deve ser avaliado que, em outras modalidades, o(s) sensor(es) de aspereza 200, 202, 204 pode(m) ser qualquer(is) outro(s) sensor(es) adequado(s) que permita(m) que a aspereza da superfície das lâminas do rotor 22 seja monitorada diretamente. Por exemplo, em uma modalidade, o(s) sensor(es) de aspereza pode(m) ser um sensor de pressão configurado para monitorar as variações de pressão ao longo da superfície da lâmina do rotor 22 que ocorrem quando o ponto de transição do fluxo laminar para fluxo de transição se desloca da localização do sensor em direção à borda frontal 94 da lâmina 22, para deste modo indicar que a lâmina do rotor 22 pode estar aerodinamicamente áspera.

[063] Usando os sensores de aspereza revelados 200, 202, 204, a aspereza da superfície das lâminas do rotor 22 pode ser estimada diretamente. Alternativamente, de acordo com o método 100 descrito acima com referência à FIGURA 4, os dados de condição de superfície fornecidos por o(s) sensor(es) de aspereza 200, 202, 204 podem ser usados para suplementar os dados de parâmetro que são analisados pelo controlador 26. Por exemplo, se a análise dos dados de parâmetro correntes indicar que as lâminas do rotor 22 estão aerodinamicamente ásperas, os dados de condição de superfície fornecidos por o(s) sensor(es) de aspereza 200, 202, 204 podem ser usados para confirmar a precisão desta análise. Portanto, os dados de condição de superfície podem ser usados para aumentar a confiança estatística na estimativa feita usando os dados de parâmetro.

[064] Esta descrição escrita utiliza exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que um técnico no assunto pratique a invenção, incluindo fazer e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram para um técnico no assunto. Estes outros exemplos são entendidos como estando dentro do escopo das reivindicações se os mesmos incluírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não significativas da linguagem literal das reivindicações.

Claims

1. MÉTODO (100) PARA CONTROLAR UMA TURBINA DE VENTO (10), baseado em uma condição identificada de uma superfície de uma lâmina do rotor (22) da turbina de vento (10), caracterizado pelo método compreender as etapas de: ajustar ativamente a entrada operacional da turbina de vento (10); monitorar (102) um parâmetro operacional da turbina de vento (10) para obter dados de parâmetro relacionados ao parâmetro operacional quando a entrada operacional da turbina de vento muda por meio da etapa de ajuste; analisar (104) os dados de parâmetro para identificar um estado de aspereza da lâmina do rotor (22) compreendendo comparar os dados de parâmetro para dados limpos predeterminados de parâmetro relacionados ao parâmetro operacional; e, realizar (106) uma ação corretiva quando for identificado que uma superfície da lâmina do rotor (22) é aerodinamicamente áspera; em que realizar (106) uma ação corretiva compreende ajustar pelo menos um de um ângulo de inclinação ou uma relação da velocidade da ponta da lâmina do rotor (22), para recuperar uma redução da produção anual de energia (AEP) causada pelo estado de aspereza, por meio do aumento da performance da lâmina do rotor (22) e/ou da turbina eólica (10), apesar da existência do estado de aspereza.

2. MÉTODO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos dados de parâmetro compreenderem combinações de parâmetro(s) operacional(is)/entrada(s) operacional(is), em que uma resposta dinâmica dos parâmetros operacionais para mudanças nas entradas operacionais é monitorada para permitir que seja obtida uma quantidade significativa de dados de parâmetro para cada combinação de parâmetro(s) operacional(is) / entrada(s) operacional(is).

3. MÉTODO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela entrada operacional compreender pelo menos um de ângulo de inclinação, ângulo de rotação, velocidade do gerador ou torque do gerador.

4. MÉTODO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo parâmetro operacional compreender pelo menos um de flexão do eixo, flexão da lâmina, flexão da torre, saída de potência, velocidade do gerador, torque do gerador, vibração do componente ou ruído da lâmina.

5. MÉTODO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por realizar uma ação corretiva em resposta ao estado de aspereza identificado compreender realizar a ação corretiva quando os dados de parâmetro diferirem dos dados limpos predeterminados de parâmetro por pelo menos um limite predeterminado.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por comparar os dados de parâmetro aos dados limpos predeterminados de parâmetro relacionado ao parâmetro operacional compreender: analisar os dados de parâmetro para estabelecer uma linha de tendência corrente para os dados de parâmetro; analisar os dados limpos predeterminados de parâmetro para estabelecer uma linha de tendência limpa para os dados limpos predeterminados de parâmetro; e comparar a linha de tendência corrente à linha de tendência limpa.

7. MÉTODO (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo método compreender adicionalmente suplementar os dados de parâmetro com dados de condição de superfície obtidos usando um sensor (200) de aspereza de superfície a fim de identificar o estado de aspereza da lâmina do rotor.

8. SISTEMA PARA CONTROLAR UMA TURBINA DE VENTO (10), baseado em uma condição identificada de uma superfície de uma lâmina do rotor (22) da turbina de vento, caracterizado pelo sistema compreender: um sensor (200) configurado para monitorar um parâmetro operacional da turbina de vento quando uma entrada operacional da turbina de vento muda; um controlador (26) acoplado comunicativamente ao sensor (200) para assim obter dados de parâmetro relacionados ao parâmetro operacional, em que o controlador (26) é configurado para realizar um método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.