BR102018076880B1 - Método e sistema para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento e método para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento extremas - Google Patents

Método e sistema para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento e método para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento extremas Download PDF

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Abstract

Trata-se de um sistema (150) e método (100) para proteger uma turbina eólica (10) contra rajadas de vento extremas que inclui monitorar uma velocidade do vento e uma direção do vento na turbina eólica (10). O método (100) também inclui determinar um limiar de rajada de vento, sendo que velocidades do vento e direções do vento que ultrapassam o limiar de rajada de vento, respectivamente, são indicativos de uma ocorrência de rajada de vento extrema na turbina eólica (10). Além disso, o método (100) inclui comparar, por meio de um controlador (26), a velocidade do vento monitorada, ou uma função da mesma, e a direção do vento monitorada, ou uma função da mesma, com o limiar de rajada de vento, respectivamente. Portanto, o método (100) inclui implantar, por meio do controlador (26), uma ação corretiva quando a velocidade do vento monitorada e a direção do vento monitorada ultrapassarem o limiar de rajada de vento, respectivamente.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se, em geral, a turbinas eólicas e, mais particularmente, a sistemas e métodos para proteger turbinas eólicas durante rajadas de vento extremas.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A potência eólica é considerada uma das fontes de energia mais limpas e mais ecológicas disponíveis atualmente e as turbinas eólicas têm recebido mais atenção nesse aspecto. Uma turbina eólica moderna inclui tipicamente uma torre, um gerador, uma caixa de engrenagens, uma nacela e um rotor. O rotor inclui tipicamente um núcleo giratório que tem uma ou mais pás de rotor fixadas ao mesmo. Um mancal de afastamento é tipicamente configurado de modo operacional entre o núcleo e a pá de rotor para permitir a rotação em torno de um eixo geométrico de afastamento. As pás de rotor capturam energia cinética do vento com o uso de princípios de aerofólio conhecidos. As pás de rotor transmitem a energia cinética na forma de energia rotacional de modo a girar um eixo que acopla as pás de rotor a uma caixa de engrenagens ou, se uma caixa de engrenagem não for usada, diretamente ao gerador. O gerador converte, então, a energia mecânica em energia elétrica que pode ser distribuída a uma rede de serviços públicos.
[003] Uma saída de potência do gerador aumenta com a velocidade do vento até que a velocidade do vento alcance uma velocidade nominal do vento para a turbina. Na velocidade nominal do vento e acima da mesma, o gerador operar a uma potência nominal. A potência nominal é uma potência de saída na qual o gerador pode operar com um nível de fadiga ou carga extrema nos componentes de turbina que é predeterminado como aceitável. Em velocidades do vento superiores a uma certa velocidade, tipicamente denominada “limite para desarme” ou “limite de ponto de ajuste do monitor”, a turbina eólica pode implantar uma ação de controle, tal como desligar ou desacelerar a turbina eólica, a fim de proteger os componentes da turbina eólica contra danos.
[004] Às vezes, as turbinas eólicas podem experimentar uma mudança brusca na velocidade do vento ou na direção do vento ou mudanças bruscas na velocidade do vento e direção do vento simultaneamente devido à natureza estocástica do vento. Mudanças bruscas na velocidade do vento ou na direção do vento provocam carregamento extremo na turbina eólica. A fim de minimizar o impacto de cargas extremas na turbina eólica, esquemas de controle de proteção convencionais desligam a turbina eólica quando a mudança na direção do vento ultrapassa limites predeterminados.
[005] Esquemas de controle de proteção convencionais podem levar a um grande número de desarmes no campo, o que impacta na disponibilidade da turbina eólica para produzir potência. Tais esquemas de controle também podem provocar carregamento extremo de operação mais alto que o normal em vários componentes da turbina eólica.
[006] Consequentemente, sistemas e métodos para proteger turbinas eólicas durante rajadas de vento extremas ou para a detecção precoce de rajadas de vento extremas de modo a reduzir o tempo de inatividade e/ou reduzir o número de desarmes associados aos esquemas de controle convencionais seriam desejados na técnica.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[007] Realizações e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser evidentes a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.
[008] Em uma realização, a presente invenção é direcionada a um método para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento. O método inclui monitorar uma velocidade do vento na turbina eólica. O método também inclui monitorar uma direção do vento na turbina eólica. Adicionalmente, o método inclui determinar um limiar de rajada de vento, sendo que velocidades do vento e direções do vento que ultrapassam o limiar de rajada de vento são indicativos de uma ocorrência de rajada de vento extrema (isto é, uma rajada de velocidade do vento e/ou uma rajada na direção do vento) na turbina eólica. Além disso, o método inclui comparar a velocidade do vento monitorada, ou uma função da mesma, e a direção do vento monitorada, ou uma função da mesma, com o limiar de rajada de vento, respectivamente. Portanto, o método inclui implantar, por meio de um controlador, uma ação corretiva quando tanto a velocidade do vento monitorada quanto a direção do vento monitorada ultrapassarem o limiar de rajada de vento.
[009] Em uma realização, o método pode incluir o monitoramento da velocidade do vento e da direção do vento simultaneamente.
[010] Em uma outra realização, o método pode incluir a filtração de pelo menos um dentre a velocidade do vento ou a direção do vento. Mais especificamente, em uma realização, o método pode incluir a filtração da velocidade do vento por meio de um filtro passa-banda e/ou um filtro passa- baixa. De modo similar, o método pode incluir a filtração da direção do vento por meio de um filtro passa-banda e/ou um filtro passa-baixa.
[011] Em certas realizações, a etapa de comparar a velocidade do vento e a direção do vento com o limiar de rajada de vento, respectivamente, pode incluir a filtração da velocidade do vento e da direção do vento por meio de um filtro passa-banda, dividindo-se a direção do vento filtrada por dois para obter um valor dividido, determinando-se um seno do valor dividido para obter um valor do seno, determinando-se um valor absoluto do valor do seno, multiplicando-se o valor do seno pela velocidade do vento filtrada para obter um valor de limiar e comparando-se o valor de limiar com o limiar de rajada de vento, como um exemplo.
[012] Em outras realizações, o método pode incluir o monitoramento da velocidade do vento e da direção do vento por meio de um ou mais sensores.
[013] Em realizações adicionais, o método pode incluir a determinação do limiar de rajada de vento com base em cálculos de modelo da turbina eólica.
[014] Em diversas realizações, a etapa de implantar a ação corretiva quando a velocidade do vento e a direção do vento ultrapassam o limiar de rajada de vento, respectivamente, pode incluir, por exemplo, a modificação de um estado operacional da turbina eólica desligando-se ou desarmando-se a turbina eólica, bem como desacelerando-se a turbina eólica.
[015] Em uma outra realização, a presente invenção é direcionada a um sistema para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento. O sistema inclui uma pluralidade de sensores configurados para monitorar uma velocidade do vento e uma direção do vento na turbina eólica e um processador comunicativamente acoplado à pluralidade de sensores. O processador é configurado para realizar uma ou mais operações, incluindo, porém sem limitação, a determinação de um limiar de rajada de vento, sendo que velocidades do vento e direções do vento acima do limiar de rajada de vento, respectivamente, são indicativos de uma ocorrência de rajada de vento extrema na turbina eólica, a comparação da velocidade do vento monitorada, ou uma função da mesma, e da direção do vento, ou uma função da mesma, com o limiar de rajada de vento, respectivamente, e a implantação de uma ação corretiva quando a velocidade do vento monitorada e a direção do vento monitorada ultrapassarem o limiar de rajada de vento, respectivamente. O sistema também pode incluir qualquer uma das funções adicionais conforme descrito no presente documento.
[016] Em ainda uma outra realização, a presente invenção é direcionada a um método para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento. O método inclui monitorar simultaneamente uma velocidade do vento e uma direção do vento na turbina eólica. O método também inclui determinar um limiar de rajada de vento. O limiar de rajada de vento é indicativo de uma ocorrência de rajada de vento extrema na turbina eólica. Adicionalmente, o método inclui modificar um estado operacional da turbina eólica apenas quando tanto a velocidade do vento monitorada ultrapassar o limiar de rajada de vento tanto a direção do vento monitorada ultrapassar o limiar de rajada de vento. O método também pode incluir qualquer uma das etapas e/ou funções adicionais conforme descrito no presente documento.
[017] Essas e outras funções, realizações e vantagens da presente invenção se tornarão mais bem compreendidos em referência às reivindicações anexas e à descrição a seguir. As figuras anexas que são incorporadas neste relatório descritivo e constituem uma parte do mesmo ilustram as realizações da invenção e, juntamente à descrição, servem para explicar os princípios da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[018] Uma revelação completa e viabilizadora da presente invenção, que inclui o melhor modo da mesma, direcionada a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às figuras anexas, nas quais: a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma realização de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção; a Figura 2 ilustra uma vista interna simplificada de uma realização de uma nacela de uma turbina eólica; a Figura 3 ilustra um diagrama esquemático de uma realização de um controlador de acordo com a presente invenção; a Figura 4 ilustra um diagrama de fluxo de uma realização de um método para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento de acordo com a presente invenção; a Figura 5 ilustra um diagrama esquemático de uma realização de um sistema para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento de acordo com a presente invenção; a Figura 6 ilustra um diagrama esquemático de uma outra realização de um sistema para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento de acordo com a presente invenção; e a Figura 7 ilustra um diagrama de fluxo de uma outra realização de um método para proteger uma turbina eólica contra rajadas de vento de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[019] Agora, será feita referência em detalhes às realizações da invenção, das quais um ou mais exemplos são ilustrados nas figuras. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, e não como limitação da invenção. De fato, será evidente aos técnicos no assunto que várias modificações e variações podem ser realizadas na presente invenção sem se afastar do escopo e da essência da invenção. Por exemplo, as funções ilustradas ou descritas como parte de uma realização podem ser usadas em uma outra realização para produzir uma realização, ainda, adicional. Portanto, pretende-se que a presente invenção cubra tais modificações e variações, conforme incluídas no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
[020] Agora, em referência às figuras, a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma realização de uma turbina eólica 10 de acordo com a presente invenção; Conforme mostrado, a turbina eólica 10 inclui geralmente uma torre 12 que se estende a partir de uma superfície de suporte 14, uma nacela 16 montada na torre 12 e um rotor 18 acoplado à nacela 16. O rotor 18 inclui um núcleo giratório 20 e pelo menos uma pá de rotor 22 acoplada ao núcleo 20 e que se estende para fora a partir do mesmo. Por exemplo, na realização ilustrada, o rotor 18 inclui três pás de rotor 22. Entretanto, em uma realização alternativa, o rotor 18 pode incluir mais ou menos que três pás de rotor 22. Cada pá de rotor 22 pode estar separada ao redor do núcleo 20 para facilitar o giro do rotor 18 para possibilitar que a energia cinética do vento seja transformada em energia mecânica útil e, subsequentemente, em energia elétrica. Por exemplo, o núcleo 20 pode ser acoplado de modo giratório a um gerador elétrico 24 (Figura 2) posicionado dentro da nacela 16 para permitir que energia elétrica seja produzida.
[021] A turbina eólica 10 também pode incluir um controlador de turbina eólica 26 centralizado no interior da nacela 16. Em outras realizações, o controlador 26 pode estar situado dentro de qualquer outro componente da turbina eólica 10 ou em uma localização fora da turbina eólica 10. Adicionalmente, o controlador 26 pode ser acoplado comunicativamente a qualquer número de componentes da turbina eólica 10 a fim de controlar a operação de tais componentes e/ou implantar uma ação corretiva. Sendo assim, o controlador 26 pode incluir um computador ou outra unidade de processamento adequada. Portanto, em diversas realizações, o controlador 26 pode incluir instruções legíveis por computador adequadas que, quando implantadas, configuram o controlador 26 para realizar várias funções diferentes, tais como receber, transmitir e/ou executar sinais de controle de turbina eólica. Consequentemente, o controlador 26 pode ser configurado geralmente para controlar os vários modos de operação (por exemplo, sequências de ligar ou desligar), a desaceleração ou a aceleração da turbina eólica e/ou os componentes individuais da turbina eólica 10.
[022] Agora em referência à Figura 2, é ilustrada uma vista interna simplificada de uma realização da nacela 16 da turbina eólica 10 mostrada na Figura 1. Conforme mostrado, um gerador 24 pode estar disposto dentro da nacela 16. Em geral, o gerador 24 pode ser acoplado ao rotor 18 para produzir potência elétrica a partir da energia rotacional gerada pelo rotor 18. Por exemplo, conforme mostrado na realização ilustrada, o rotor 18 pode incluir um eixo de rotor 34 acoplado ao núcleo 20 para realizar a rotação com o mesmo. Um eixo de rotor 34 pode, por sua vez, ser acoplado de modo giratório a um eixo de gerador 36 do gerador 24 através de uma caixa de engrenagens 38. Conforme é compreendido geralmente, o eixo de rotor 34 pode fornecer uma entrada de baixa velocidade e alto torque à caixa de engrenagens 38 em resposta à rotação das pás de rotor 22 e do núcleo 20. A caixa de engrenagens 38 pode, então, ser configurada para converter a entrada de baixa velocidade e alto torque em uma saída de alta velocidade e baixo torque para acionar o eixo de gerador 36 e, portanto, o gerador 24.
[023] Ainda em referência à Figura 2, cada pá de rotor 22 também pode incluir um mecanismo de ajuste de afastamento 32 configurado para girar cada pá de rotor 22 em torno do seu eixo geométrico de afastamento 28. Adicionalmente, cada mecanismo de ajuste de afastamento 32 pode incluir um motor de acionamento de afastamento 40 (por exemplo, qualquer motor elétrico, hidráulico ou pneumático adequado), uma caixa de engrenagens de acionamento de afastamento 42 e um pinhão de acionamento de afastamento 44. Em tais realizações, o motor de acionamento de afastamento 40 pode ser acoplado à caixa de engrenagens de acionamento de afastamento 42 de modo que o motor de acionamento de afastamento 40 confira força mecânica à caixa de engrenagens de acionamento de afastamento 42. De modo similar, a caixa de engrenagens de acionamento de afastamento 42 pode ser acoplada ao pinhão de acionamento de afastamento 44 para realizar rotação com o mesmo. O pinhão de acionamento de afastamento 44 pode, por sua vez, estar em engate rotacional com um mancal de afastamento 46 acoplado entre o núcleo 20 e uma pá de rotor correspondente 22, de modo que a rotação do pinhão de acionamento de afastamento 44 provoque a rotação do mancal de afastamento 46. Portanto, em tais realizações, a rotação do motor de acionamento de afastamento 40 aciona a caixa de engrenagens de acionamento de afastamento 42 e o pinhão de acionamento de afastamento 44, girando, assim, o mancal de afastamento 46 e a pá de rotor 22 em torno do eixo geométrico de afastamento 28. De modo similar, a turbina eólica 10 pode incluir um ou mais mecanismos de acionamento de guinada 66 comunicativamente acoplados ao controlador 26, sendo que cada mecanismo de acionamento de guinada (ou mecanismos de acionamento de guinada) 66 é configurado para mudar o ângulo da nacela 16 em relação à direção do vento 30 (por exemplo, engatando-se um mancal de guinada 68 da turbina eólica 10 de modo a girar a nacela em torno de um eixo geométrico de guinada 67 (Figura 1)).
[024] A turbina eólica 10 também pode incluir um sistema de sensor 64 que tem um ou mais sensores 48, 50, 52, 54 para medir vários parâmetros de operação e/ou de vento da turbina eólica 10 ou na mesma. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 2, um sensor (ou sensores) 48 pode estar situado no núcleo 20 de modo a medir cargas de núcleo da turbina eólica 10. Além disso, um sensor (ou sensores) 50 pode estar situado em uma ou mais dentre as pás de rotor 22 de modo a medir cargas das mesmas. Adicionalmente, um sensor (ou sensores) 54 pode estar situado na torre 12 da turbina eólica 10 para medir cargas da mesma. Ademais, a turbina eólica 10 pode incluir um ou mais sensores de vento 52 para medir vários parâmetros de vento e/ou ambientais da turbina eólica 10. Por exemplo, tal parâmetro (ou parâmetros) pode incluir rajadas de vento, velocidade do vento, direção do vento, aceleração do vento, turbulência do vento, cisalhamento do vendo, virada do vento, turbilhonamento ou similares, bem como densidade do ar, umidificação do ar, umidade, pressão, temperatura ou qualquer outra condição ambiental.
[025] Em realizações alternativas, os sensores 48, 50, 52, 54 podem ser quaisquer outros sensores adequados com capacidade para medir parâmetros de operação e/ou de vento da turbina eólica 10. Por exemplo, os sensores podem ser acelerômetros, sensores de pressão, sensores de ângulo de ataque, sensores de vibração, sensores MIMU, sistemas de câmera, sistemas de fibra óptica, anemômetros, palhetas de vento, sensores de Detecção e Variação Sônica (SODAR), infralasers, radiômetros, tubos de Pitot, radiossondas, outros sensores ópticos e/ou quaisquer outros sensores adequados. Deve ser verificado que, conforme usado no presente documento, o termo "monitorar" e variações do mesmo indica que os vários sensores da turbina eólica 10 podem ser configurados para fornecer uma medição direta dos parâmetros que são monitorados ou uma medição indireta de tais parâmetros. Portanto, os sensores 48, 50, 52, 54 podem, por exemplo, ser usados para gerar sinais relacionados ao parâmetro que é monitorado, o qual pode, então, ser utilizado pelo controlador 26 para determinar o parâmetro real.
[026] Referindo-se especificamente à Figura 3, é ilustrado um diagrama de blocos de uma realização do controlador 26 de acordo com a presente invenção. Conforme mostrado, o controlador 26 pode incluir um ou mais processadores 56 e dispositivo de memória associado (ou dispositivos de memória associados) 58 configurados para realizar uma variedade de funções implantadas por computador (por exemplo, realizar os métodos, as etapas, os cálculos e semelhantes e armazenar dados relevantes conforme revelado no presente documento). Adicionalmente, o controlador 26 também pode incluir um módulo de comunicações 60 para facilitar as comunicações entre o controlador 26 e os vários componentes da turbina eólica 10. Adicionalmente, o módulo de comunicações 60 pode incluir uma interface de sensor 62 (por exemplo, um ou mais conversores de analógico para digital) para permitir que os sinais transmitidos dos sensores 48, 50, 52, 54 sejam convertidos em sinais que podem ser compreendidos e processados pelos processadores 56. Deve ser entendido que os sensores 80, 48, 50, 52, 54 podem ser comunicativamente acoplados ao módulo de comunicações 60 com o uso de quaisquer meios adequados. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 3, os sensores 48, 50, 52, 54 são acoplados à interface de sensor 62 por meio de uma conexão com fio. Entretanto, em outras realizações, os sensores 48, 50, 52, 54 podem ser acoplados à interface de sensor 62 por meio de uma conexão sem fio, tal como através do uso de qualquer protocolo de comunicações sem fio adequado conhecido na técnica. Sendo assim, o processador 56 pode ser configurado para receber um ou mais sinais dos sensores 48, 50, 52, 54.
[027] Conforme usado no presente documento, o termo "processador" se refere não somente a circuitos integrados referidos na técnica como sendo incluídos em um computador, mas se refere também a um controlador, um microcontrolador, um microcomputador, um controlador de lógica programável (PLC), um circuito integrado de aplicação específica e outros circuitos programáveis. Adicionalmente, o dispositivo de memória (ou dispositivos de memória) 58 pode geralmente compreender um elemento de memória (ou elementos de memória) que inclui, porém sem limitação, meio legível por computador (por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM)), meio não volátil legível por computador (por exemplo, uma memória flash), um disquete, uma memória somente de leitura de disco compacto (CD-ROM), um disco óptico-magnético (MOD), um disco versátil digital (DVD) e/ou outros elementos de memória adequados. Tal dispositivo de memória (ou dispositivos de memória) 58 pode geralmente ser configurado para armazenar instruções legíveis por computador adequadas que, quando implantadas pelo processador (ou processadores) 58, configuram o controlador 26 para realizar várias funções, incluindo, porém sem limitação, estimar um ou mais parâmetros de vento da turbina eólica 10 com base na pluralidade de dados de operação, transmitir sinais de controle adequados para implantar ações de controle em resposta à detecção de condições de vento transitórias e várias outras funções implantadas por computador adequadas.
[028] Agora em referência às Figuras 4 a 6, um sistema 150 e método 100 para proteger uma turbina eólica, tal como a turbina eólica 10 da Figura 1, contra rajadas de vento são ilustrados. Mais especificamente, a Figura 4 ilustra um diagrama de fluxo do método 100 para proteger a turbina eólica 10 contra rajadas de vento; a Figura 5 ilustra um diagrama esquemático de uma realização do sistema 150 para proteger a turbina eólica 10 contra rajadas de vento; e a Figura 6 ilustra um diagrama esquemático de uma outra realização do sistema 150 para proteger a turbina eólica 10 contra rajadas de vento.
[029] Particularmente em referência à Figura 4, conforme mostrado em 102, o método 100 inclui monitorar uma velocidade do vento na turbina eólica 10. Conforme mostrado em 104, o método 100 também inclui monitorar uma direção do vento na turbina eólica 10. Por exemplo, em uma realização, o método 100 pode incluir o monitoramento da velocidade do vento e da direção do vento simultaneamente. Em outras realizações, o método 100 pode incluir o monitoramento da velocidade do vento e da direção do vento por meio de um ou mais dentre os sensores 48, 50, 52, 54.
[030] Conforme mostrado em 106, o método 100 também inclui determinar um limiar de rajada de vento. Por exemplo, em uma realização, o método 100 pode incluir a determinação do limiar de rajada de vento com base em cálculos de modelo da turbina eólica. Portanto, velocidades do vento e direções do vento que ultrapassam o limiar de rajada de vento, respectivamente, são indicativos de uma ocorrência de rajada de vento extrema (isto é, uma rajada de velocidade do vento e/ou uma rajada na direção do vento) na turbina eólica 10. Por exemplo, os cálculos para limiares e/ou constantes de filtro podem se basear em simulações de cargas para velocidades do vento/direções do vento laterais e comparados com envelopes de tensão de componentes da turbina eólica. Adicionalmente, a capacidade para detectar rajadas de forma precoce permite que o controlador 26 atue e impeça o carregamento extremo. Limiares conservadores que representam uma incerteza nas medições de velocidade do vento e/ou direção do vento também podem ser calculados, o que minimiza falsos positivos e desarmes em geral.
[031] Em uma outra realização, o método 100 pode incluir a filtração da velocidade do vento e/ou da direção do vento. Mais especificamente, conforme mostrado na Figuras 5 e 6, o método 100 pode incluir a filtração da velocidade do vento 152 por meio de um filtro passa-banda 154 e/ou um filtro passa-baixa 158. De modo similar, o método 100 pode incluir a filtração da direção do vento 154 por meio de um filtro passa-banda 156 e/ou um filtro passa-baixa 158.
[032] Novamente em referência à Figura 4, conforme mostrado em 108, o método 100 também inclui comparar, por exemplo, por meio do controlador 26, a velocidade do vento filtrada 162, ou uma função da mesma, e a direção do vento filtrada 164, ou uma função da mesma, com o limiar de rajada de vento, respectivamente. Os valores filtrados podem, então, ser usados pelo controlador 26 para determinar se há uma ocorrência de rajada de vento na turbina eólica 10. Em uma realização, a velocidade do vento e a direção do vento podem ser ponderadas igualmente pelo controlador 26. Alternativamente, em uma realização preferencial, a velocidade do vento e a direção do vento podem ser ponderadas de maneira diferente. Em tais realizações, o controlador 26 pode usar uma função, tal como seno, para mudar a ponderação relativa entre os dois parâmetros.
[033] Mais especificamente, conforme mostrado na Figura 5, o controlador 26 pode filtrar a velocidade do vento 152 e a direção do vento 154 por meio do filtro passa-banda 156. Por exemplo, conforme mostrado no módulo de controle 166, o controlador 26 pode, então, dividir a direção do vento filtrada 164 por dois para obter um valor dividido, determinar um seno do valor dividido para obter um valor do seno, determinar um valor absoluto do valor do seno, multiplicar o valor do seno pela velocidade do vento filtrada 162 para obter um valor de limiar e comparar o valor de limiar com o limiar de rajada de vento, como um exemplo. Em tais realizações, a função sen(WD_BP/2) dá mais importância a baixas direções de vento (por exemplo, 60 graus) e menos importância a altas direções do vento (por exemplo, tais como 180 graus, com sen(WD_BP/2), partindo de 0 até 1 à medida que a direção do vento parte de 0 até 180 graus. Muitas outras funções também podem ser usadas.
[034] Além disso, funções, tais como seno e divisão, podem ser aplicadas antes da filtração, isto é, uma função da velocidade do vento e direção do vento brutas pode ser filtrada em vez de a velocidade do vento e a direção do vento brutas serem filtradas em, então, aplicar a função. Alternativamente, conforme mostrado na Figura 6, o controlador 26 pode filtrar a velocidade do vento 152 e a direção do vento 154 por meio do filtro passa- baixa 156. Portanto, conforme mostrado no módulo de controle 168, o controlador 26 pode, então, dividir a direção do vento filtrada 164 por dois para obter um valor dividido, determinar um seno do valor dividido para obter um valor do seno, determinar um valor absoluto do valor do seno, multiplicar o valor do seno pela velocidade do vento filtrada 162 para obter um valor de limiar e comparar o valor de limiar com o limiar de rajada de vento, como um outro exemplo.
[035] Consequentemente, conforme mostrado em 110 da Figura 4, o método 100 pode incluir a implantação de uma ação corretiva quando a velocidade do vento 152 e a direção do vento 154 ultrapassarem o limiar de rajada de vento, respectivamente. Por exemplo, em diversas realizações, a etapa de implantar a ação corretiva quando a velocidade do vento 152 e a direção do vento 154 ultrapassam o limiar de rajada de vento, respectivamente, pode incluir, por exemplo, o desligamento ou desarme da turbina eólica 10, bem como a desaceleração da turbina eólica 10.
[036] Conforme usado no presente documento, a desaceleração da turbina eólica 10 pode incluir a desaceleração da velocidade, a desaceleração do torque ou uma combinação de ambas. Adicionalmente, a turbina eólica 10 pode ser desacelerada reduzindo-se a velocidade e aumentando-se o torque, o que pode ser benéfico, de modo a manter a potência. Em uma outra realização, a turbina eólica 10 pode ser temporariamente desacelerada modificando-se a demanda de torque no gerador 24. Em geral, a demanda de torque pode ser modificada com o uso de qualquer método, processo, estrutura e/ou meio adequado conhecido na técnica. Por exemplo, em uma realização, a demanda de torque no gerador 24 pode ser controlada com o uso do controlador 26 transmitindo-se um sinal/comando de controle adequado para o gerador 24 a fim de modular o fluxo magnético produzido no gerador 24.
[037] A turbina eólica 10 também pode ser temporariamente desacelerada guindando-se a nacela 16 para mudar o ângulo da nacela 16 em relação à direção do vento 30. Em outras realizações, o controlador 26 pode ser configurado para atuar um ou mais freios mecânicos ou ativar um elemento modificador de fluxo de ar em uma pá de rotor a fim de reduzir a velocidade e/ou carga rotacional das pás de rotor 14, reduzindo, assim, o carregamento de componente. Em ainda outras realizações, o controlador 26 pode ser configurado para realizar qualquer ação de controle apropriada conhecida na técnica. Adicionalmente, o controlador 26 pode implantar uma combinação de duas ou mais ações de controle.
[038] Agora em referência à Figura 7, é ilustrado um diagrama de fluxo de uma outra realização de um método 200 para proteger a turbina eólica 10 contra rajadas de vento. Conforme mostrado em 202, o método 200 inclui monitorar simultaneamente uma velocidade do vento e uma direção do vento na turbina eólica 10. Conforme mostrado em 204, o método 200 inclui determinar um limiar de rajada de vento. O limiar de rajada de vento é indicativo de uma ocorrência de rajada de vento extrema na turbina eólica 10. Conforme mostrado em 206, o método 200 inclui modificar um estado operacional da turbina eólica 10 apenas quanto tanto a velocidade do vento monitorada ultrapassar o limiar de rajada de vento quanto a direção do vento monitorada ultrapassar o limiar de rajada de vento. Por exemplo, a turbina eólica 10 pode ser desarmada, desligada ou desacelerada.
[039] Também deve ser entendido que uma vantagem da presente invenção é que o sistema e o método podem ser implantados com o uso de componentes existentes da turbina eólica 10. Sendo assim, não é necessário que um usuário compre, instale e mantenha novos equipamentos. Adicionalmente, o controlador 26 pode ser integrado com um sistema de controle mais amplo, tal como, porém, sem limitação, um sistema de controle de turbina eólica, um sistema de controle de usina, um sistema de monitoramento remoto ou combinações dos mesmos.
[040] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, que inclui o melhor modo, e também para possibilitar que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, o que inclui produzir e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e desempenhar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrerem aos técnicos no assunto. Tais outros exemplos estão destinados a serem abrangidos pelo escopo das reivindicações caso incluam elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações. LISTA DE COMPONENTES
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Claims (14)

1. MÉTODO (100) PARA PROTEGER UMA TURBINA EÓLICA (10) CONTRA RAJADAS DE VENTO, sendo que o método (100) é caracterizado por compreender: monitorar (102) uma velocidade do vento (152) na turbina eólica (10); monitorar (104) uma direção do vento (154) na turbina eólica (10); filtrar a velocidade do vento (152) e a direção do vento (154) por meio de um ou mais filtros; determinar (106) um limiar de rajada de vento, em que o limiar de rajada de vento é indicativo de uma ocorrência de rajada de vento extrema na turbina eólica (10); comparar (108), por meio de um controlador (26), a velocidade do vento filtrada (162), ou uma função da mesma, e a direção do vento filtrada (164), ou uma função da mesma, com o limiar de rajada de vento, respectivamente, em que comparar (108) a velocidade do vento filtrada (162) ou a função da mesma e a direção do ventro filtrada oua função da mesma com o limiar de rajada de vento compreende: dividir a direção do vento filtrada (164) por dois para obter um valor dividido; determinar um seno do valor dividido para obter um valor do seno; determinar um valor absoluto do valor do seno; multiplicar o valor do seno pela velocidade do vento filtrada (162) para obter um valor de limiar; e comparar o valor de limiar com o limiar de rajada de vento; e implantar, por meio de um controlador (26), uma ação corretiva quando o valor de limiar ultrapassar o limiar de rajada de vento.
2. MÉTODO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, monitorar (102, 104) a velocidade do vento (152) e a direção do vento (154) simultaneamente.
3. MÉTODO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ou mais filtros compreenderem um filtro passa-banda (156).
4. MÉTODO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, monitorar (102, 104) a velocidade do vento (152) e a direção do vento (154) por meio de um ou mais sensores (48, 50, 52, 54).
5. MÉTODO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, determinar (106) o limiar de rajada de vento com base em cálculos de modelo da turbina eólica (10).
6. MÉTODO (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela implantação (110) da ação corretiva compreender, ainda, pelo menos um dentre o desligamento da turbina eólica (10) ou a desaceleração da turbina eólica (10).
7. SISTEMA (150) PARA PROTEGER UMA TURBINA EÓLICA (10) CONTRA RAJADAS DE VENTO, sendo que o sistema (150) é caracterizado por compreender: uma pluralidade de sensores (48, 50, 52, 54) configurados para monitorar (102, 104) uma velocidade do vento (152) e uma direção do vento (154) na turbina eólica (10); um ou mais filtros para filtrar a velocidade do vento (152) e a direção do vento (154); um processador (56) comunicativamente acoplado à pluralidade de sensores (48, 50, 52, 54), em que o processador (56) é configurado para realizar uma ou mais operações, sendo que a uma ou mais operações compreendem: determinar (106) um limiar de rajada de vento, em que o limiar de rajada de vento é indicativo de uma ocorrência de rajada de vento extrema na turbina eólica (10); comparar (108) a velocidade do vento filtrada (162), ou uma função da mesma, e a direção do vento filtrada (164), ou uma função da mesma, com o limiar de rajada de vento, respectivamente, em que comparar (108) a velocidade do vento filtrada (162) ou a função da mesma e a direção do ventro filtrada ou a função da mesma ao limiar de rajada de vento compreende: dividir a direção do vento filtrada (164) por dois para obter um valor dividido; determinar um seno do valor dividido para obter um valor do seno; multiplicar o valor do seno pela velocidade do vento filtrada (162) para obter um valor de limiar; comparar o valor de limiar com o limiar de rajada de vento; e implantar uma ação corretiva quando o valor limiar ultrapassaar o limiar de rajada de vento.
8. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela uma ou mais operações compreenderem, ainda, monitorar (102, 104) a velocidade do vento (152) e a direção do vento (154) simultaneamente.
9. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por um ou mais filtros compreenderem um filtro passa-banda (156).
10. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela uma ou mais operações compreenderem, ainda, monitorar (102, 104) a velocidade do vento (152) e a direção do vento (154) por meio de um ou mais sensores (48, 50, 52, 54).
11. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela uma ou mais operações compreenderem, ainda, determinar (106) o limiar de rajada de vento com base em cálculos de modelo da turbina eólica (10).
12. SISTEMA (150), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela implantação (110) da ação corretiva compreender ainda, pelo menos um dentre o desligamento da turbina eólica (10) ou a desaceleração da turbina eólica (10).
13. MÉTODO (200) PARA PROTEGER UMA TURBINA EÓLICA (10) CONTRA RAJADAS DE VENTO EXTREMAS, sendo que o método (200) é caracterizado por compreender: monitorar (202) simultaneamente uma velocidade do vento (152) e uma direção do vento (154) na turbina eólica (10); filtrar a velocidade do vento (152) e a direção do vento (154) por meio de um ou mais filtros; dividir a direção do vento filtrada (164) por dois para obter um valor dividido; determinar um seno do valor dividido para obter um valor do seno; multiplicar o valor do seno pela velocidade do vento filtrada (162) para obter um valor de limiar; determinar (204) um limiar de rajada de vento, sendo que o limiar de rajada de vento é indicativo de uma ocorrência de rajada de vento extrema na turbina eólica (10); comparar o valor de limiar com o limiar de rajada de vento. modificar (206) um estado operacional da turbina eólica (10) apenas quando o valor limiar ultrapassar o limiar de rajada de vento.
14. MÉTODO (200), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por um ou mais filtros compreenderem um filtro passa-banda (156).
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