BR112017012750B1

BR112017012750B1 - Método de operação de uma fazenda eólica com uma turbina a montante e uma turbina a jusante e controlador para operar uma fazenda eólica compreendendo uma turbina a montante e uma turbina a jusante

Info

Publication number: BR112017012750B1
Application number: BR112017012750-4A
Authority: BR
Inventors: Carsten Franke; Kedar Kulkarni; Adrian Timbus; Jan Poland; Silvia Mastellone; Yan Zhang
Original assignee: Hitachi Energy Switzerland Ag
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2023-01-24
Also published as: EP3237752A1; BR112017012750A8; EP3037657A1; AU2015371617B2; CN107250532A; DK3237752T3; US10612519B2; ZA201704165B; US20170284368A1; ES2759318T3; CN107250532B; EP3237752B1; WO2016102154A1; BR112017012750A2; AU2015371617A1

Abstract

A presente invenção refere-se a um método de operação de uma fazenda eólica que compreende uma turbina a montante e uma turbina a jusante, em que a turbina a montante é operada com parâmetros de operação atuais sob condições atuais do vento, em que o método compreende as etapas de: recepção das condições futuras do vento por um período de tempo para a fazenda eólica, e avaliação dos parâmetros de operação requeridos para minimizar o efeito de turbilhão da turbina a jusante sob as condição futuras do vento, e determinação de um coeficiente de custo para mudar os parâmetros de operação nos parâmetros de operação requeridos sob consideração do efeito de fadiga da turbina eólica, cálculo das produções de energia P0 e Pc, no período de tempo predeterminado, pela fazenda eólica se for operada com os parâmetros de operação atuais sob as condições atuais do vento e se for operada com os parâmetros de operação requeridos sob as condições futuras do vento, respectivamente, e operação da turbina a montante com os parâmetros de operação requeridos se o coeficiente de custo for mais baixo do que um custo que deve ser obtido por um incremento de produção de energia Pc (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se à operação de fazendas eólicas que incluem uma pluralidade de turbinas eólicas, e em particular a um método de operação de uma fazenda eólica com uma turbina eólica a montante e uma turbina eólica a jusante.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As turbinas eólicas convertem a energia cinética do vento em energia elétrica. Em uma fazenda eólica, a primeira fileira das turbinas que encontram a velocidade do vento corrente livre pode extrair potencialmente a energia máxima do vento. No entanto, devido a essa extração de energia por tais turbinas a montante ou na direção do vento, as turbinas a jusante ou na direção contrária ao vento experimentam velocidades do vento mais baixas e condições de vento turbulentas devido ao movimento de rotação das pás do rotor das turbinas na direção do vento. Esse fenômeno, amplamente conhecido como 'efeito esteira', pode ter o seguinte impacto: (a) a quantidade de energia elétrica obtida por turbinas na direção contrária ao vento é reduzida de maneira considerável, uma vez que a energia gerada pelas turbinas eólicas é proporcional ao cubo da velocidade do vento, e (b) a vida útil da turbina eólica a jusante é reduzida, uma vez que as turbulências induzidas pelo turbilhão aumentam o desgaste e o dilaceramento dos componentes nas turbinas na direção contrária ao vento.

[003] A fim de minimizar o impacto dos efeitos de turbilhão, um arranjo de turbinas de fazenda eólica é projetado de maneira tal que há uma interação de turbilhão reduzida baseada na informação estatística a respeito da velocidade do vento e a direção do vento na fazenda. No entanto, pode ser difícil ou até mesmo impossível reduzir o impacto dos turbilhões em tempo real em que a propagação do turbilhão depende das direções e das velocidades do vento que mudam dinamicamente.

[004] O gerenciamento de uma fazenda eólica convencional é baseado principalmente no controle local. Isto é, um controlador da fazenda eólica envia somente os pontos estipulados a respeito da geração de energia ativa e reativa às turbinas eólicas individuais e então tenta variar esses pontos estipulados a fim de suprir a demanda no ponto de acoplamento comum com a rede elétrica. No entanto, as interações de turbilhão não são levadas em conta na expedição desses pontos estipulados. Além disso, o controle local em cada turbina eólica individual otimiza a geração de energia ativa e reativa apenas localmente. Desse modo, embora o controle local possa ser benéfico em um nível de turbina individual, ele não pode maximizar a energia de uma perspectiva da fazenda, devido às interações de turbilhão aerodinâmicas acima mencionadas.

[005] O controle local de cada turbina eólica localmente é baseado principalmente em três tipos de acionadores mecânicos ou em parâmetro operacional da turbina eólica incluindo o controle da mudança de direção, o controle do passo e o controle do torque. Dependendo dos ajustes desses acionadores a turbina pode extrair quantidades diferentes de energia, mas esses ajustes também influenciam diretamente os turbilhões resultantes e desse modo a geração de energia possível em turbinas na direção contrária ao vento. Portanto, a geração de energia total para a fazenda eólica inteira também pode ser melhorada se um comportamento coordenado for assegurado.

[006] Qualquer solução ao nível de fazenda eólica tem que poder controlar todas as turbinas para melhorar a extração de energia total e, para essa finalidade, conta com as interações de turbilhão aerodinâmicas entre as turbinas. Vários estudos propõem possibilidades diferentes para minimizar a interação de turbilhão, melhorando desse modo o desempenho operacional da fazenda. Por exemplo, o controle da quantidade de energia extraída por turbinas na direção do vento influencia a energia eólica que fica disponível para as turbinas na direção contrária ao vento. Os acionadores ou os parâmetros de controle incluem o fator de indução axial, por exemplo, mediante o controle do passo da pá e do torque do gerador, o desalinhamento da mudança de direção, ou ambos. O controle do passo e do torque são normalmente usados na maior parte das turbinas de eixo horizontal de velocidade variável modernas sob uma perspectiva de acompanhamento do ponto máximo de energia. A mudança de direção da turbina na direção do vento vai defletir deliberadamente o turbilhão atrás da turbina a montante de maneira tal que a turbina a jusante só fica parcialmente localizada ou não fica mais localizada no turbilhão da turbina a montante. Em consequência disto, a turbina na direção contrária ao vento pode capturar potencialmente mais energia, aumentando desse modo a captura de energia ao nível de fazenda.

[007] O Pedido de Patente EP 1790851 A2 divulga um método para a operação de um parque eólico que inclui uma unidade de controle central que recebe dados de cada turbina de uma pluralidade de turbinas eólicas do parque. Esses dados são usados para predizer o impacto da carga nas turbinas a jusante. Os sinais de controle às turbinas selecionadas são transmitidos subsequentemente para minimizar o impacto da carga nas turbinas a jusante e/ou para reduzir a carga de fadiga das turbinas a montante e para aumentar a captura de energia das turbinas a jusante. Os dados recebidos pela unidade de controle central compreendem medições das velocidades e direções do vento em cada torre de turbina. A unidade de controle central pode usar uma mudança medida em condição do vento em uma turbina a montante para enviar as demandas de controle avançadas a uma turbina a jusante. Também é sugerido o uso do conhecimento de interações de turbilhão para tomar decisões de controle que minimizam as cargas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Um objetivo da invenção consiste no aperfeiçoamento da operação de uma fazenda eólica sob a consideração de uma previsão da condição do vento. Um método e um controlador de acordo com a invenção atingem esse objetivo. As modalidades preferidas são evidentes a partir das concretizações da patente.

[009] De acordo com a presente invenção, uma mudança ou uma adaptação nos parâmetros operacionais que resulta, sob um ponto de vista de minimização do efeito esteira, na geração aumentada da energia em condições previstas do vento pode ser questionada se uma despesa ou um esforço para mudar os parâmetros forem levados em consideração de modo apropriado. Em outras palavras, a turbina a montante é operada com valores de parâmetros operacionais alterados somente se a despesa para mudar os parâmetros operacionais for realmente compensada por um aumento previsto da produção de energia. Em particular, se as condições do vento previstas indicarem um retorno às condições precedentes do vento, uma mudança para trás e para frente correspondente dos valores de parâmetros operacionais para minimizar os efeitos de turbilhão durante um período de transição das condições alteradas do vento pode ser suprimida. Um sistema de controle do ângulo de mudança do vento exemplificador pode desse modo evitar os movimentos de mudança de direção frequentes e/ou pequenos que devem afetar excessivamente a vida útil de um componente ou até mesmo conduzir a danos no acionador.

[0010] Especificamente, em uma fazenda eólica com uma turbine eólica a montante e uma turbina eólica a jusante, a turbina a montante é operada com, ou de acordo com valor de parâmetro operacional a montante atual ou presente, sob as condições atuais do vento. O parâmetro de operação é um dentre um ângulo de mudança de direção indicativo de um alinhamento entre uma direção do vento na turbina a montante e um eixo do rotor da turbina a montante, um ângulo de passo indicativo de um alinhamento entre a direção do vento e uma orientação da pá de rotor, um gerador de torque ou uma velocidade do rotor, e as condições do vento incluem uma velocidade do vento e uma direção do vento. Um método de operação da fazenda eólica compreende as etapas a seguir:

[0011] A obtenção, para cada intervalo de tempo, ou etapa de tempo, de uma sequência de intervalos de um período de tempo previsto, das condições do vento previstas na turbina eólica a montante e na turbina eólica a jusante.

[0012] A determinação de uma sequência de parâmetro operacional a montante candidata com um valor de parâmetro operacional a montante para cada um dos intervalos de tempo da sequência de intervalos de tempo que minimiza, se a turbina a montante for operada de maneira correspondente, um efeito esteira na turbina a jusante durante o período de tempo previsto e sob as condições do vento previstas.

[0013] A estimativa de uma despesa de mudança de parâmetro indicativa de, ou incorrido por, uma mudança do valor de parâmetro operacional a montante atual para um primeiro valor de parâmetro operacional a montante da sequência de parâmetro operacional a montante candidata e opcionalmente indicativa de mais mudanças no valor de parâmetro na sequência de parâmetro operacional a montante candidata. A despesa de mudança de parâmetro pode incluir uma energia requerida para operar um motor de impulsão ou um outro acionador para mover de maneira incremental ou ajustar as peças da turbina tais como a nacela (ângulo de mudança de direção) ou as pás do rotor (ângulos de passo) de acordo com a mudança no parâmetro de operação, ou incluir um custo correspondente. A despesa de mudança de parâmetro pode ser respectiva do desgaste de componentes, incluindo os efeitos da fadiga, sofridos pelo motor de impulsão e/ou pelas peças móveis da turbina, e pode incluir especificamente o desgaste dos mancais de mudança de direção resultando dos momentos de carga mecânica devido à inércia, ao atrito e aos momentos de giro exercidos nos mancais de mudança de direção no caso de um rotor de turbina de mudança de direção. O desgaste de componentes pode incluir uma redução na energia gerada durante uma vida útil diminuída do motor de impulsão e/ou das peças móveis da turbina, ou incluir uma redução correspondente nos gastos. Alternativamente, a despesa pode incluir um custo para a manutenção ou a substituição prematura do motor de impulsão e/ou das peças móveis da turbina.

[0014] A estimativa da produtividade da fazenda eólica, ou rendimento, durante o período de tempo previsto se a turbina a montante for operada sob as condições do vento previstas com o valor de parâmetro operacional a montante atual ou de acordo com a sequência de parâmetro operacional a montante candidata, respectivamente. A produtividade inclui uma quantidade de gasto gerado ou correspondente de energia elétrica.

[0015] O cálculo de um ganho de produtividade da fazenda eólica como uma diferença entre a produtividade da fazenda eólica de acordo com a sequência de parâmetro operacional a montante candidata e a produtividade da fazenda eólica com o valor de parâmetro operacional a montante atual.

[0016] A operação da turbina a montante, em um primeiro interval de tempo da sequência de intervalos de tempo, de acordo com pelo menos um primeiro valor de parâmetro operacional a montante da sequência de parâmetro operacional a montante candidata se o ganho da produtividade exceder a despesa de mudança de parâmetro, e com o valor de parâmetro operacional a montante atual se a despesa de mudança do parâmetro exceder o ganho da produtividade.

[0017] Em uma modalidade preferida, o método leva em consideração um aumento nas cargas de fadiga da turbina a montante causado pelo desalinhamento do rotor da turbina com a direção do vento. Este último pode induzir uma variação de carga de azimute na turbina eólica a montante e uma tensão mecânica no rotor, o que afeta por sua vez a vida útil da turbina a montante. Especificamente, o método também compreende as etapas a seguir:

[0018] A estimativa de um efeito de fatiga da turbina eólica a montante se for operada de acordo com a sequência de parâmetro operacional a montante candidata e não com o valor de parâmetro operacional a montante atual, sob as condições do vento previstas durante o período de tempo previsto. O efeito de fadiga pode incluir uma redução na energia gerada durante uma vida útil da turbina, estimada, por exemplo, com base em dados históricos, ou incluir uma redução correspondente no gasto. Alternativamente, o efeito de fadiga pode incluir um custo para a manutenção ou a substituição prematura da turbina ou das partes rotativas da mesma. Um documento da autoria de Juelsgaard, M. et al. intitulado "Controle de Expedição de Fazenda Eólica Para Acompanhar a Demanda e Fadiga Minimizada", Power Plants and Power Systems Control, volume # 8 | parte # 1, páginas 381-386 (2012), DOI 10.3182/20120902-4-fr-2032.00068, divulga o modelo de fatiga exemplificadora em turbinas eólicas.

[0019] A operação da turbina a montante com base em um equilíbrio previsto que inclui o ganho da produtividade, a despesa de mudança de parâmetro e o efeito da fadiga. Especificamente, o efeito da fadiga pode ser subtraído da despesa de mudança, ou ser adicionado ao ganho da produtividade.

[0020] Em uma modalidade preferida, o período de tempo previsto tem uma extensão ou uma duração que excede bastante uma duração de uma operação do acionador para executar uma mudança típica no valor de parâmetro operacional a montante, e limitado por uma confiabilidade na condição do vento prevista. Com taxas de mudança do ângulo de mudança de direção de menos de um grau por segundo, a extensão do período de tempo previsto, portanto, é superior a dez segundos, de preferência entre um minuto e uma a três horas, com intervalos de tempo de um a cinco minutos. Deve ser compreendido que o efeito esteira, a despesa de mudança de parâmetro, o ganho da produtividade, e o efeito da fadiga podem todos ser avaliados, e integrados ou calculados em média de maneira apropriada, durante o período previsto, com um tamanho de intervalo ou etapa de tempo dependente da rudeza dos dados previstos da condição do vento.

[0021] Em um exemplo específico, a presente invenção considera o ângulo de mudança de direção como o parâmetro de operação a montante, e a turbina a montante é operada com um ângulo de mudança de direção yo sob as condições atuais do vento. Um controlador da fazenda eólica é adaptado para se comunicar com um controlador local na turbina a montante e configurado para receber as condições futuras do vento para uma janela de tempo predeterminada com base em um vento previsto para a fazenda eólica. O controlador da fazenda eólica também é adaptado para calcular um ângulo de mudança de direção yc para minimizar os efeitos de turbilhão da turbina na direção contrária ao vento sob as condições futuras do vento, e para determinar um custo para mudar o ângulo de mudança de direção de y0 para yC sob a consideração da participação do motor de impulsão, bem como os efeitos de desgaste e de fadiga na turbina a montante. O controlador da fazenda eólica é adaptado finalmente para calcular as produções de energia P0 e PC da fazenda eólica sob as condições futuras do vento no período de tempo predeterminado, supondo que a turbina a montante seja operada com os ângulos de mudança de direção y0 e yC, respectivamente, e ajustar o ângulo de mudança de direção para yC se o custo for mais baixo do que um lucro de um incremento de produção de energia PC - Po.

[0022] A presente invenção muda o método convencional de controle de uma fazenda eólica de várias maneiras. Embora os métodos existentes foquem na maior parte no controle do estado atual da operação, a presente invenção também propõe a sua extensão até o futuro próximo. Isso cobre as decisões feitas com base no futuro imediato, por exemplo, segundos ou minutos, mas também pode cobrir até uma hora e todas as durações do tempo intermediárias.

[0023] As predições do vento combinadas com os modelos de turbilhão podem prover uma entrada muito valiosa para o controle de uma fazenda eólica. Ao usar o conceito proposto, é possível decidir se um ângulo de mudança de direção deve ou não ser alterado e se tiver que mudar então por quantos graus. Essa decisão pode incluir facilmente aspectos econômicos ao levar em conta os custos de mudança do ângulo de mudança de direção de turbinas eólicas individuais à medida que os motores de impulsão se desgastam. Esses custos podem então ser comparados com o maior lucro obtido devido à produção de energia resultante e à diminuição na fadiga para a turbina eólica devido a um melhor alinhamento. Ao mesmo tempo, os turbilhões resultantes e a produção de energia possível em turbinas na direção contrária ao vento também podem ser analisados. Além disso, as formas dos turbilhões resultantes podem ser otimizadas a fim de aumentar ainda mais as capacidades de produção de energia e minimizar a fadiga resultante total.

[0024] A inclusão de durações de tempo permite que a abordagem de otimização integre os custos e os benefícios em relação ao tempo. Isto pode conduzir a uma decisão completamente diferente em comparação com o controle local puro. Desse modo, por exemplo, pode ser benéfico aceitar um desalinhamento da mudança de direção por algum tempo contanto que a perda na produção de energia e a fadiga aumentada como integrais em relação ao tempo não excedam o custo da mudança do ângulo de mudança de direção. Tal caso faz sentido especialmente se for conhecido a partir da previsão do vento que um estado precedente (com alinhamento de mudança de direção perfeito) irá tornar a suceder no tempo razoável e desse modo um desalinhamento temporário é permissível.

[0025] De acordo com um aspecto adicional, a presente invenção considera o uso da velocidade do vento e as predições da direção para escolher um método apropriado a fim de prover a fazenda eólica ou o objetivo do operador do vento mediante a modificação do passo, do torque e/ou do controle da mudança de direção, ou as combinações destes.

[0026] De acordo com um aspecto adicional, a presente invenção considera a integração de previsões de duração curto, por exemplo, de um segundo a um minuto, e de duração média, por exemplo, de um minuto a uma hora, para decidir pró-ativamente nas mudanças do ângulo de mudança de direção enquanto se leva em conta a compensação entre o custo/tempo de realizar a mudança proposta do ângulo de mudança de direção versus o benefício projetado de captura de energia e a diminuição correspondente nos efeitos da fadiga em todo o equipamento da fazenda eólica.

[0027] De acordo com um aspecto adicional, a presente invenção também considera a identificação dinâmica de erros do ângulo de mudança de direção e da decisão subsequente no que diz respeito à correção desses erros ao usar previsões do vento, com base no custo/tempo projetado de fazer isso versus o benefício da energia que será provido se o erro da mudança de direção for corrigido de fato.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0028] O objeto da invenção será explicado em mais detalhes no texto a seguir com referência às modalidades exemplificadoras preferidas que são ilustradas nos desenhos anexos, nos quais:

[0029] a Figura 1 mostra esquematicamente uma vista superior da configuração de turbilhão da fazenda eólica, onde (a) é antes da mudança de direção e (b) depois da mudança de direção, em que as turbinas 1 e 2 têm a direção alterada em (b) que conduz a uma diminuição na energia produzida pelas turbinas 1 e 2, mas um aumento na energia produzida pelas turbinas 3 a 6;

[0030] a Figura 2 ilustra as produções de energia das turbinas antes e depois da mudança de direção para a configuração da fazenda mostrada na Figura 1, onde a mudança de direção das turbinas 1 e 2 reduz a sua captura da energia, no entanto, também pode resultar nas turbinas na direção contrária ao vento ganhando energia devido ao 'sombreamento' reduzido tal como mostrado na Figura 1b;

[0031] a Figura 3 mostra esquematicamente como as tendências de energia total da fazenda, a energia das turbinas na direção do vento e na direção contrária ao vento como uma função da mudança dos ângulos de mudança de direção das turbinas na direção do vento 1 e 2;

[0032] a Figura 4 mostra as turbinas 3 e 4 sendo desligadas e desse modo não produzindo nenhum turbilhão que afete as turbinas 5 e 6, desse modo as turbinas 5 e 6 são afetadas somente pelos turbilhões produzidos pelas turbinas na direção do vento 1 e 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS

[0033] De acordo com uma modalidade exemplificadora, a presente invenção analisa as mudanças do vento e as previsões em uma mudança estável e de longa duração. Se a previsão do vento predisser as situações estáveis do vento para um período de tempo suficientemente longo e o custo de mudança do ângulo de mudança de direção for mais baixo do que o aumento correspondente na produção de energia e/ou na diminuição em cargas de fadiga, então faz sentido mudar o ângulo de mudança de direção em termos de economia. No entanto, se tais efeitos puderem ser observados somente por uns períodos de tempo mais curtos, a mudança de ângulos de mudança de direção pode não ser aconselhável.

[0034] Além disso, a mudança de direção pode até mesmo ser usado pré-ativamente de uma maneira tal que as mudanças antecipadas da direção e da velocidade do vento que o controle da fazenda eólica tem conhecimento (através de previsões do vento) pode conduzir a movimentos antecipados da mudança de direção. Isso se refere particularmente às mudanças lentas do ângulo de mudança de direção que estão ocorrendo atualmente (cerca de 8 graus por minuto).

[0035] De acordo com uma modalidade exemplificadora, a presente invenção analisa as mudanças do vento e as previsões em um efeito de curta duração. Se a previsão do vento predisser situações do vento para mudar somente por um período de tempo curto, o ângulo de mudança de direção não deve ser mudado (ao contrário do controle de passo/mudança de direção) uma vez que o tempo e os custos para as mudanças seriam demasiadamente grandes em comparação com o período curto de aumento da produção de energia da fazenda eólica integral.

[0036] De acordo com uma modalidade exemplificadora, a presente invenção analisa a mudança dos ângulos de mudança de direção das turbinas na direção do vento para reduzir o impacto dos turbilhões nas turbinas na direção contrária ao vento.

[0037] Tal como mostrado na Figura 1, o ângulo de mudança de direção das turbinas na direção do vento é alterado de maneira tal que os turbilhões não 'sombreiam' mais as áreas totais do rotor das turbinas na direção contrária ao vento. Isso reduz a produção de energia da turbina na direção do vento, mas aumenta a produção de energia nas turbinas na direção contrária ao vento devido ao impacto reduzido dos turbilhões. Isso pode conduzir potencialmente a uma produção de energia mais elevada para a fazenda eólica integral.

[0038] A Figura 2 mostra as produções de energia de várias turbinas eólicas em sequência para uma determinada velocidade e uma direção iniciais do vento e então para a versão otimizada da mudança de direção.

[0039] Na Figura 3, as produções de energia correspondentes e a soma são traçadas como uma função dos ângulos de mudança de direção das turbinas na direção do vento. Uma vez que a energia das turbinas na direção do vento diminui com os ângulos de mudança de direção e a energia na direção contrária ao vento das turbinas aumenta com os ângulos de mudança de direção, a energia total da fazenda passa por um valor máximo em consequência dessa compensação. Isso demonstra os benefícios que podem ser obtidos.

[0040] De acordo com uma modalidade exemplificadora, a presente invenção analisa a mudança dos ângulos de mudança de direção de turbinas na direção do vento para reduzir o impacto dos turbilhões nas turbinas na direção contrária ao vento. Tal como mostrado na Figura 4, quando algumas das turbinas são desligadas, por exemplo, a operação parada, elas não mais produzem turbilhões. Desse modo, as fileiras precedentes e a seguinte das turbinas têm menos limitações. Especialmente em condições baixas do vento, a geração de energia da fazenda eólica integral pode ser similar ao caso em que todas as turbinas são usadas, mas nessa configuração os efeitos do tempo da vida da instalação podem ser otimizados para as fileiras que não estão operando.

[0041] Em uma modalidade da presente invenção, a integração de previsões a curto prazo, por exemplo, de um segundo a um minuto, e a médio prazo, de 1 minuto a uma hora, para decidir pró-ativamente sobre o ângulo de mudança de direção muda enquanto é levada em conta para a compensação entre o custo/tempo de realizar a mudança proposta do ângulo de mudança de direção versus o benefício projetado de captura de energia e do aumento correspondente nos efeitos da fadiga em todo o equipamento de fazenda eólica.

[0042] O mesmo efeito de reduzir turbilhões entre as turbinas pode ser obtido pelo controle do passo, pelo controle do torque, ou pela escolha de toda ou qualquer combinação de controle da mudança de direção, controle do passo e controle do torque.

[0043] De acordo com uma outra modalidade, a presente invenção pode decidir se é vantajoso desligar temporariamente as turbinas selecionadas para obter economias de turbilhões similares.

[0044] De acordo com uma outra modalidade, supondo os ajustes para o controle de mudança de direção ótima, a presente invenção usa uma identificação dinâmica de erros do ângulo de mudança de direção e da decisão subsequente a respeito da correção desses erros usando previsões do vento, com base no custo/tempo projetado de fazer isso versus o benefício de energia que irá acarretar se o erro da mudança de direção for corrigido de fato.

[0045] De acordo com uma modalidade adicional, a presente invenção observa um estado estável, por exemplo, as condições constantes do vento, o sistema pode otimizar uma vez os ângulos de mudança de direção para que a fazenda eólica inteira otimize o objetivo do proprietário da fazenda eólica em questão. A otimização pode usar qualquer combinação de ângulos de mudança de direção, de controle do passo e de controle do torque.

[0046] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes nos desenhos e na descrição acima, tal descrição deve ser considerada ilustrativa ou exemplificadora e não restritiva. As variações as modalidades divulgadas podem ser compreendidas e efetuada pelos elementos versados na técnica e ao praticar a invenção, a partir de um estudo dos desenhos, da descrição e das concretizações anexas. Nas concretizações, a palavra "compreende" não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. O mero fato que determinadas elementos ou etapas são recitados em concretizações distintas não indica que uma combinação desses elementos ou etapas não pode ser usada com vantagem, especificamente, além da dependência real da concretização, qualquer outra combinação significativa de concretizações será considerada como divulgada.

[0047] As características do método de operação de uma fazenda eólica e do controlador da fazenda eólica tal como descrito no presente documento podem ser executadas por meio de componentes de hardware, firmware e/ou um dispositivo de computação que tem meios de processamento programados pelo software apropriado. Por exemplo, o controlador da fazenda eólica pode incluir qualquer processador de finalidades gerais ou circuito integrado conhecido, tal como uma unidade de processamento central (CPU), um microprocessador, um arranjo de portas programáveis de campo (FPGA), um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC), ou um outro dispositivo ou circuito processamento ou computação programável apropriado tal como desejado. O processador pode ser programado ou configurado para incluir e executar características das modalidades exemplificadoras da presente invenção, tal como um método de operação de uma fazenda eólica. As características podem ser executadas através de um código de programa ou de software codificado ou gravado no processador, ou armazenado em uma memória de não volátil acessível ao processador, tal como uma memória só de leitura (ROM), uma memória só de leitura programável apagável (EPROM), ou uma outra memória ou circuito apropriado tal como desejado. Em uma outra modalidade exemplificadora, o código de programa ou de software pode ser provido em um produto de programa de computador que tem um meio de gravação não transitório que pode ser lido por computador, tal como um drive de disco rígido, um drive de disco óptico, um drive de estado sólido, ou um outro dispositivo ou circuito de memória apropriado tal como desejado, o código de programa ou de software é transferível ou descarregável no processador para a execução quando o meio não transitório que pode ser lido computador é colocado em contato comunicável com o processador.

Claims

1. Método de operação de uma fazenda eólica com uma turbina a montante e uma turbina a jusante, caracterizado pelo fato de que a turbina a montante é operada com um valor de parâmetro atual de operação a montante sob as condições atuais do vento, o método compreende as etapas de: obter, para cada intervalo de tempo de uma sequência de intervalos de tempo de um período de tempo previsto, as condições do vento previstas na turbina eólica a montante e na turbina eólica a jusante, determinar uma sequência de parâmetro operacional a montante candidata a minimizar o efeito esteira na turbina a jusante sob as condições do vento previstas, estimar uma despesa de mudança de parâmetro indicativa de uma mudança do valor de parâmetro operacional atual a montante para um primeiro valor de parâmetro operacional a montante da sequência de parâmetro operacional a montante candidatacandidata, estimar a produtividade da fazenda eólica P0, PC durante o período de tempo de previsão se a turbina a montante for operada sob as condições do vento previstas com o valor de parâmetro operacional atual a montante ou de acordo com a sequência de parâmetro operacional a montante candidata, respectivamente, calcular um ganho de produtividade da fazenda eólica como uma diferença (PC - P0) entre a produtividade da fazenda eólica de acordo com a sequência de parâmetro operacional a montante candidata e a produtividade da fazenda eólica com o valor de parâmetro operacional atual a montante, e operar a turbina a montante com o valor de parâmetro operacional atual a montante se a despesa da mudança de parâmetro exceder o ganho da produtividade.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o efeito esteira, a despesa de mudança de parâmetro, o ganho da produtividade e/ou um efeito de fadiga serem avaliados em relação ao período de previsão.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o efeito esteira, a despesa de mudança de parâmetro, o ganho da produtividade e/ou a fadiga serem integrados ou avaliados em relação ao período de previsão, de preferência com um tamanho de intervalo ou etapa de tempo dependendo da rudeza dos dados previstos das condições do vento.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende estimar uma despesa da mudança de parâmetro que inclui uma energia consumida por um motor de impulsão para as peças móveis de turbina da turbina a montante, quando o motor de impulsão é operado de acordo com uma mudança no parâmetro de operação a montante do valor de parâmetro operacional atual a montante para um primeiro valor de parâmetro operacional a montante de uma sequência de parâmetros operacional a montante candidata.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende estimar uma despesa de mudança de parâmetro que inclui um desgaste de componente sofrido pelo motor de impulsão ou por peças móveis da turbina, quando o motor de impulsão é operado de acordo com uma mudança no parâmetro operacional a montante, do valor de parâmetro operacional a montante atual para um primeiro valor de parâmetro operacional a montante da sequência de parâmetro operacional a montante candidata.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que compreende estimar um efeito de fadiga da turbina eólica a montante se for operada de acordo com a sequência de parâmetro operacional a montante candidata em vez de com o valor de parâmetro operacional atual a montante sob as condições do vento previstas durante o período de previsão, e a operação da turbina a montante com base em um equilíbrio previsto que inclui a despesa da mudança de parâmetro, o ganho da produtividade e o efeito de fadiga.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que uma extensão do período de tempo de previsão é compreendido entre um minuto e três horas, de preferência entre três e cinco minutos.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de operação compreende um dentre um ângulo de mudança de direção indicativo de um alinhamento entre uma direção do vento na turbina a montante e um eixo do rotor da turbina a montante, um ângulo de passo indicativo de um alinhamento entre a direção do vento e uma orientação da pá do rotor, um torque do gerador ou uma velocidade do rotor.

9. Controlador para operar uma fazenda eólica compreendendo uma turbina a montante e uma turbina a jusante, caracterizado pelo fato de que a turbina a montante é operada com um ângulo de mudança de direção yo sob condições atuais do vento, sendo que o controlador é configurado para receber as condições futuras do vento por um período de tempo predeterminado baseado em um previsão de vento para a fazenda eólica, calcular um ângulo de mudança de direção yC para minimizar o efeito esteira na turbina a jusante sob as condições futuras do vento, determinar um custo para mudar o ângulo de mudança de direção de yo para ye, calcular as produções de energia P0 e PC da fazenda eólica sob as condições futuras do vento no período de tempo predeterminado, supondo que a turbina a montante está sendo operada com o ângulo de mudança de direção y0 e ye, respectivamente,ajustar o ângulo de mudança de direção em ye se o custo for mais baixo do que um lucro de um incremento da produção de energia Pe - Po.

10. eontrolador de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito controlador é ainda configurado para determinar um custo para mudar o ângulo de mudança de direção de yo para ye, sob consideração do envolvimento do motor de impulsão.

11. eontrolador de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 1o, caracterizado pelo fato de que o dito controlador ainda é configurado para determinar um custo para os efeitos de desgaste e fadiga na turbina a montante.

12. eontrolador de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o dito controlador ainda ser configurado para avaliar o efeito esteira, a despesa de mudança de parâmetro, o ganho da produtividade e/ou um efeito de fadiga em relação ao período de previsão.

13. eontrolador de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dito controlador ainda é configurado para integrar ou avaliar o efeito esteira, a despesa de mudança de parâmetro, o ganho da produtividade e/ou um efeito de fadiga em relação ao período de previsão, de preferência com um intervalo de tempo ou medida de etapa dependendo da rudeza dos dados de previsão das condições do vento.