ES2280770T3 - Sistema de control redundante de paso de pala para turbina de viento. - Google Patents

Abstract

Sistema de paso de pala para una turbina eólica que comprende al menos un impulsor de paso de pala (20, 21, 22) para cambiar un ángulo de paso de la pala del rotor, al menos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6'') para controlar dicho impulsor de paso de pala (20, 21, 22) para ajustar dicho ángulo de paso de la pala del rotor, y al menos una unidad conmutadora (10) para conectar dicho impulsor de paso de pala (20, 21, 22) con cada uno de dichos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6'').

Description

Sistema de control redundante de paso de pala para turbina de viento.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a una turbina eólica y en particular a un sistema de paso de pala de una turbina eólica.

Antecedentes de la invención

Las turbinas eólicas se usan habitualmente para convertir la energía cinética de una corriente de aire en energía eléctrica. Una pieza esencial de una turbina eólica es el rotor con sus palas del rotor, que captura la energía cinética y la convierte en energía rotacional. La eficacia de admisión de energía cinética depende principalmente del perfil aerodinámico y el ángulo de paso de las palas del rotor. Para ajustar el ángulo de paso, las palas del rotor, que están montadas de manera rotatoria al cubo del rotor por un rodamiento de paso, pueden girar alrededor de su eje longitudinal usando un impulsor de paso (por ejemplo, documento US-A-4 348 155).

A velocidades muy altas del viento, la potencia capturada del viento por el rotor puede sobrepasar los límites establecidos por la resistencia estructural de la turbina eólica. Adicionalmente, la potencia máxima permisible del generador constituye un límite para la potencia de salida del rotor. Además, variar la velocidad del viento conduce a una rotación no uniforme del rotor y crea de esta manera una carga no uniforme adicional. Por lo tanto, se desea controlar constantemente la captura de potencia del rotor y mantener el rotor a una velocidad rotacional uniforme. Además, la manera más eficaz es el ajuste mecánico del ángulo de paso de las palas del rotor. En general, las palas del rotor giran con la ayuda de impulsores de paso controlados activamente. Típicamente, cada pala del rotor tiene su propio impulsor de paso para permitir un ajuste individual del ángulo de paso. En consecuencia, para controlar los impulsores de paso, se asigna un módulo de control de potencia diferente a cada impulsor de paso.

El despliegue de un sistema de control de paso de una pala esbozado en la medida en que permita una reacción instantánea a las condiciones de viento variable, incluso durante una ráfaga de viento. El funcionamiento apropiado del sistema de control de paso de una pala es esencial para el funcionamiento seguro de una turbina eólica. Por lo tanto, un deseo es asegurar un control constante y fiable.

Breve descripción de la invención

Este objeto se consigue mediante un sistema de paso de pala para una turbina eólica que incluye al menos un impulsor de paso de pala para cambiar el ángulo de paso de la pala del rotor; al menos dos módulos de control de potencia para controlar el impulsor de paso de pala para ajustar dicho ángulo de paso de la pala del rotor; y al menos una unidad conmutadora para conectar el impulsor de paso de pala con cada uno de los dos módulos de control de potencia.

En el caso de un funcionamiento erróneo o fallo de un módulo de control de potencia, el impulsor de paso de pala puede desconectarse de este módulo de control de potencia y conectarse a otro módulo de control de potencia. Para excluir cualquier interferencia, el impulsor de paso de pala se conecta a cualquiera de los al menos dos módulos de control de potencia al mismo tiempo. Por lo tanto, dicha unidad conmutadora permite una conexión alternativa entre dicho impulsor de paso de pala y cada uno de dichos dos módulos de control de potencia.

El sistema de paso de pala de la invención puede usarse para turbinas eólicas controladas por pérdida de sustentación activa así como para turbinas eólicas controladas por paso de pala. Las turbinas eólicas controladas por pérdida de sustentación activa aumentan el ángulo de ataque de la corriente de aire resultante sobre las palas del rotor para conseguir un estado aerodinámico de pérdida de sustentación. Esto hace disminuir la propulsión aerodinámica sobre las palas del rotor y por lo tanto hace disminuir la potencia que sale de la turbina eólica. Por otro lado, una turbina eólica controlada por paso de pala reduce la captura de potencia reduciendo el ángulo de ataque de la pala del rotor de la corriente de aire resultante sobre las palas. Esto reduce también la propulsión aerodinámica, pero sin crear un estado de pérdida de sustentación. Sin embargo, ambos procedimientos de control requieren un control del ángulo de ataque, que puede conseguirse girando las palas del rotor o partes de las mismas alrededor de su eje longitudinal.

La invención proporciona un sistema de paso de pala fiable para una pala que permite una reacción instantánea a cualquier funcionamiento erróneo de los módulos de control de potencia. En caso de funcionamiento erróneo de un módulo de control de potencia el sistema de paso de pala de la invención permite diferentes modos principales de funcionamiento.

En un primer modo operativo, se proporciona una conexión entre el impulsor de paso de pala cuyo módulo de control de potencia está fallando y un módulo de control de potencia de reserva mediante la unidad conmutadora. Este modo permite un funcionamiento normal en curso de la turbina eólica sin una parada. El módulo de control de potencia que funciona erróneamente puede repararse en la siguiente sesión de mantenimiento. Para funcionar de este modo, se necesita un módulo de control de potencia de reserva u opcional.

En contraste con esto, si el sistema de control de paso no incluye un módulo de control de potencia de reserva o si el módulo de control de potencia de reserva ya está en uso, la turbina eólica puede apagarse de forma segura haciendo funcionar el sistema de control de paso en un segundo modo. En caso de funcionamiento erróneo de un módulo de control de potencia, las otras palas del rotor de la turbina eólica, cuyos módulos de control de potencia aún funcionan, se llevan a una posición de estacionamiento. Dentro del alcance de la invención, una posición de estacionamiento de una pala del rotor se define como una posición en la que la pala del rotor ya no captura más energía de la corriente de aire o en la que la captura de energía se reduce drásticamente. Las palas del rotor se pondrán en una posición de estacionamiento independientemente de si la turbina está controlada por pérdida de sustentación activa o por paso de pala.

En una etapa anterior, la pala del rotor cuyo módulo de control de potencia está funcionando erróneamente se lleva también a una posición de estacionamiento. Para este fin, el módulo de control de potencia que funciona erróneamente se sustituye por uno de los módulos de control de potencia intactos cambiando entre estos dos módulos de control de potencia. Funcionando de este modo, el ángulo de paso de cada pala del rotor puede ajustarse sucesivamente a una posición de estacionamiento para apagar la turbina eólica. Incluso si sólo un módulo de control de potencia está operativo todavía y todos los demás están averiados, aún es posible una parada de emergencia. Aunque este modo de funcionamiento no permite un funcionamiento continuo de la turbina eólica, pueden evitarse averías de la turbina eólica mediante un apagado fiable, rápido y seguro.

Los modos operativos mencionados anteriormente pueden describirse de manera más general como un procedimiento para hacer funcionar una turbina eólica, la turbina eólica incluye al menos un impulsor de paso de pala para cambiar un ángulo de paso de la pala del rotor, al menos dos módulos de control de potencia para controlar el impulsor de paso de pala para ajustar el ángulo de paso de la pala del rotor, y al menos una unidad conmutadora para conectar alternativamente el impulsor de paso de pala con cada uno de los dos módulos de control de potencia, incluyendo el procedimiento las etapas de:

a) controlar el módulo de control de potencia que está conectado actualmente con el impulsor de paso de pala para detectar un funcionamiento erróneo del módulo de control de potencia,

b) si se detecta un funcionamiento erróneo entonces desconectar el módulo de control de potencia que funciona erróneamente del impulsor de paso de pala y conectar el impulsor de paso de pala con los otros dos módulos de control de potencia mediante la unidad conmutadora.

Además, el modo de parada de emergencia puede describirse como un procedimiento para la parada de emergencia para una turbina eólica, la turbina eólica incluye al menos dos palas de rotor, al menos dos impulsores de paso de pala para cambiar independientemente el ángulo de paso de las dos palas de rotor, al menos dos módulos de control de potencia para controlar los dos impulsores de paso de pala para ajustar los ángulos de paso, y al menos una unidad conmutadora para conectar alternativamente cualquiera de los dos módulos de control de potencia con cualquiera de los dos impulsores de paso de pala, incluyendo el procedimiento las etapas de:

a) controlar los dos módulos de control de potencia para detectar un funcionamiento erróneo de los dos módulos de control de potencia,

b) si se detecta un funcionamiento erróneo de uno de los dos módulos de control de potencia entonces

b1)

ajustar el ángulo de paso de esta pala del rotor que tiene un módulo de control de potencia en funcionamiento a una posición de estacionamiento,

b2)

conectar el módulo de control de potencia en funcionamiento con este impulsor de paso de pala cuyo módulo de control de potencia está funcionando erróneamente mediante la unidad conmutadora, y

b3)

ajustar el ángulo de paso de la otra pala del rotor a una posición de estacionamiento.

En otro aspecto más de la invención, el sistema de paso de pala incluye n impulsores de paso de pala y al menos n módulos de control de potencia, donde n es un número natural mayor de 1, y los n módulos de control de potencia están conectados con los n impulsores de paso de pala mediante la unidad conmutadora. Típicamente, n es igual al número de palas del rotor de la turbina eólica. De nuevo, la unidad conmutadora proporciona una conexión entre cualquiera de los n módulos de control de potencia y cualquiera de los n impulsores de paso de pala. En una realización particular, el sistema de paso de pala incluye además de los n módulos de control de potencia al menos otro módulo de control de potencia, y la unidad conmutadora permite una conexión del módulo de control de potencia adicional con cada uno de los n impulsores de paso de pala. El módulo de control de potencia adicional es típicamente el módulo de control de potencia de reserva u opcional.

Para controlar la unidad conmutadora y controlar los módulos de control de potencia el sistema de control de paso de una pala puede incluir una unidad de gestión.

Breve descripción de los dibujos

Una descripción completa y habilitante de la presente invención, que incluye el mejor modo de la misma, para un especialista habitual en la técnica, se muestra más particularmente en el resto de la memoria descriptiva, que incluye referencia a las figuras adjuntas en las que:

Las Figuras 1 y 2 muestran realizaciones que incluyen impulsores de paso de pala con un motor CA trifásico;

Las Figuras 3 y 4 muestran realizaciones que incluyen impulsores de paso de pala con un motor CC; y

La Figura 5 muestra el despliegue de una turbina eólica.

Descripción detallada

Ahora se hará referencia en detalle a las diversas realizaciones de la invención, ilustrándose en los dibujos uno o más ejemplos de la misma. En las Figuras y en la descripción que las sigue, los números de referencia similares se refieren a elementos similares. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, y no significa una limitación de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización pueden usarse en o junto con otras realizaciones para producir otra realización adicional. Se pretende que la presente invención incluya dichas modificaciones y variaciones. Para describir la invención con más detalle, se hace referencia principalmente al procedimiento de control del paso de pala debido al hecho de que la mayor parte de las turbinas eólicas actuales funcionan usando este procedimiento. Sin embargo, el sistema de paso de pala de la invención puede usarse también para regulación por pérdida de sustentación activa.

La Figura 1 muestra un sistema de paso de pala para una turbina eólica de tres palas del rotor. Sin embargo, el sistema puede modificarse a cualquier número de palas del rotor. Cada pala del rotor está equipada con un impulsor de paso de pala 20, 21, 22 diferente. Típicamente, un impulsor de paso de pala incluye un motor eléctrico acoplado con un engranaje de piñón de transmisión mediante un reductor de marchas. El reductor de marchas aumenta el par motor proporcionado por el motor eléctrico y reduce la velocidad rotacional. El engranaje de piñón de transmisión se engrana con un engranaje principal que se une rígidamente a la pala del rotor. En esta realización particular, los motores CA trifásicos 40, 41, 42 se usan como motores eléctricos para cada impulsor de paso de pala. Sin embargo, el concepto de la invención no se restringe a motores CA trifásicos o a cualquier tipo específico de sistema de engranajes sino que puede extenderse a cualquier transmisión eléctrica que pueda usarse como impulsor de paso de pala o a cualquier otro sistema de engranajes que pueda usarse.

Para accionar los motores eléctricos, se asignan módulos de control de potencia 60, 61, 62 a cada uno de los motores eléctricos 40, 41, 42. Estos tres módulos de control de potencia controlan los motores eléctricos 40, 41, 42 y, por lo tanto, los impulsores de paso de pala 20, 21, 22.

Si dicho sistema o incluso sólo un impulsor de paso de pala o módulo de control de potencia falla, el rotor puede capturar demasiada energía de la corriente de aire y, por lo tanto, girar incontroladamente, lo que puede poner en peligro la estabilidad de toda la turbina eólica. En particular, los módulos de control de potencia están sometidos a fallo por ejemplo por una huelga relámpago. Si un módulo de control de potencia de una pala del rotor funciona erróneamente, ya no es posible nunca más un ajuste en curso del ángulo de paso de esta pala del rotor y esto dará como resultado un ángulo de paso fijo. Como la captura de potencia depende del ángulo de paso, cada pala del rotor experimenta una fuerza diferente. En el peor de los casos, la pala del rotor descontrolada se sobrecarga y desestabiliza toda la turbina eólica.

Por lo tanto, para mejorar la fiabilidad añadiendo redundancia, el impulsor de paso de pala puede incluir un módulo de control de potencia de reserva u opcional 6' para el caso de un funcionamiento erróneo de cualquiera de los módulos de control de potencia que funcionan actualmente. La conexión eléctrica entre los tres módulos de control de potencia 60, 61, 62 y los motores eléctricos 40, 41, 42 de los impulsores de paso de pala se proporciona mediante una unidad conmutadora 10. En esta realización particular es posible cualquier conexión alternativa entre los módulos de control de potencia 60, 61, 62 incluyendo el módulo de control de potencia de reserva 6' y los impulsores de paso de pala 20, 21, 22. Para eliminar la posibilidad de interferencia entre los módulos de control de potencia, sólo puede establecerse una conexión entre un impulsor de paso de pala y un módulo de control de potencia a la vez. Para ello, la unidad conmutadora 10 incluye interruptores de cambio 50a, 50b, 50c, 51a, 51b, 51c, 52a, 52b, 52c para cada impulsor de paso de pala. Cada uno de los interruptores de cambio tiene dos entradas y sólo una salida y puede proporcionar sólo una conexión alternativa entre sus dos entradas y su salida. Las entradas de los interruptores de cambio 50b, 50c, 51b, 51c, 52b, 52c están conectadas con los tres módulos de control de potencia 60, 61, 62, y el módulo de control de potencia de reserva 6', respectivamente, mientras que las salidas de estos interruptores de cambio están conectadas con las entradas de los interruptores de cambio 51 a, 51 a, 52a.

Únicamente para simplificar, la conexión entre los módulos de control de potencia y los impulsores de paso de pala se indican como una única línea. Sin embargo, se sabe que los motores CA trifásicos necesitan 3 fases diferentes que están indicadas en las Figuras mediante tres diagonales oblicuas sobre las líneas de conexión. En consecuencia, cada interruptor de cambio incluye tres interruptores diferentes para cada fase.

Para controlar los motores CA de los impulsores de paso de pala cada módulo de control de potencia incluye conversores de frecuencia 70, 71, 72, 7' para convertir una corriente CC en una corriente CA. Los módulos de control de potencia pueden incluir micro controladores 80, 81, 82, 8' (como se muestra por ejemplo en la Figura 3) así como controlar los conversores de frecuencia. Usando los conversores de frecuencia, puede controlarse la velocidad rotacional y la dirección de la rotación de los motores CA para ajustar el ángulo de paso de las palas del rotor.

La corriente CC está proporcionada por el rectificador 12 que rectifica la corriente CA obtenida de una red de energía. El número de referencia 14 se refiere a anillos colectores que establecen la conexión eléctrica entre el rotor y la góndola de la turbina eólica. Más detalles del despliegue principal de una turbina eólica se describen junto con la Figura 5 a continuación. En este punto, debe observarse que el sistema de paso de pala se aloja típicamente dentro del eje del rotor giratorio.

El sistema de paso de pala puede incluir un rectificador opcional o de reserva 12' si el rectificador 12 falla. En este caso, una unidad conmutadora 16 opcional proporciona la conexión entre cualquiera de los dos rectificadores y los módulos de control de potencia. Una unidad central de gestión 18 para hacer funcionar el sistema de paso de pala controla las unidades conmutadoras 10, 16 y supervisa los módulos de control de potencia. Para hacer funcionar la turbina eólica, por ejemplo en el caso de perder la conexión con la compañía eléctrica o con la red de energía, un suministro local de CC está conectado a los módulos de control de potencia. El suministro local de CC puede incluir acumuladores y/o capacitores, en particular capacitores de doble capa.

El funcionamiento del sistema de paso de pala de la invención se describe junto con la Figura 1. Se supone que los módulos de control de potencia 70, 71, 72 están funcionando apropiadamente y que cada módulo de control de potencia está conectado a un impulsor de paso de pala mediante la unidad conmutadora. Para simplificar, el módulo de control de potencia 70 se conectará al impulsor de paso de pala 20, el módulo de control de potencia 71 al impulsor de paso de pala 21, y el módulo de control de potencia 72 al impulsor de paso de pala 22, respectivamente. Los módulos de control de potencia son supervisados por la unidad de gestión 18 para detectar cualquier funcionamiento erróneo. Si uno de los tres módulos de control de potencia en funcionamiento falla, por ejemplo por una huelga relámpago, la unidad de gestión decide cómo manejar este suceso. Como el ángulo de paso de las palas del rotor debe ser ajustable en todo momento por razones de seguridad, la turbina eólica debe apagarse o el módulo de control de potencia que funciona erróneamente debe sustituirse por un módulo de control de potencia totalmente funcional.

En el caso de que el módulo de control de potencia falle o funcione erróneamente de cualquier manera, se desconecta de su impulsor de paso de pala asignado y este impulsor de paso de pala se conectará al módulo de control de potencia de reserva 6' mediante la unidad conmutadora 10. Para este modo operativo, que proporciona la mejor flexibilidad, el sistema de paso de pala incluye un módulo de control de potencia de reserva. La sustitución del módulo de control de potencia averiado por el módulo de control de potencia de reserva 6' permite que continúe el funcionamiento de la turbina eólica. No se requiere una parada de emergencia. Esto permite una reducción del coste de propiedad y reduce el tiempo improductivo. El módulo de control de potencia averiado puede repararse en la siguiente visita de mantenimiento o servicio. Para indicar la necesidad de mantenimiento, la unidad de gestión 18 puede transmitir un informe a una unidad de servicio externa.

En el caso de que el módulo de control de potencia de reserva no esté presente o ya se esté usando, aún sigue siendo posible un apagado seguro de la turbina eólica. Cuando el funcionamiento erróneo del módulo de control de potencia 60 es detectado por la unidad de gestión 18, los otros módulos de control de potencia 61, 62 en funcionamiento están controlados por la unidad de gestión 18 para ajustar el ángulo de paso de sus impulsores de paso de pala 21, 22 asignados a una posición de estacionamiento (en bandolera). En una posición en bandolera, se hace girar al borde conductor de una pala del rotor hacia la dirección del viento. En una etapa posterior, uno de los módulos de control de potencia en funcionamiento, por ejemplo el módulo de control de potencia 62, está conectado mediante la unidad conmutadora 10 al impulsor de paso de pala 40 y el módulo de control de potencia averiado 60. Después de conectar el impulsor de paso de pala 40 al módulo de control de potencia 62 la última pala del rotor se lleva también a una posición de estacionamiento. Este modo operativo permite un apagado rápido y seguro de la turbina eólica si ya no están disponibles suficientes módulos de control de potencia en funcionamiento. Incluso en un caso muy improbable de que sólo un módulo de control de potencia sea aún totalmente funcional, aún es posible un apagado seguro y fiable. Para ello, el último módulo de control de potencia totalmente funcional se conecta sucesivamente mediante la unidad conmutadora 10 con cada impulsor de paso de pala para llevar a todas las palas del rotor a una posición de estacionamiento sucesivamente.

Puede implementarse aún otro modo operativo más en sistemas en los que el número de impulsores de paso de pala y el de módulos de control de potencia es el mismo. Cada impulsor de paso de pala está conectado a al menos un módulo de control de potencia adicional que, en el modo de funcionamiento normal, ya controla otro impulsor de paso de pala. De esta manera, un módulo de control de potencia controla dos impulsores de paso de pala al mismo tiempo y está conectado, por lo tanto, con dos impulsores de paso de pala mediante la unidad conmutadora 10. El impulsor de paso de pala cuyo módulo de control de potencia asignado principalmente falla está conectado al módulo de control de potencia adicional operativo de otro impulsor de paso de pala. Como los módulos de control de potencia controlan la potencia eléctrica consumida por el sistema de paso de palas, es ventajoso para este modo operativo que los módulos de control de potencia se dimensionen adecuadamente para evitar la sobrecarga si dos impulsores de paso de pala se asignan a un módulo de control de potencia.

Una realización alternativa que incluye motores CA trifásicos se muestra en la Figura 2. El despliegue principal se parece a la de la Figura 1 con la excepción de que la unidad conmutadora 10 permite una conexión alternativa entre un impulsor de paso de pala y cualquiera de los módulos de control de potencia asignados o el módulo de control de potencia de reserva. El módulo de control de potencia de reserva 6' aquí es obligatorio. Si un módulo de control de potencia falla se sustituirá por el módulo de control de potencia de reserva 6' cambiando entre el módulo de control de potencia averiado y el de reserva permitiendo de esta manera una operación en curso de la turbina eólica. Además de esto, la unidad de gestión puede transmitir un mensaje a una unidad de servicio externa para informar del funcionamiento erróneo del módulo de control de potencia.

Se describe otra realización junto con la Figura 3 que muestra un sistema de paso de pala que incluye impulsores de paso de pala con motores CC. Como el control de los motores CC difiere del de los motores CA, los módulos de control de potencia correspondientes están equipados con controladores de tiristor 80, 81, 82, 8', respectivamente. La característica básica de un controlador de tiristor es su capacidad de cambiar entre un estado CONECTADO de baja impedancia y un estado DESCONECTADO de alta impedancia. Esta característica permite un control fácil de la potencia CC aplicada a los motores CC. Opcionalmente, pueden usarse los controladores IGBT o Power MOSFET en lugar de los controladores de tiristor para controlar los motores CC. Como la instalación o red de energía típicamente proporciona una tensión CA trifásica, los módulos de control de potencia incluyen rectificadores para convertir la tensión CA en CC. Únicamente para simplificar, la conexión entre los módulos de control de potencia y los impulsores de paso de pala están indicados como una única línea. Sin embargo, se sabe que los motores CC necesitan 2 fases diferentes que están indicadas mediante dos diagonales oblicuas sobre las líneas de conexión. En consecuencia, cada interruptor de cambio incluye dos interruptores diferentes para cada fase. Los otros componentes son fundamentalmente iguales a los del despliegue ya descrita junto con la Figura 1.

Debido al despliegue similar, el sistema de paso de pala de la Figura 3 permite los mismos modos operativos que el sistema de paso de pala de la Figura 1. En el caso de un funcionamiento erróneo de uno de los controladores de tiristor 80, 81, 82, el controlador de tiristor de reserva 8' está conectado mediante la unidad conmutadora 10 al impulsor de paso de pala cuyo módulo de control de potencia está fallando. Como alternativa, es posible una parada de emergencia como ya se ha descrito junto con la Figura 1 si no se proporciona un módulo de control de potencia de reserva de acuerdo con la presente invención.

La realización de la Figura 4 es el equivalente a la realización de la Figura 2 para motores CC. De nuevo, se proporcionan los mismos modos operativos que los descritos al observar la Figura 2 de acuerdo con la presente invención.

La Figura 5 muestra una turbina eólica típica de transmisión con rotor de tres palas, que puede utilizar el sistema de paso de pala de la invención de acuerdo con la presente invención. Sin embargo, el sistema de paso de pala puede integrarse a cualquier turbina eólica con ángulo de paso controlado activamente. La turbina eólica incluye una góndola 102 montada sobre una torre 100 soportada por unos cimientos 128. La góndola 102 aloja un tren de transmisión para transmitir la rotación de un rotor 106 a un árbol de transmisión 118 de un generador 114. El tren de transmisión incluye un árbol del rotor 104 que conecta el rotor 106 a una caja de cambios 112 para aumentar la rotación del árbol de transmisión 118 del generador 114. El árbol de transmisión 118 a menudo se denomina árbol de alta velocidad y el árbol del rotor 104 se conoce como el árbol de baja velocidad. El árbol del rotor 104 está conectado al eje del rotor 108, que generalmente soporta tres palas del rotor 110. La caja de cambios puede omitirse opcionalmente uniendo directamente el rotor 106 al generador 114. Esta configuración se conoce como un generador de transmisión directa. El generador 114 suministra la energía eléctrica generada a la red de energía a través de cables de energía eléctrica 124 con una conexión de red 126 que usa dispositivos de potencia eléctrica tales como un conversor y/o transformador de frecuencia. También es posible que la energía eléctrica sea consumida directamente por los consumidores sin ser suministrada a una red de energía pública.

Cuando una corriente de aire 116 entrante hace girar el rotor 106, la energía cinética del viento se convierte en energía rotacional del rotor 106 y es transmitida por el tren de transmisión al generador, que finalmente convierte la energía rotacional en energía eléctrica.

La eficacia de una turbina eólica depende de muchos parámetros que incluyen la orientación de la góndola, o más específicamente la localización del plano del rotor con respecto a la dirección de la corriente de aire. Esto se controla típicamente mediante una transmisión de guiñada 122 o una transmisión azimutal, que orienta la góndola hacia el viento. En las turbinas eólicas modernas los componentes eléctricos y mecánicos forman una transmisión de guiñada. Más específicamente, un motor de transmisión de alta velocidad eléctrico se acopla mediante un reductor de marchas que tiene un engranaje de piñón de transmisión que engrana un engranaje principal. Habitualmente el motor de transmisión eléctrica, el reductor de marchas, y el engranaje de piñón de transmisión se montan sobre la placa base 120 de la góndola mientras que el engranaje principal se fija a la torre 100. Para controlar la transmisión de guiñada se usa un detector de medida del viento, que puede medir la dirección del viento.

Una configuración similar se aplica a un impulsor de paso de pala 107 para ajustar el ángulo de paso de cada una de las palas del rotor 106. Esto afecta también drásticamente a la eficacia de la turbina eólica.

Para la turbina eólica de tres palas del rotor como se ha descrito, el sistema de paso de pala incluye tres impulsores de paso de pala y tres módulos de control de potencia y puede incluir uno o más módulos de control de potencia opcionales o de reserva. Típicamente, los módulos de control de potencia se disponen dentro del eje cerca de los impulsores de paso de pala. Como una conexión eléctrica 'normal' entre la góndola 102 y el rotor 106 con cables de energía eléctrica no es posible debido a la rotación del rotor 106, se usan anillos colectores 14. Típicamente, se alinean axialmente respecto al árbol de transmisión 104.

Habiendo descrito así la invención en detalle, debe resultar evidente que pueden realizarse diversas modificaciones en la presente invención sin alejarse del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Lista de números de referencia

10

unidad conmutadora

12, 12'

rectificadores

14

anillos colectores

16

unidad conmutadora opcional

18

unidad de gestión

20, 21, 22

impulsores de paso de pala

40, 41, 42

motores CA trifásicos

50a, 50b, 50c, 51a, 51b,

interruptores de cambio

51c, 52a, 52b, 52c

60, 61, 62, 6'

módulos de control de potencia

70, 71, 72, 7'

conversores de frecuencia

80, 81, 82, 8'

micro controladores

90, 91, 92, 9'

controladores de tiristor

100

torre

102

góndola

104

árbol del rotor

106

rotor

107

impulsor de paso

108

eje

110

palas del rotor

112

caja de cambios

114

generador

116

corriente de aire

118

árbol de transmisión del generador

120

placa base de la góndola 102

122

transmisión de guiñada

124

cables de energía eléctrica

126

conexión de red

128

cimientos

Claims (10)

1. Sistema de paso de pala para una turbina eólica que comprende

al menos un impulsor de paso de pala (20, 21, 22) para cambiar un ángulo de paso de la pala del rotor,

al menos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6') para controlar dicho impulsor de paso de pala (20, 21, 22) para ajustar dicho ángulo de paso de la pala del rotor, y

al menos una unidad conmutadora (10) para conectar dicho impulsor de paso de pala (20, 21, 22) con cada uno de dichos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6').

2. Sistema de paso de pala de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque

dicha unidad conmutadora (10) permite una conexión alternativa entre dicho impulsor de paso de pala (20, 21, 22) y cada uno de dichos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6').

3. Sistema de paso de pala de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,

caracterizado porque

dicho sistema de paso de pala comprende n impulsores de paso de pala (20, 21, 22) y al menos n módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6'), donde n es un número natural mayor de 1, y

dichos n módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6') están conectadas con dichos n impulsores de paso de pala (20, 21, 22) mediante dicha unidad conmutadora (10).

4. Sistema de paso de pala de acuerdo con la reivindicación 3,

caracterizado porque

dicha unidad conmutadora (10) permite una conexión de cualquiera de dichos n módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6') con cualquiera de dichos n impulsores de paso de pala (20, 21, 22).

5. Sistema de paso de pala de acuerdo con la reivindicación 3 o 4,

caracterizado porque

dicho sistema de paso de pala comprende además de dichos n módulos de control de potencia al menos otro módulo de control de potencia (6'), y

dicha unidad conmutadora permite una conexión de dicho módulo de control de potencia (6') adicional con cada uno de dichos n impulsores de paso de pala (20, 21, 22).

6. Sistema de paso de pala de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

dicho sistema de paso de pala comprende al menos dos rectificadores (12, 12') y una unidad conmutadora (16) opcional para conectar dichos rectificadores (12, 12') con dichos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6').

7. Sistema de paso de pala de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

dicho sistema de paso de pala comprende adicionalmente una unidad de gestión (18) para controlar dicha unidad conmutadora y/o dicha unidad conmutadora opcional.

8. Procedimiento para hacer funcionar una turbina eólica, comprendiendo dicha turbina eólica

al menos un impulsor de paso de pala (20, 21, 22) para cambiar un ángulo de paso de la pala del rotor,

al menos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6') para controlar dicho impulsor de paso de pala (20, 21, 22) para ajustar dicho ángulo de paso de la pala del rotor, y

al menos una unidad conmutadora (10) para conectar alternativamente dicho impulsor de paso de pala (20, 21, 22) con cada uno de dichos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6'),

comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a) controlar el módulo de control de potencia que está conectado actualmente con dicho impulsor de paso de pala para detectar un funcionamiento erróneo de dicho módulo de control de potencia,

b) si se detecta un funcionamiento erróneo entonces desconectar dicho módulo de control de potencia que funciona erróneamente de dicho impulsor de paso de pala y conectar dicho impulsor de paso de pala con el otro de dichos dos módulos de control de potencia mediante dicha unidad conmutadora.

9. Procedimiento de parada de emergencia para una turbina eólica, comprendiendo dicha turbina eólica al menos dos palas de rotor,

al menos dos impulsores de paso de pala (20, 21, 22) para cambiar independientemente el ángulo de paso de dichas dos palas de rotor,

al menos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6') para controlar dichos dos impulsores de paso de pala (20, 21, 22) para ajustar dichos ángulos de paso, y

al menos una unidad conmutadora (10) para conectar alternativamente cualquiera de dichos dos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6') con cualquiera de dichos dos impulsores de paso de pala (20, 21, 22),

comprendiendo el procedimiento las etapas de:

a) controlar dichos dos módulos de control de potencia para detectar un funcionamiento erróneo de dichos dos módulos de control de potencia,

b) si se detecta un funcionamiento erróneo de uno de dichos dos módulos de control de potencia entonces

b1)

ajustar el ángulo de paso de la pala del rotor que tiene un módulo de control de potencia en funcionamiento a una posición de estacionamiento,

b2)

conectar el módulo de control de potencia en funcionamiento con el impulsor de paso de pala cuyo módulo de control de potencia está funcionando erróneamente mediante dicha unidad conmutadora, y

b3)

ajustar el ángulo de paso de la otra pala del rotor a una posición de estacionamiento.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 o 9,

caracterizado porque

dicha turbina eólica comprende adicionalmente una unidad de gestión (18) para controlar dicha unidad conmutadora (10) y para controlar dichos módulos de control de potencia (60, 61, 62, 6').