ES2355804T3 - Turbina eólica de eje horizontal y método para controlar la turbina eólica de eje horizontal. - Google Patents
Turbina eólica de eje horizontal y método para controlar la turbina eólica de eje horizontal. Download PDFInfo
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Abstract
Turbina eólica de eje horizontal de tipo a barlovento, compuesta por: - un rotor (4) para la rotación alrededor de un eje de rotor X que se extiende en una dirección horizontal, el rotor (4) siendo girado en un plano horizontal según una dirección del viento; - una góndola (3) que tiene una forma simétrica con respecto a un plano imaginario (V) que incluye el eje de rotor X y extendiéndose en dirección vertical; - dos anemómetros (L, R) montados en la góndola (3), y - un controlador para controlar un ángulo de orientación (φ) de un rotor (4) en base a las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (L, R). - en la que los dos anemómetros (L, R) se disponen en posiciones en las dos partes laterales de la góndola (3), donde las posiciones están opuestas entre sí a través del plano imaginario (V).
Description
Turbina eólica de eje horizontal y método para
controlar la turbina eólica de eje horizontal.
La presente invención se refiere a una turbina
eólica de eje horizontal de tipo a barlovento y un método para
controlar dicha turbina eólica de eje horizontal.
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En los últimos años se han propuesto turbinas
eólicas de eje horizontal y el uso práctico para generar energía
eléctrica del viento natural. Esta turbina eólica de eje horizontal
está provista de un sensor de orientación, como una paleta de
orientación, para medir la dirección del viento que sopla contra el
rotor (dirección del viento). Un dispositivo de control de la
turbina eólica de eje horizontal, realiza el "control de
orientación" de iniciar la rotación del rotor, así como girar el
eje del rotor en un plano substancialmente horizontal, de tal manera
que el rotor quede dirigido hacia la dirección del viento medida por
el sensor de orientación, es decir, el ángulo de orientación (el
ángulo entre la dirección del eje del rotor y la dirección del
viento) se hace converger en cerca de 0 grados.
Por cierto, la mayoría de las turbinas eólicas
comerciales utilizadas hoy en día son turbinas a barlovento en las
que un rotor 100 se encuentra en la dirección del viento, como se
muestra en las Figs. 4A a 4C. Un sensor de orientación 200 de la
turbina a barlovento generalmente se encuentra desde una parte
sustancialmente central hasta una parte posterior de la dirección
del eje del rotor de la parte superior de una góndola 300.
Sin embargo, las turbinas eólicas suelen
instalarse en una topografía compleja y, en la topografía se suele
generar un viento de flujo ascendente (soplo hacia arriba). Por lo
tanto, cuando el sensor de orientación 200 se encuentra en la parte
superior de la góndola 300, como se muestra en las Figs. 4A a 4C,
las precisiones de medición de la dirección del viento y del ángulo
de orientación se degrada significativamente por efecto de la
góndola 300. Como resultado de esto, existe el problema de que se
produzca un error entre el ángulo de orientación \phi medido por
el sensor de orientación 200 y la orientación real \phi, por lo
que el control de la orientación del rotor 100 no se realiza
correctamente.
La Fig. 5 muestra los errores de medición de un
ángulo de orientación causados por dicho ángulo de flujo ascendente
y hay un gráfico que muestra los resultados de una prueba en un
túnel de viento de los valores de medición del ángulo de orientación
en el caso de colocar el sensor de orientación 200 en la parte
superior de la góndola 300 como se muestra en las Figs. 4A a 4C. En
la Fig. 5, la coordenada horizontal es un valor de un ángulo de
orientación \phi en caso de un ángulo de flujo ascendente de 0
grados (en lo sucesivo llamado "valor del ángulo de orientación
real") y la coordenada vertical es la diferencia entre el valor
del ángulo de orientación \phi medido por el sensor de orientación
200 en caso de un ángulo de flujo ascendente de 0 grados a +30
grados y un valor de la orientación \phi en caso de un ángulo de
flujo ascendente de 0 grados (en lo sucesivo llamado "error de
medición del ángulo de orientación").
Por ejemplo, en el caso de que un flujo
ascendente con un ángulo de flujo ascendente de 30 grados sople
contra el rotor 100, el error de la medición del ángulo de
orientación (la coordenada vertical) cambia de cerca de -30 grados a
cerca de +10 grados, en unos 40 grados, correspondiendo a un valor
del ángulo de orientación real (la coordenada horizontal) cambiando
de 0 +10 grados en unos + 10 grados (véase la Fig. 5: curva E). Es
decir, un valor del ángulo de orientación \phi medido por el
sensor de orientación 200 se mide como el cambio en unos +50 grados,
correspondiendo a un valor del ángulo de orientación \phi real
cambiando en unos 10 grados. Por lo tanto el control de la
orientación del rotor 100 se repite, aunque el cambio de la
dirección del viento sea ligero.
Estos errores de medición de un ángulo de
orientación causado por un ángulo de flujo ascendente se pueden
reducir ligeramente colocando el sensor de orientación 200 en una
posición alta para que no le afecte la góndola 300. Sin embargo,
existe el problema de que el sensor de orientación 200 sea sacudido
fácilmente, de que su durabilidad se degrade y de que se incurra en
mayores costos debido a que se requiere una barra de soporte muy
larga 210 para soportar el sensor de orientación 200.
El documento
EP-A-1 505 299, que es el estado de
la técnica según el art. 54 (3) del CPE, describe una turbina eólica
de eje horizontal de tipo a barlovento, que comprende:
- un rotor para la rotación, alrededor de un eje de rotor, que se extiende en una dirección horizontal, el rotor siendo rotado en un plano horizontal según una dirección del viento;
- una góndola, que tiene una forma simétrica con respecto a un plano imaginario, que incluye el eje de rotor y se extiende en una dirección vertical;
- dos anemómetros montados en la góndola; y
- un controlador para controlar un ángulo de orientación de un rotor en base a las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Como puede verse en la descripción en relación a
los dibujos de la EP-A-1 505 299, la
turbina eólica de eje horizontal comprende los siguientes
componentes: una torre, una góndola fijada a la parte superior de la
torre; un árbol principal que se extiende en una dirección
sustancialmente horizontal, un rotor unido de forma giratoria al
árbol principal, un elemento de tipo placa unido a la cara superior
de la góndola, un sensor de orientación y anemómetros, que están
fijados en las posiciones que atraviesan el elemento de tipo
placa.
En las turbinas eólicas convencionales, el
elemento de tipo placa tiene la función de escudo contra el viento,
y los dos anemómetros se disponen en los lados opuestos del elemento
tipo placa o escudo contra el viento unidos a la cara superior de la
góndola.
El documento
US-A-5 289 041 describe un sistema
de control de velocidad para una turbina eólica para viento de
velocidad variable. En la turbina convencional se provee un sensor
del ángulo de orientación, un sensor de velocidad del rotor y un
sensor del ángulo de paso de las palas, cuyas señales de entrada son
procesadas por medios observadores de la velocidad del viento para
ajustar el rotor para obtener una mejora de la eficiencia de la
turbina eólica.
En la turbina convencional según la
US-A-5 289 041 no se puede encontrar
ninguna enseñanza específica referente a la colocación de un par de
anemómetros en posiciones específicas para controlar un rotor sin
ningún tipo de sensor de orientación.
Un objeto de la presente invención es lograr un
control exacto de la orientación en una turbina eólica de eje
horizontal de tipo a barlovento que esté instalado en un sitio donde
se suela generar un flujo ascendente.
Para solucionar este problema, según la
invención, se describe una turbina eólica de eje horizontal de tipo
a barlovento que comprende:
- un rotor, para la rotación alrededor de un eje de rotor, que se extiende en una dirección horizontal, el rotor siendo girado en un plano horizontal según una dirección del viento;
- una góndola que tiene una forma simétrica con respecto a un plano imaginario que incluye el eje de rotor y se extiende en una dirección vertical;
- dos anemómetros montados en la góndola; y
- un controlador para controlar el ángulo de orientación de un rotor en base a las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros.
- donde los dos anemómetros se disponen en unas posiciones en las dos partes laterales de la góndola, donde las posiciones están opuestas entre sí a través del plano imaginario.
\vskip1.000000\baselineskip
Según la presente invención, el objeto se
resuelve de manera satisfactoria. En particular, no es necesario un
sensor de orientación porque el control de la orientación puede ser
realizado a través de dos anemómetros, y por lo tanto se facilita el
mantenimiento y pueden reducirse los costos al resultar innecesario
dicho sensor de orientación.
En una forma de realización específica de la
turbina eólica según la invención, el controlador se adapta para
comparar las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros
y hace rotar el rotor de un anemómetro que mide una velocidad del
viento superior a la que mide el otro anemómetro.
En otra forma de realización específica de la
turbina eólica según la invención, el controlador se adapta para
estimar el ángulo de orientación del rotor en base a la velocidad
del viento medida por los dos anemómetros y hace girar el rotor de
manera que el ángulo de orientación estimado converja en 0
grados.
En otra forma de realización específica de la
turbina eólica según la invención, el controlador se adapta para
estimar el ángulo de orientación del rotor en base a, por lo menos,
una de entre una diferencia y una ratio de las velocidades del
viento medidas por los dos anemómetros y hace girar el rotor de
manera que el ángulo de orientación estimado converja en 0
grados.
En un método según la invención, para controlar
la turbina eólica según la invención, el método comprende los
siguientes pasos:
- estimar el ángulo de orientación de un rotor en base a las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros; y
- rotar el rotor de modo que el ángulo de orientación estimado converja en 0 grados.
\vskip1.000000\baselineskip
En una forma de realización específica del
método según la invención, el método comprende los siguientes
pasos:
- estimar el ángulo de orientación de un rotor en base a, por lo menos, una de entre una diferencia y una ratio de las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros; y
- rotar el rotor de modo que el ángulo de orientación estimado converja en 0 grados.
\vskip1.000000\baselineskip
En otra forma de realización específica del
método según la invención, el método comprende los siguientes
pasos:
- determinar si la diferencia de las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros no supera un umbral predeterminado;
- rotar el rotor para un anemómetro que mide una velocidad del viento que es superior a la que mide el otro anemómetro, cuando la diferencia de las velocidades del viento supera el umbral, y
- detener el giro del rotor cuando la diferencia de las velocidades del viento desciende y ya no supera el umbral.
\vskip1.000000\baselineskip
En otra forma de realización específica del
método según la invención, el método comprende el siguiente
paso:
- rotar el rotor para igualar las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros.
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, el objeto en el que se basa la
presente invención se resuelve de una manera ventajosa, y el control
de la orientación puede ser facilitado considerablemente mediante el
uso de una lógica de control sencilla utilizando los valores de las
velocidades del viento medidas por los dos anemómetros.
La presente invención se comprenderá mejor a
partir de la descripción detallada que se da a continuación y de los
dibujos anexos que se dan solo a modo de ilustración, y por lo tanto
no están provistos como una definición de los límites de la presente
invención, y en donde:
Fig. 1A es una vista superior que muestra una
turbina eólica de eje horizontal según una forma de realización de
la presente invención;
Fig. 1B es una vista posterior que muestra la
turbina eólica de eje horizontal según la forma de realización de la
presente invención;
Fig. 1C es una vista desde el lado izquierdo que
muestra la turbina eólica de eje horizontal según la forma de
realización de la presente invención;
Fig. 2 muestra los datos de la correlación de
una diferencia de las velocidades del viento (con un gráfico
mostrando la relación entre la diferencia de las velocidades del
viento y el ángulo de orientación) guardados en una memoria de la
turbina eólica de eje horizontal que se muestra en las Figs. 1A a
1C.
Fig. 3 muestra los datos de la correlación de
una ratio de las velocidades del viento (con un gráfico mostrando la
relación entre una ratio de las velocidades del viento y el ángulo
de orientación) guardados en una memoria de la turbina eólica de eje
horizontal que se muestra en las Figs. 1A a 1C.
Fig. 4A es una vista superior que muestra una
turbina eólica de eje horizontal convencional de tipo a
barlovento;
Fig. 4B es una vista posterior que muestra la
turbina eólica de eje horizontal convencional de tipo a
barlovento;
Fig. 4C es una vista desde el lado izquierdo que
muestra la turbina eólica de eje horizontal convencional de tipo a
barlovento; y
Fig. 5 es un gráfico que muestra los errores de
medición de un ángulo de orientación causados por un flujo
ascendente.
A continuación se describirá una forma de
realización de la presente invención en detalle haciendo referencia
a los dibujos. En la presente forma de realización se toma como
ejemplo una turbina eólica de eje horizontal a barlovento mostrada
en las Figs. 1A a 1C de una turbina eólica de eje horizontal.
\newpage
En primer lugar, se describirá una configuración
de la turbina eólica de eje horizontal según la presente forma de
realización. Como se muestra en las Figs. 1A a 2, la turbina eólica
de eje horizontal 1 comprende: una torre 2 instalada en un sitio
predeterminado, una góndola 3 unida a la parte superior de la torre
2 de forma giratoria en un plano substancialmente horizontal, un
árbol principal (no mostrado) que se extiende en una dirección
sustancialmente horizontal dentro de la góndola 3; un rotor 4 unido
al árbol principal, un anemómetro L y un anemómetro R conectados a
las dos partes laterales de la góndola 3; un dispositivo de control
(no mostrado) para integrar y controlar toda la turbina eólica de
eje horizontal 1, y similares.
La góndola 3 tiene, como se muestra en las Figs.
1A a 1C, una forma simétrica con respecto a un plano imaginario V
que incluye el eje de rotor X de un rotor 4 que se extiende en
dirección vertical; El anemómetro L se dispone en la parte izquierda
de la góndola 3 y el anemómetro R se dispone en la parte derecha. El
anemómetro L y el anemómetro R se disponen en las posiciones que
sustancialmente se oponen entre sí con el plano imaginario V entre
ellas.
En la presente forma de realización se adoptan
los anemómetros de rotación, en los que una pluralidad de
semiesferas capturan el viento que sopla contra el centro del rotor
de la turbina eólica de eje horizontal 1 y la velocidad del viento
se mide a partir de la velocidad captada por el anemómetro L y el
anemómetro R. El tipo del anemómetro L y del anemómetro R no se
limita en particular. Por tanto, se puede adoptar el tipo utilizado
convencionalmente (por ejemplo, el tipo de anemómetro fabricado por
Vaisala o Thies).
El dispositivo de control realiza un proceso de
cálculo para calcular una diferencia (en lo sucesivo, denominada
"diferencia de las velocidades del viento") o una ratio (en lo
sucesivo, denominada "ratio de las velocidades del viento")
entre un valor de la velocidad del viento medida por el anemómetro L
y un valor de la velocidad del viento medida por el anemómetro R,
con un proceso de estimación para estimar el ángulo de orientación
\phi utilizando los datos de correlación de la diferencia de las
velocidades del viento o los datos de correlación de la ratio de las
velocidades del viento, que se explica más adelante, mediante la
ejecución de los programas predeterminados. Adicionalmente, el
dispositivo de control controla el ángulo de orientación \phi del
rotor 4 en base a las velocidades del viento medidas por el
anemómetro L y el anemómetro R. Es decir, el dispositivo de control
es el controlador de la presente invención.
En segundo lugar de describirá la relación entre
los valores de las velocidades del viento medidas por los dos
anemómetros (el anemómetro L y el anemómetro R) de la turbina eólica
de eje horizontal 1, según la forma de realización de la presente
invención, y el ángulo de orientación \phi con las Figs. 1A a
3.
El anemómetro L y el anemómetro R se disponen en
las dos partes laterales de la góndola 3. Por lo tanto, se genera
una diferencia entre un valor de la velocidad del viento medida por
el anemómetro L y un valor de la velocidad del viento medida por el
anemómetro R en el caso de que el viento sople en diagonal desde la
parte frontal del rotor 4. Lo mismo ocurre en el caso de que un
flujo ascendente que tenga un ángulo ascendente sople contra el
rotor 4.
Por ejemplo, cuando se definen ángulos de
orientación \phi positivos y negativos, como se muestra en la Fig.
1A, el efecto de la góndola 3 hace un valor de la velocidad del
viento medida por el anemómetro L superior a un valor de la
velocidad del viento medida por el anemómetro R en el caso de que el
ángulo de orientación \phi sea positivo (+), es decir, que el
viento sople del lado izquierdo del eje de rotor X del rotor 4. Por
otro lado, el efecto de la góndola 3 hace un valor de la velocidad
del viento medida por el anemómetro L inferior a un valor de la
velocidad del viento medida por el anemómetro R en el caso de que el
ángulo de orientación sea negativo (-), es decir, que el viento
sople del lado derecho del eje de rotor X del rotor 4.
Por lo tanto se forma una cierta relación entre:
la diferencia (diferencia de velocidades) o la ratio (ratio de
velocidades) entre un valor de la velocidad del viento medida por el
anemómetro L y un valor de la velocidad del viento medida por el
anemómetro R, y el ángulo de orientación \phi. En la presente
forma de realización, los datos según la relación entre la
diferencia de las velocidades del viento y el ángulo de orientación
\phi (los datos de correlación de la diferencia de las velocidades
del viento) y los datos según la relación entre la ratio de las
velocidades del viento y el ángulo de orientación \phi (los datos
de correlación de la ratio de las velocidades del viento) se
obtienen por medio de experimentos realizados antes en tierra. Los
datos de correlación de la diferencia de las velocidades del viento
y los datos de correlación de la ratio de las velocidades del viento
se guardan en la memoria de la góndola 3.
El gráfico que muestra la relación entre la
diferencia en las velocidades del viento y el ángulo de orientación
\phi mostrado en la Fig. 2 puede ser empleado como los datos de
correlación de la diferencia de velocidades del viento. En el
gráfico de la Fig. 2, la coordenada vertical es "la velocidad del
viento" y la coordenada horizontal es el "ángulo de orientación
\phi (grados)". Los valores de "la velocidad del viento"
de la coordenada vertical en la Fig. 2 son relaciones (valores no
dimensionales) de los valores medidos de la velocidad del
viento.
En la Fig. 2 se forma una curva L mediante el
trazado de un punto en un gráfico en el valor de la velocidad del
viento medida por el anemómetro L, respectivamente cuando el ángulo
de orientación \phi es de "-30 grados", "-15 grados",
"0 grados", "15 grados", y "30 grados" y uniendo esos
puntos con una curva de aproximación. El valor de la velocidad del
viento medida por el anemómetro L se convierte en el mínimo en un
ángulo de orientación \phi, de "-30 grados", aumenta
gradualmente a medida que el ángulo de orientación \phi cambia de
un signo negativo a un signo positivo y converge en "1" (un
flujo uniforme) en el ángulo de orientación \phi aproximándose a
unos "15 grados" (ver la Fig. 2). La razón de esto es que el
viento está bloqueado porque el anemómetro L se encuentra detrás de
la góndola 3 en el caso de que el ángulo de orientación \phi sea
negativo.
En la Fig. 2 se forma una curva R mediante el
trazado de un punto en un gráfico en el valor de la velocidad del
viento medida por el anemómetro R, respectivamente cuando el ángulo
de orientación \phi es de "-30 grados", "-15 grados",
"0 grados", "15 grados", y "30 grados" y uniendo esos
puntos con una curva de aproximación. El valor de la velocidad del
viento medida por el anemómetro R se convierte en el mínimo en un
ángulo de orientación \phi de "30 grados", aumenta
gradualmente a medida que el ángulo de orientación \phi cambia de
un signo positivo a un signo negativo y converge en "1" (un
flujo uniforme) en el ángulo de orientación \phi aproximándose a
unos "-15 grados" (ver la Fig. 2). La razón de esto es que el
viento está bloqueado porque el anemómetro R se encuentra detrás de
la góndola 3 en el caso de que el ángulo de orientación \phi sea
positivo.
Es decir, la curva L y la curva R son mutuamente
simétricas con respecto a la línea del "ángulo de orientación
\phi = 0 (grados)" (ver la Fig. 2).
En la Fig. 2 se forma una curva A mediante el
trazado de un punto en un gráfico en un valor que es el valor de la
velocidad del viento medida por el anemómetro L menos el valor de la
velocidad del viento medida por el anemómetro R (diferencia de las
velocidades del viento), respectivamente cuando el ángulo de
orientación \phi es de "-30 grados", "-15 grados", "0
grados", "15 grados", y "30 grados" y uniendo esos
puntos con una curva de aproximación. La diferencia de velocidad del
viento se corresponde con el ángulo de orientación \phi debido a
la curva A. El ángulo de orientación \phi se puede estimar
utilizando la curva A y la diferencia de las velocidades del viento
calculada a partir de la medición de los valores de la velocidad del
viento por el anemómetro L y el anemómetro R. Por ejemplo, si la
diferencia de las velocidades del viento es "0,5", el ángulo de
orientación \phi se estima en "cerca de 15 grados o más" (ver
la Fig. 2).
Debido a que es difícil proporcionar los medios
para medir la velocidad del viento real, se puede utilizar el valor
medido por el anemómetro L o el anemómetro R como la velocidad del
viento. En este caso, el dispositivo de control se realiza para
guardar los datos con los valores medidos por el anemómetro L o el
anemómetro R como la velocidad del viento. También se puede utilizar
el valor mayor de los valores medidos por el anemómetro L y el
anemómetro R como un sustituto de la velocidad del viento.
El gráfico que muestra la relación entre la
ratio de las velocidades del viento y el ángulo de orientación
\phi mostrado en la Fig. 3 puede ser empleado como los datos de
correlación de la ratio de velocidad del viento. En el gráfico de la
Fig. 3, la coordenada vertical es "la velocidad del viento" y
la coordenada horizontal es el "ángulo de orientación \phi
(grados)". Los valores de "la velocidad del viento" de la
coordenada vertical en la Fig. 3 son ratios (valores no
dimensionales) de los valores medidos de la velocidad del viento
inalterados por la turbina eólica. La curva L y la curva R de la
Fig. 3 son las mismas que la curva L y la curva R de la Fig. 2 (sólo
cambia la escala de la coordenada vertical).
En la Fig. 3 se forma una curva B mediante el
trazado de un punto en un gráfico en un valor que iguala el valor de
la velocidad del viento medida por el anemómetro L dividido por el
valor de la velocidad del viento medida por el anemómetro R (ratio
de las velocidades del viento), respectivamente cuando el ángulo de
orientación \phi es de "-30 grados", "-15 grados", "0
grados", "15 grados", y "30 grados" y uniendo esos
puntos con una curva de aproximación. La ratio de las velocidades
del viento se corresponde con el ángulo de orientación \phi debido
a la curva B. El ángulo de orientación \phi se puede estimar
utilizando la curva B y la ratio de velocidades del viento calculada
a partir de la medición de los valores de la velocidad del viento
por el anemómetro L y el anemómetro R. Por ejemplo, si la ratio de
las velocidades del viento es "2", el ángulo de orientación
\phi se estima en "cerca de 15 grados" (ver la Fig. 3).
A continuación se describirá un método para el
control de la orientación de la turbina eólica de eje horizontal
1.
El dispositivo de control de la turbina eólica
de eje horizontal 1 calcula la diferencia (diferencia de las
velocidades del viento) entre un valor de la velocidad del viento
medida por el anemómetro L y un valor de la velocidad del viento
medida por el anemómetro R (paso para calcular la diferencia de las
velocidades del viento). Luego el dispositivo de control estima el
ángulo de orientación \phi utilizando la curva A del gráfico que
muestra la relación entre la diferencia de las velocidades del
viento y el ángulo de orientación \phi (ver Fig. 2) guardados en
la memoria y la diferencia de velocidades del viento calculada en el
paso para calcular la diferencia de velocidades del viento (paso
para estimar el ángulo de orientación).
El dispositivo de control hace girar el rotor 4
en un plano sustancialmente horizontal en función del ángulo de
orientación \phi estimado en el paso para estimar el ángulo de
orientación. Concretamente hablando, en el caso de que el ángulo de
orientación \phi sea positivo (+), es decir, en el caso de que un
valor de la velocidad del viento medida por el anemómetro L sea
mayor que el valor de la velocidad del viento medida por el
anemómetro R, dado que el viento sopla del lado izquierdo de la
góndola 3, el eje del rotor X del rotor 4 es rotado hacia el
anemómetro L de tal manera que el ángulo de orientación \phi pasa
a ser de 0 grados. Así, cuando el ángulo de orientación se aproxima
a alrededor de 0 grados (cuando el rotor 4 casi encara la dirección
del viento), el rotor se detiene.
Por otro lado, en el caso de que el ángulo de
orientación \phi sea negativo (-), es decir, en el caso de que un
valor de la velocidad del viento medida por el anemómetro R sea
mayor que el valor de la velocidad del viento medida por el
anemómetro L, dado que el viento sopla del lado derecho de la
góndola 3, el eje de rotor X del rotor 4 es rotado hacia el
anemómetro L de tal manera que el ángulo de orientación \phi
converja en 0 grados. Así, cuando el ángulo de orientación \phi se
acerca a aproximadamente 0 grados, el rotor se detiene (paso para
controlar el ángulo de orientación).
Se podrá adoptar un paso para calcular la ratio
(ratio de las velocidades del viento) entre los valores de la
velocidad del viento medida por los anemómetros L y R (paso para
calcular la ratio de las velocidades del viento) en lugar del paso
para calcular una diferencia de las velocidades del viento. En este
caso, el dispositivo de control estima el ángulo de orientación
\phi utilizando la curva B del gráfico que muestra la relación
entre la ratio entre las velocidades del viento y el ángulo de
orientación \phi (ver Fig. 3) guardados en la memoria y con la
ratio de velocidades del viento calculada en el paso para calcular
la ratio de velocidades del viento.
La turbina eólica de eje horizontal 1, según la
forma de realización descrita anteriormente, comprende la góndola 3
que tiene una forma simétrica con respecto a un plano imaginario V
incluyendo el eje de rotor X de un rotor 4 y extendiéndose en
dirección vertical, y los dos anemómetros (anemómetro L y anemómetro
R) dispuestos en las posiciones de los dos lados de la góndola 3,
que sustancialmente están opuestas la una con respecto a la otra con
el plano imaginario V entre ellas. En consecuencia, se genera una
diferencia en las velocidades del viento medidas por los dos
anemómetros sin importar la presencia o ausencia de un flujo
ascendente cuando el rotor no está orientado opuesto a la dirección
del viento. El dispositivo de control puede estimar el ángulo de
orientación \phi en base a la diferencia (o la ratio) entre las
velocidades del viento medidas así por los dos anemómetros (el
anemómetro L y el anemómetro R), y rotar el rotor 4 en el plano
sustancialmente horizontal de tal manera que el ángulo de
orientación \phi converja en 0 grados (el rotor 4 está orientado
opuesto a la dirección del viento).
Por consiguiente, es posible lograr un control
exacto de la orientación utilizando los dos anemómetros (anemómetro
L y anemómetro R) en el caso de la turbina eólica de eje horizontal
1 instalada en un sitio donde se suela generar un flujo ascendente.
Además, no es necesario un sensor de orientación porque el control
de la orientación se puede realizar mediante dos anemómetros, y, en
consecuencia, se facilita el mantenimiento y es posible economizar
el costo que sería necesario para la producción y el acoplamiento de
un sensor de orientación.
La forma de realización descrita anteriormente
adopta la lógica de control de estimar el ángulo de orientación
\phi utilizando los datos de correlación de la diferencia o la
ratio entre las velocidades del viento y la rotación del eje de
rotor X de tal manera que el ángulo de orientación \phi converja
en 0 grados. Mientras tanto, también es posible realizar el control
del ángulo de orientación \phi del rotor 4 tomando como referencia
solo los valores de la velocidad del viento medida por el anemómetro
L y el anemómetro R.
Por ejemplo, se determina si la diferencia
(diferencia de velocidad de viento) entre un valor medido por el
anemómetro L y un valor medido por el anemómetro R no supera un
umbral predeterminado (un paso para determinar la diferencia de las
velocidades del viento). Si la diferencia de las velocidades del
viento no supera el umbral, se determina que el rotor 4 está
dirigido en la dirección del viento, y entonces termina el control.
Mientras tanto, si la diferencia de las velocidades del viento
supera dicho umbral, el eje de rotor X es rotado hacia el anemómetro
que mide un valor más alto que el otro anemómetro. Entonces la
diferencia de las velocidades del viento no supera el umbral, se
determina que el rotor 4 está dirigido en la dirección del viento, y
entonces se detiene el rotor 4 (paso para el control de la
orientación).
En cuanto al control descrito anteriormente, se
determina si el eje de rotor X está rotado o no en base a la
diferencia de las velocidades del viento. Sin embargo, un valor para
determinar si el eje de rotor X está rotado o no, que se conoce como
un valor de determinación de control, no se limita a la diferencia o
ratio de las velocidades del viento.
La adopción de la lógica de control permite el
control de la orientación con una lógica de control muy sencilla
utilizando los valores de las velocidades del viento medidas por dos
anemómetros (el anemómetro L y el anemómetro R), sin utilizar datos
de correlación de la diferencia entre las velocidades del viento o
datos de correlación de la ratio entre las velocidades del viento, y
sin un paso para estimar el ángulo de orientación. También se puede
hacer que el rotor 4 sea orientado opuesto a la dirección del
viento, rotando el rotor 4 para igualar un valor de la velocidad del
viento medida por el anemómetro L y un valor de la velocidad del
viento medida por el anemómetro R. Esta lógica de control
corresponde al caso de que el umbral descrito anteriormente de la
diferencia de las velocidades del viento esté configurada en
"cero".
Además, en cuanto a la forma de realización de
la presente invención, la diferencia o la ratio de las velocidades
del viento podrá ser sustituida por un valor calculado a partir de
las velocidades del viento por una función adecuada tal como una
función logarítmica o una combinación adecuada de funciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante sirve sólo como ayuda al lector. No forma parte del
documento de patente europea. Aunque se ha prestado mucha atención
en la compilación de las mismas no se puede evitar incurrir en
errores u omisiones, declinando la OEP toda responsabilidad a este
respecto.
- \bullet EP 1505299 A [0008] [0009]
- \bullet US 5289041 A [0011]
Claims (8)
1. Turbina eólica de eje horizontal de tipo a
barlovento, compuesta por:
- -
- un rotor (4) para la rotación alrededor de un eje de rotor X que se extiende en una dirección horizontal, el rotor (4) siendo girado en un plano horizontal según una dirección del viento;
- -
- una góndola (3) que tiene una forma simétrica con respecto a un plano imaginario (V) que incluye el eje de rotor X y extendiéndose en dirección vertical;
- -
- dos anemómetros (L, R) montados en la góndola (3), y
- -
- un controlador para controlar un ángulo de orientación (\phi) de un rotor (4) en base a las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (L, R).
- -
- en la que los dos anemómetros (L, R) se disponen en posiciones en las dos partes laterales de la góndola (3), donde las posiciones están opuestas entre sí a través del plano imaginario (V).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Turbina eólica según la reivindicación 1,
- en la que el controlador se adapta para comparar las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (L, R) y gira el rotor (4) hacia un anemómetro (L, R) que mide una velocidad del viento superior a la que mide el otro anemómetro (R, L).
\vskip1.000000\baselineskip
3. Turbina eólica según la reivindicación 1,
- en la que el controlador se adapta para estimar el ángulo de orientación (\phi) del rotor (4) en base a la velocidad del viento medida por los dos anemómetros (L, R) y gira el rotor (4) de manera que el ángulo de orientación (\phi) estimado converja en 0 grados.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Turbina eólica según la reivindicación 1,
- en la que el controlador se adapta para estimar el ángulo de orientación (\phi) del rotor (4) en base a por lo menos una diferencia y una ratio de las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (R, L) y gira el rotor (4) de manera que el ángulo de orientación (\phi) estimado converja en 0 grados.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Método para controlar la turbina eólica según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, el método comprendiendo
los siguientes pasos:
- -
- estimar el ángulo de orientación (\phi) de un rotor (4) en base a las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (L, R); y
- -
- girar el rotor (4) de modo que el ángulo de orientación (\phi) estimado converja en 0 grados.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Método según la reivindicación 5, el método
comprendiendo los siguientes pasos:
- -
- estimar el ángulo de orientación (\phi) de un rotor (4) en base a por lo menos una de entre una diferencia y una ratio de las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (R, L); y
- -
- girar el rotor (4) de modo que el ángulo de orientación (\phi) estimado converja en 0 grados.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Método según la reivindicación 5, el método
comprendiendo los siguientes pasos:
- -
- determinar si la diferencia de las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (L, R) no supera un umbral predeterminado;
- -
- girar el rotor (4) hacia un anemómetro (L, R), que mide una velocidad del viento superior a la que mide el otro anemómetro (R, L), cuando la diferencia de las velocidades del viento excede el umbral, y
- -
- detener el giro del rotor (4) cuando la diferencia de las velocidades del viento se reduce y ya no supera el umbral.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Método según la reivindicación 5, el método
comprendiendo el siguiente paso:
- -
- girar el rotor (4) para igualar las velocidades del viento medidas por los dos anemómetros (L, R).
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