ES2378349T3 - Turbina eólica con sistema de control resonante - Google Patents
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Abstract
Turbina eólica de velocidad variable conectada a una red de suministro que incluye un rotor, que comprende al menos una pala, un tren de accionamiento conectado a dicho rotor, comprendiendo dicho tren de accionamiento una selección de al menos una caja de engranajes, y al menos un generador eléctrico, medios de medición que establecen al menos una señal de velocidad de rotación del tren de accionamiento, y al menos un controlador de potencia de turbina eólica conectado a dicho al menos un generador y dicha red de suministro, comprendiendo dicha turbina eólica además al menos un medio de control resonante que modifica un valor de referencia de potencia en respuesta a dicha al menos una señal de velocidad de rotación, estando dispuesto dicho medio de control resonante con una frecuencia de resonancia a la que tiene una ganancia relativamente alta, seleccionándose dicha frecuencia de resonancia de dicho medio de control resonante como una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento.
Description
Turbina eólica con sistema de control resonante.
La invención se refiere a una turbina eólica de velocidad variable, un sistema de control resonante, un método de funcionamiento de una turbina eólica de velocidad variable, uso de un sistema de control resonante y uso de un método en una turbina eólica de velocidad variable.
Generalmente una turbina eólica convierte la energía del viento en energía eléctrica que se suministra a una red de suministro.
A medida que el viento que actúa sobre un rotor de turbina eólica produce par de rotación en el tren de accionamiento de la turbina eólica y, el rotor de la turbina eólica se ve afectado por situaciones de viento variable, por ejemplo debido a la cizalladura del viento, velocidades medias del viento alternantes, viento fluctuante, turbulencia, etc., la velocidad de rotación del tren de accionamiento y por tanto también del generador varía en consecuencia. Esto tiene a su vez una influencia en la calidad de la potencia producida por el generador de la turbina eólica. Además la velocidad de rotación variable puede producir un par mecánico variable en el tren de accionamiento que puede influir en la fatiga de los componentes mecánicos del tren de accionamiento.
La solicitud de patente estadounidense 2006/0066111 da a conocer un sistema de amortiguación de vibraciones en turbinas eólica que controla el par en el tren de accionamiento producido por un generador de turbina eólica, basándose en información relativa a la velocidad de rotación del generador.
Un problema relacionado con este sistema es que las frecuencias de la turbina eólica, que se desean amortiguar, se calculan basándose en transformadas de Fourier de una señal muestreada indicativa de la velocidad de rotación del generador. Un problema relacionado con este problema es que transformadas de Fourier y cálculos continuos tardan tiempo y consumen potencia computacional del controlador de la turbina eólica y debido al retardo de tiempo se debilita por tanto la precisión de la amortiguación.
El documento WO 90/07823 describe un controlador de turbina eólica para amortiguar oscilaciones debidas al balanceo de la torre y las palas al pasar por la torre, que actúa sobre el regulador de potencia basándose en la velocidad de la turbina.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método ventajoso de amortiguación de las vibraciones de rotación variables en el tren de accionamiento de una turbina eólica sin las desventajas anteriormente mencionadas.
La invención proporciona una turbina eólica de velocidad variable conectada a la red de suministro que incluye
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- un rotor, que comprende al menos una pala,
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- un tren de accionamiento conectado a dicho rotor, comprendiendo dicho tren de accionamiento una selección de al menos una caja de engranajes, y al menos un generador eléctrico,
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- medios de medición que establecen al menos una señal de velocidad de rotación del tren de accionamiento,
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- al menos un controlador de potencia de turbina eólica conectado a dicho al menos un generador y dicha red de suministro.
Dicha turbina eólica comprende además al menos un medio de control resonante que modifica un valor de referencia de potencia en respuesta a dicha al menos una señal de velocidad de rotación. Modificar un valor de referencia de potencia en respuesta a al menos una señal de velocidad de rotación es ventajoso porque pueden amortiguarse oscilaciones en el sistema mecánico de la turbina eólica que influyen por ejemplo en la velocidad de rotación del generador de turbina eólica, garantizando además que las cargas en los componentes de la turbina eólica pueden minimizarse.
Al usar el medio de control resonante se garantiza que sólo pueden seleccionarse oscilaciones con frecuencias específicas garantizando que se controlan y amortiguan las oscilaciones a las frecuencias de resonancia del tren de accionamiento.
Dicho medio de control resonante tienen una ganancia relativamente alta a una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento. De este modo se garantiza que incluso pequeñas respuestas o variaciones en dicha al menos una señal de velocidad de rotación a dicha una frecuencia de resonancia dan como resultado un alto valor de señal de realimentación y por tanto la modificación de dicho valor de referencia de potencia que a su vez da como resultado un control y/o amortiguación muy eficaz de dichas variaciones.
Al modificar un valor de referencia de potencia, se garantiza además incluso que el ancho de banda del sistema controlador de la turbina eólica sea independiente del ancho de banda del medio de control resonante y puede conseguirse una compensación de oscilaciones del tren de accionamiento más rápida y precisa por ejemplo debido a diferentes anchos de banda del lazo de control de potencia externo y el lazo de control de corriente/par interno.
En un aspecto de la invención, dicho medio de control resonante comprende uno o más controladores PID tal como uno o más controladores PID resonantes. Al usar controladores PID se garantiza que se usa una técnica de controlador muy conocida y fiable garantizando que se obtienen las características deseadas del medio de control resonante. Además al usar un controlador resonante se garantiza además que pueden seleccionarse frecuencias específicas para amortiguación y control tal como la frecuencia de resonancia del tren de accionamiento.
En aún otro aspecto de la invención, el ancho de banda de dicho medio de control resonante puede alterarse alterando al menos un parámetro de funcionamiento de dicho medio de control resonante. Ajustar los parámetros de funcionamiento de dicho medio de control resonante garantiza que puede controlarse el intervalo de frecuencia al que dicho medio de control resonante tiene una ganancia relativamente alta y que el medio de control resonante puede producir una respuesta eficaz a frecuencias más próximas. Al alterar al menos uno de dichos parámetros de funcionamiento durante el funcionamiento, se garantiza además que si por ejemplo el medio de control resonante se sintoniza básicamente a por ejemplo la frecuencia propia del tren de accionamiento, pueden compensarse variaciones en la frecuencia propia real del tren de accionamiento durante el funcionamiento por ejemplo debido a variaciones de temperatura, y dichas variaciones tienen por tanto únicamente una influencia mínima sobre el medio de control con el fin de producir una respuesta eficaz.
En un aspecto adicional de la invención, la ganancia de dicho medio de control resonante a una frecuencia de resonancia puede alterarse alterando al menos un parámetro de funcionamiento de dicho medio de control resonante por ejemplo a la frecuencia de CC. De este modo se garantiza que puede controlarse el nivel al que el medio de control resonante modifica un valor de referencia de potencia y puede controlarse la eficacia de por ejemplo la amortiguación de oscilaciones del tren de accionamiento.
En otro aspecto de la invención, el desfase de dicho medio de control resonante a una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento es sustancialmente cero. De este modo se garantiza que se obtiene una respuesta precisa no retardada a una señal de velocidad de rotación a una frecuencia de resonancia y que no es necesario un procesamiento de señal de fase adicional.
En aún otro aspecto de la invención, dicho medio de control resonante tiene un desfase numérico creciente a frecuencias alejadas de la frecuencia de resonancia del tren de accionamiento. De este modo se garantiza que el impacto de la respuesta del medio de control resonante se ve degradado para frecuencias alejadas de la frecuencia resonante del medio de control.
En un aspecto de la invención adicional, la pendiente del desfase puede alterarse alterando al menos un parámetro de funcionamiento de dicho medio de control resonante. De este modo se garantiza que el nivel al que se degrada la respuesta del medio de control resonante para frecuencias alejadas de la frecuencia resonante del medio de control, puede controlarse garantizado además la posibilidad de una amortiguación eficaz de frecuencias de resonancia seleccionadas.
En aún otro aspecto de la invención, la función de transferencia de dicho medio de control resonante tiene la forma:
De este modo se garantiza una realización implementable de la invención y además que pueden alterarse parámetros de funcionamiento del medio de control resonante.
En un aspecto adicional de la invención, una fundamental frecuencia resonante de dicho medio de control resonante es una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento tal como la frecuencia propia del tren de accionamiento. De este modo se garantiza que la amortiguación de oscilaciones con frecuencias a la frecuencia propia tren de accionamiento o muy cerca de ésta se amortigua de manera muy eficaz, lo que a su vez da como resultado menos cargas sobre los componentes comprendidos en el tren de accionamiento.
En un aún un aspecto de la invención adicional, una frecuencia resonante fundamental de dicho medio de control resonante es un valor calculado, por ejemplo un valor calculado predefinido. De este modo pueden aplicarse parámetros de funcionamiento del medio de control resonante garantizando una respuesta deseada óptima para una frecuencia de resonancia fundamental tal como una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento calculada teóricamente, por ejemplo la frecuencia propia del tren de accionamiento.
En un aspecto adicional de la invención, una frecuencia resonante fundamental de dicho medio de control resonante es un valor fijo o puede alterarse durante el funcionamiento, por ejemplo adaptivo, tal como a la frecuencia propia del tren de accionamiento. De este modo se garantiza que puede aplicarse un conjunto de parámetros de funcionamiento del medio de control resonante y obtenerse una respuesta óptima, teniendo en cuenta posibles variaciones de funcionamiento de la turbina eólica, por ejemplo debido a variaciones de temperatura.
En un aspecto adicional de la invención dicha frecuencia propia de resonancia es un valor predefinido y/o se estima. De este modo puede aplicarse un conjunto de parámetros de funcionamiento del medio de control resonante una vez y dicho medio modifica una señal de referencia de potencia en consecuencia.
En otro aspecto de la invención, el nivel del que dicho al menos un medio de control modifica un valor de referencia de potencia está limitado. De este modo se garantiza que la modificación de una referencia de potencia está limitada a un nivel deseado y aceptable.
En aún otro aspecto de la invención, el nivel del que dicho al menos un medio de control modifica un valor de referencia de potencia está limitado para estar dentro de un nivel predefinido. De este modo se garantiza que se controla la modificación de una referencia de potencia y se limita a un nivel deseado y aceptable en respuesta a por ejemplo fluctuaciones del viento.
En un aspecto adicional de la invención, dicho nivel predefinido está en el intervalo del 0,1 al 25 por ciento de la potencia nominal y/o generada de dicha turbina eólica, tal como el 5 por ciento. De este modo se garantiza que el impacto de la modificación de la referencia de potencia sobre la potencia generada sea limitado y que la potencia generada fluctuará únicamente limitada como resultado del control de compensación de oscilaciones del tren de accionamiento.
En un aspecto de la invención, dichos medios de medición son un codificador, por ejemplo un codificador que se hace funcionar en un árbol del rotor a baja velocidad y/o en un árbol del generador. De este modo se garantiza que se obtienen valores fiables de la velocidad de rotación y que los valores se miden en componentes afectados del tren de accionamiento.
En otro aspecto de la invención, dichos medios de medición establecen al menos una señal de velocidad de rotación del tren de accionamiento procesando al menos un parámetro eléctrico de la turbina eólica tal como corriente del rotor, corriente del estator, etc. De este modo se garantiza que se obtiene una medida indirecta de una señal de velocidad de rotación del tren de accionamiento por ejemplo sin componentes de medición separados. Además se garantiza que pueden usarse parámetros ya obtenidos para establecer dicha señal de velocidad.
En aún otro aspecto de la invención, dicho valor de referencia de potencia es un valor de referencia de potencia de dicho controlador de potencia. De este modo se garantiza que se minimiza o compensa el impacto de por ejemplo fluctuaciones en la velocidad de rotación del generador sin perjudicar el sistema de control de potencia común de la turbina eólica.
La invención también se refiere a un sistema de control resonante, un método de funcionamiento, uso de una turbina eólica de velocidad variable, y uso de un método en una turbina eólica de velocidad variable.
Figuras
La invención se describirá a continuación con referencia a las figuras, en las que
la figura 1 ilustra una turbina eólica grande moderna que incluye tres palas de turbina eólica en el rotor de la turbina eólica,
la figura 2 ilustra esquemáticamente una sección transversal de una realización de una góndola simplificada conocida en la técnica, vista desde el lateral,
la figura 3 ilustra esquemáticamente un diagrama de bloques de control de sistemas de compensación de oscilaciones del tren de accionamiento de la técnica anterior,
la figura 4 ilustra esquemáticamente un diagrama de bloques de control de un sistema de compensación de oscilaciones del tren de accionamiento según una realización de la invención,
la figura 5a ilustra un diagrama de Bode de las características de un medio de control de resonancia con un primer conjunto de parámetros según una realización de la invención,
la figura 5b ilustra un diagrama de Bode de las características de un medio de control de resonancia con un segundo conjunto de parámetros según otra realización de la invención,
la figura 5c ilustra varios diagramas de Bode de las características de un medio de control de resonancia según otras realizaciones de la invención, y
La figura 1 ilustra una turbina eólica 1 moderna con una torre 2 y una góndola de turbina eólica 3 situada sobre la torre.
El rotor de la turbina eólica, que comprende al menos una pala, por ejemplo tres palas de turbina eólica 5 según se ilustra, está conectado al buje 4 a través de mecanismos de paso 6. Cada mecanismo de paso incluye un cojinete de pala y medios de accionamiento de paso que permiten que la pala cambie de paso. El proceso de cambio de paso se controla mediante un controlador de paso.
Tal como se ilustra en la figura, el viento por encima de un determinado nivel activará el rotor y le permitirá girar en una dirección perpendicular al viento. El movimiento de rotación se convierte en potencia eléctrica que habitualmente se suministra a la red de suministro tal como sabrán los expertos en la técnica.
La figura 2 ilustra una sección transversal simplificada de una góndola 3, vista desde el lateral. Las góndolas 3 existen en una multitud de variaciones y configuraciones pero en la mayoría de los casos el tren de accionamiento 14 de la góndola 3 casi siempre comprende uno o más de los siguientes componentes: un engranaje 7, un acoplamiento (no mostrado), algún tipo de sistema de frenado 8 y un generador 9.
Una góndola 3 de una turbina eólica 1 moderna también puede incluir un convertidor 12 (también denominado inversor) y equipos periféricos adicionales tales como equipos de tratamiento de potencia adicionales, armarios de control, sistemas hidráulicos, sistemas de refrigeración y más que no se ilustran explícitamente en esta figura.
El peso de la góndola 3 completa, incluyendo los componentes de góndola 7, 8, 9, 10, 11, 12 se soporta por una estructura de soporte de carga 13. Los componentes 8, 9, 10, 11, 12 están situados habitualmente en y/o conectados a esta estructura de soporte de carga 13 común. En esta realización simplificada, la estructura de soporte de carga 13 sólo se extiende a lo largo de la parte inferior de la góndola 3 por ejemplo en forma de un bastidor de base al que están conectados algunos o todos los componentes 7, 8, 9, 10, 11, 12.
En esta realización de la invención, el tren de accionamiento 14 se establece en un ángulo de funcionamiento normal NA de 8° en relación a un plano horizontal. El tren de accionamiento está inclinado, entre otros motivos, para permitir que el rotor 15 pueda inclinarse de manera correspondiente por ejemplo para garantizar que las palas 5 no entren en colisión con la torre 2, para compensar la cizalladura del viento, etc.
A medida que el rotor se activa por el viento, variaciones en el viento tienen un impacto sobre el funcionamiento de la turbina eólica por ejemplo en las fuerzas mecánicas que actúan sobre el tren de accionamiento 14 en conjunto y/o la velocidad de rotación del árbol de alta velocidad 11 y la velocidad de rotación del generador 9 en particular.
El sistema de tren de accionamiento mecánico 14 se comporta como un sistema mecánico dinámico y puede oscilar a su frecuencia propia natural y/o armónicos de la misma. Una oscilación de dicho sistema de tren de accionamiento mecánico puede iniciarse por influencias externas tales como variaciones o alternaciones en el viento y puede provocar un desgaste innecesario, provocar cargas de fatiga y provocar un funcionamiento ruidoso.
Por tanto se desea compensar dichas variaciones en el viento y oscilaciones del tren de accionamiento 14.
La figura 3 ilustra esquemáticamente un diagrama de bloques de control de un sistema de amortiguación del tren de accionamiento para varias turbinas eólicas de la técnica anterior.
Un valor de demanda de referencia de potencia Pref de por ejemplo un operador de red, control de parque, subestación o controlador de turbina eólica individual se recibe en la turbina eólica y se resta a un valor de la potencia generada real P* dando como resultado una señal de entrada de error de potencia lP a un controlador de potencia 16 de la turbina eólica.
Una función del controlador de potencia 16 es minimizar la señal de error de potencia lP lo que se consigue controlando parámetros de los componentes ilustrados esquemáticamente del controlador de potencia 16.
La velocidad de rotación real del generador Wgen se mide mediante medios de medición y se procesa a través de un filtro H(DTD) con el fin de producir una señal de realimentación de amortiguación del tren de accionamiento de corriente /par i/TDTD que se realimenta al lazo de corriente/par interno del controlador de potencia 16.
El filtro H(DTD) puede comprender, para diversas realizaciones de la técnica anterior, algoritmos FFT con el fin de extraer información relativa a la magnitud de señal de la velocidad de rotación del generador Wgen por ejemplo a la frecuencia propia del tren de accionamiento.
Un problema relacionado con esta técnica anterior es que los cálculos de algoritmos FFT con alta resolución de frecuencia tardan mucho tiempo y por tanto la generación de la señal de realimentación de corriente/par i/TDTD puede retardarse en el tiempo y no ser precisa lo que a su vez disminuye la eficacia de amortiguación.
Si el ancho de banda del lazo de control de potencia externo es alto en comparación con el lazo de corriente/par interno, el controlador de potencia 16 trata de controlar dos señales que apuntan en sentido opuesto. Una técnica convencional de la técnica anterior es, por tanto, ralentizar el lazo de potencia externo a por ejemplo 1/10 del ancho de banda del lazo de corriente/par.
Si además el lazo de corriente/par se ve afectado por una señal de amortiguación del tren de accionamiento i/T DTD podría ser necesario ralentizar aún más la velocidad del lazo de realimentación de potencia por ejemplo mediante un filtro LP 20.
El resultado es una adaptación relativamente lenta a influencias sobre el lazo de potencia.
La figura 4 ilustra esquemáticamente un diagrama de bloques de control de un sistema de compensación de oscilaciones del tren de accionamiento según una realización de la invención.
Un valor de referencia de potencia Pref de por ejemplo un operador de red, control de parque, subestación o controlador de turbina eólica individual se recibe en la turbina eólica y se resta a un primer valor de la potencia generada real P.
La velocidad de rotación real del generador Wgen se mide mediante medios de medición, se acondiciona mediante medios de acondicionamiento de señales 21 y se procesa a través de medios de control resonante H(RCM) con el fin de producir una señal de realimentación de potencia PRCM que se realimenta y se resta como un segundo valor de dicho valor de demanda de referencia de potencia Pref.
La modificación combinada de Pref mediante resta tanto de P como de PRCM da como resultado una señal de entrada de error de potencia lP al controlador de potencia 16 de la turbina eólica 1.
Una función del controlador de potencia 16 es minimizar la señal de error de potencia lP lo que se consigue controlando parámetros de los componentes ilustrados esquemáticamente del controlador de potencia 16.
El medio de control resonante H(RCM) puede comprender, para varias realizaciones de la invención, uno o más controladores PI y/o PID y para una realización preferida al menos uno de dichos uno o más controladores PI y/o PID es un controlador resonante.
Una característica destacada del medio de control resonante de la invención es que tiene una ganancia relativamente alta a una frecuencia resonante dada.
Otra característica destacada del medio de control resonante de la invención es que tiene sustancialmente desfase cero a dicha frecuencia resonante dada.
Para diversas realizaciones de la invención, dicha frecuencia resonante es una frecuencia de resonancia fundamental del tren de accionamiento.
Para una realización específica, dicha una frecuencia de resonancia fundamental es la frecuencia propia del tren de accionamiento.
Para una realización de la invención, dicha frecuencia de resonancia fundamental es un valor calculado basándose en, por ejemplo, modelado mecánico teórico.
Para otra realización de la invención, dicha frecuencia de resonancia fundamental se basa en datos y/o cálculos empíricos recopilados.
Para aún una realización adicional de la invención, la frecuencia resonante puede alterarse durante el funcionamiento.
Para otras realizaciones, la frecuencia resonante es otras frecuencias armónicas selectivas de la turbina eólica.
Una ventaja principal del medio de control resonante es que es adecuado para funcionar en armónicos selectivos y por tanto el medio de control resonante sintonizado para funcionar a la frecuencia propia del tren de accionamiento podrá disminuir la influencia de la compensación del tren de accionamiento sobre la potencia y el control de velocidad de la turbina.
Para una realización de la invención, el medio de control resonante tiene la siguiente función de transferencia:
Para realizaciones aún adicionales de la invención, el nivel del que la señal de realimentación de potencia PRCM que
se realimenta y resta como segundo valor al valor de referencia de potencia Pref está limitado a un nivel predefinido, es decir, la señal PRCM puede modificar el valor de referencia de potencia Prefr sólo en cierta medida.
De este modo, el impacto de la modificación de la referencia de potencia sobre la potencia generada está limitado y la potencia generada fluctuará únicamente limitada como resultado del control de compensación de oscilaciones del tren de accionamiento.
La limitación de PRCM puede estar, para diversas realizaciones, en el intervalo de por ejemplo el 0,1 al 25 por ciento de la potencia nominal o la potencia generada de la turbina eólica, tal como el 5 por ciento.
Para diversas realizaciones de la invención dichos límites pueden ser fijos, pueden alterarse o pueden ser adaptativos durante diferentes condiciones de funcionamiento.
Las figuras 5a, 5b y 5c representan algunas características de este medio de control resonante.
A la frecuencia resonante WDT = 21fDT el medio de control resonante tiene una ganancia relativamente alta y la fase pasa por cero. Cuanto más alejada esté de la frecuencia resonante, la ganancia del medio de control disminuirá drásticamente y, para diversas realizaciones, convergirá hacia un valor de ganancia predefinido.
Los parámetros de funcionamiento Kp y Ki son ganancia proporcional y ganancia integral, respectivamente. WDT es la frecuencia resonante que, para diversas realizaciones de la invención, es igual a la frecuencia propia del tren de accionamiento. WCU es un parámetro de funcionamiento de amortiguación usado para describir la nitidez de la característica cerca de la frecuencia resonante.
Para diversas realizaciones de la invención, los parámetros de funcionamiento del medio de control resonante pueden alterarse tal como durante el funcionamiento.
Sin amortiguación, es decir WCU = 0, el medio de control tiene idealmente una ganancia infinita a la frecuencia resonante WDT. Una ganancia demasiado alta a la frecuencia resonante WDT llevará a un alto intervalo de los parámetros del medio de control resonante lo que, a su vez, podría conllevar errores de implementación discretos. Por tanto es deseable, para una implementación práctica del medio de control resonante, mantener la ganancia en un nivel moderado.
La ganancia del medio de control resonante puede formularse de modo que:
Para diversas realizaciones de la invención, la ganancia del medio de control a CC y a la frecuencia resonante se se incluye en una lista para Kp = Kp y también para un compensador de armónicos puro es decir Kp = 0:
- Kp
- W IIHRCMU W)II
- Kp
- 0
- Kp
- Kp
- WDT Kp + Ki
- 0
- 0
- 0
- 0
- WDT Ki
Dependiendo de los valores de los parámetros Kp y Ki, las características del medio de control resonante pueden alterarse.
Para una realización preferida de la invención, el parámetro proporcional del medio de control resonante Kp se elige para ser cero.
La figura 5a ilustra las características de un medio de control resonante de la invención cargado con parámetros Kp = 0 y Ki = Ki según una realización de la invención.
A la frecuencia resonante WDT = 21fDT la curva de ganancia 17 del medio de control resonante muestra un pico destacado 18 y tiene una alta ganancia igual a 20log10(Ki). Cuanto más alejada esté de la frecuencia resonante WDT, la ganancia del medio de control disminuye drásticamente y cae hasta cero para W= 0.
A la frecuencia resonante WDT = 21fDT la curva de fase 19 pasa por cero. Para variaciones pequeñas relativas alrededor de WDT es decir dentro de los límites de frecuencia del ancho de banda, la fase cambia drásticamente.
Para frecuencias más alejadas de la frecuencia resonante, la curva de fase 19 converge a r 90 grados tal como se indica en la figura.
La figura 5b ilustra esquemáticamente las características de un medio de control resonante según otra realización de la invención para algunas configuraciones de parámetros ficticios siendo el parámetro de funcionamiento Kp > 0.
Una característica destacada de esta realización es que a la frecuencia resonante WDT = 21fDT la curva de ganancia 17 del medio de control resonante tiene un máximo 18 y tiene una alta ganancia igual a 20log10(Kp+Ki) y cuanto más alejada esté de la frecuencia resonante, la ganancia del medio de control converge hacia el nivel de ganancia indicado como X0, que para esta realización es 20log10(Kp).
Otra característica destacada de esta realización es que a la frecuencia resonante WDT = 21fDT la curva de fase 19 pasa por cero. Para variaciones pequeñas relativas alrededor de WDT es decir, dentro de los límites de frecuencia del ancho de banda, la fase cambia drásticamente pero para frecuencias alejadas de la frecuencia resonante la fase converge a 0 grados.
La figura 5c ilustra diagramas de Bode de las características de un medio de control de resonancia en el que el medio de control resonante de la invención está cargado con parámetros Kp = 0 y Ki = Ki para varios valores de WCU según diversas realizaciones de la invención.
Las curvas de ganancia 17a-d en la figura ilustran cómo se altera la nitidez de las curvas de ganancia al cambiar WCU es decir, para valores crecientes de WCU el ancho de banda del medio de control aumenta.
A la frecuencia resonante WDT = 21fDT las curvas de ganancia 17a-d del medio de control resonante muestran un máximo 18 destacado y tienen una alta ganancia igual a 20log10(Ki). Cuanto más alejada esté de la frecuencia resonante WDT la ganancia del medio de control disminuye drásticamente y cae a cero para W = 0.
Para todas las realizaciones de esta figura las curvas de fase 19a-d pasan por cero a la frecuencia resonante WDT = 21fDT. Para variaciones relativamente pequeñas alrededor de WDT la fase cambia drásticamente y para frecuencias más alejadas de la frecuencia resonante la fase converge a r 90 grados, tal como se ilustra en la figura.
Para diversas realizaciones, la presente invención puede implementarse en diversos tipos de turbinas eólicas y sistemas generadores tales como turbinas eólicas que comprenden uno o más generadores de inducción de doble alimentación o turbinas eólicas que comprenden sistemas convertidores de potencia a escala completa tales como turbinas eólicas de imanes permanentes.
- 1.
- Turbina eólica
- 2.
- Torre
- 3.
- Góndola
- 4.
- Buje
- 5.
- Pala
- 6.
- Mecanismo de paso
- 7.
- Engranaje
- 8.
- Sistema de frenado
- 9.
- Generador
- 10.
- �?rbol de rotor de baja velocidad
- 11.
- �?rbol de rotor de alta velocidad
- 12.
- Convertidor (inversor)
- 13.
- Estructura de soporte de carga
- 14.
- Tren de accionamiento
- 15.
- Rotor
- 16.
- Controlador de potencia
- 17.
- Curva de ganancia del medio de control resonante
- 18.
- Máximo de ganancia del medio de control resonante
5 19. Curva de fase del medio de control resonante
- 20.
- Filtro LP del lazo de realimentación de potencia
- 21.
- Medios de acondicionamiento de señales X0 Nivel de ganancia Kp Factor proporcional
Claims (14)
- REIVINDICACIONES1. Turbina eólica de velocidad variable conectada a una red de suministro que incluyeun rotor, que comprende al menos una pala,un tren de accionamiento conectado a dicho rotor, comprendiendo dicho tren de accionamiento una selección de al menos una caja de engranajes, y al menos un generador eléctrico,medios de medición que establecen al menos una señal de velocidad de rotación del tren de accionamiento, yal menos un controlador de potencia de turbina eólica conectado a dicho al menos un generador y dicha red de suministro,comprendiendo dicha turbina eólica además al menos un medio de control resonante que modifica un valor de referencia de potencia en respuesta a dicha al menos una señal de velocidad de rotación, estando dispuesto dicho medio de control resonante con una frecuencia de resonancia a la que tiene una ganancia relativamente alta, seleccionándose dicha frecuencia de resonancia de dicho medio de control resonante como una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento.
-
- 2.
- Turbina eólica según la reivindicación 1, en la que dicha una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento es la frecuencia propia del tren de accionamiento.
-
- 3.
- Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el ancho de banda de dicho medio de control resonante puede alterarse alterando al menos un parámetro de funcionamiento de dicho medio de control resonante.
-
- 4.
- Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la ganancia de dicho medio de control resonante a una frecuencia de resonancia puede alterarse alterando al menos un parámetro de funcionamiento de dicho medio de control resonante por ejemplo a frecuencia de CC.
-
- 5.
- Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el desfase de dicho medio de control resonante a una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento es sustancialmente cero.
-
- 6.
- Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho medio de control resonante tiene un desfase numérico creciente a frecuencias alejadas de una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento.
-
- 7.
- Turbina eólica según la reivindicación 5 ó 6, en la que la pendiente del desfase puede alterarse alterando al menos un parámetro de funcionamiento de dicho medio de control resonante.
-
- 8.
- Turbina eólica según la reivindicación 1, en la que dicha una frecuencia de resonancia fundamental de dicho medio de control resonante es un valor calculado por ejemplo un valor calculado predefinido.
-
- 9.
- Turbina eólica según la reivindicación 1 u 8, en la que dicha una frecuencia de resonancia fundamental de dicho medio de control resonante es un valor fijo o puede alterarse durante el funcionamiento, por ejemplo adaptativo, tal como a la frecuencia propia del tren de accionamiento.
-
- 10.
- Turbina eólica según la reivindicación 1 ó 9, en la que dicha frecuencia de resonancia es un valor predefinido y/o se estima.
-
- 11.
- Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el nivel del que dicho al menos un medio de control modifica un valor de referencia de potencia está limitado.
-
- 12.
- Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el nivel del que dicho al menos un medio de control modifica un valor de referencia de potencia está limitado para estar dentro de un nivel predefinido, preferiblemente en el intervalo del 0,1 al 25 por ciento de la potencia nominal y/o generada de dicha turbina eólica, tal como el 5 por ciento.
-
- 13.
- Turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho valor de referencia de potencia es un valor de referencia de potencia de dicho controlador de potencia.
-
- 14.
- Sistema de control resonante que comprende
al menos un controlador de potencia de una turbina eólica, estando conectado dicho controlador de potencia a al menos un generador de dicha turbina eólica y una red de suministro, yun medio de control resonante para modificar un valor de referencia de potencia en respuesta a al menos- una señal de velocidad de rotación de un tren de accionamiento de dicha turbina eólica, estando dispuesto
- dicho medio de control resonante
- con una frecuencia de resonancia a la que tiene una ganancia
- relativamente alta, seleccionándose dicha frecuencia de resonancia de dicho sistema de control resonante
- como una frecuencia de resonancia del tren de accionamiento.
- 5
- 15. Método de funcionamiento de un turbina eólica de velocidad variable conectada a una red de suministro,
- que comprende las etapas de
- establecer al menos una señal de velocidad de rotación de un tren de accionamiento de dicha turbina
- eólica,
- 10
- procesar dicha al menos una señal de velocidad de rotación en al menos un medio de control resonante, que tiene una frecuencia de resonancia a la que tiene una ganancia relativamente alta, seleccionándose
- dicha frecuencia de resonancia como una frecuencia de resonancia de dicho tren de accionamiento, y
- modificar un valor de referencia de potencia en respuesta a dicha al menos una señal de velocidad de
- rotación procesada.
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