ES2380744A1 - Method for monitoring the state of the support structure of a wind turbine (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador.Method to monitor the status of the support structure of a wind turbine.
El objeto de la presente invención es un método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador.The object of the present invention is a method to monitor the state of the support structure of a wind turbine
Un aerogenerador comprende una estructura de soporte sobre la cual se asienta una góndola conectada a un rotor, comprendiendo a su vez la estructura de soporte una torre y una cimentación. En la actualidad es conocida la importancia de que la frecuencia de oscilación de la torre se mantenga dentro de unos límites determinados, ya que en caso contrario pueden producirse problemas de estabilidad. En efecto, existen dos frecuencias importantes en un aerogenerador, que normalmente se denominan f_{p} y f_{3p}. La primera corresponde a la frecuencia de giro del rotor, mientras que la segunda corresponde a la frecuencia de paso de pala (que normalmente es el triple de la frecuencia de giro del rotor, ya que los aerogeneradores tienen habitualmente tres palas). Si la frecuencia de oscilación de la torre se acerca a alguna de estas dos frecuencias, podría producirse un fenómeno de resonancia, ampliándose las oscilaciones cada vez más hasta inutilizar o destruir el aerogenerador. Es habitual diseñar la torre de un aerogenerador con una frecuencia de oscilación entre las dos bandas de frecuencias f_{p} y f_{3p}.A wind turbine comprises a structure of support on which a gondola connected to a rotor sits, the support structure comprising a tower and a foundation. The importance of the tower swing frequency stay within about certain limits, otherwise they may occur stability problems In effect, there are two frequencies important in a wind turbine, which are usually called f_ {p} and f_ {3p}. The first corresponds to the frequency of rotation of the rotor, while the second corresponds to the frequency of blade pitch (which is usually three times the frequency of rotation of the rotor, since wind turbines usually have three Pallas). If the tower's swing frequency is close to either of these two frequencies, a phenomenon of resonance, expanding the oscillations more and more until disable or destroy the wind turbine. It is usual to design the tower of a wind turbine with a frequency of oscillation between the two frequency bands f_ {p} and f_ {3p}.
También es conocido que la frecuencia natural de oscilación de la torre depende del estado de la estructura de soporte, así como del terreno sobre la que ésta se asienta, y que por lo tanto es posible que se produzcan cambios en la misma desde la instalación del aerogenerador. Por ese motivo, existen documentos que describen sistemas para monitorizar la frecuencia de oscilación de la torre, llevándose a cabo determinadas acciones cuando dicha frecuencia desciende por debajo de unos valores umbrales fijos.It is also known that the natural frequency of tower swing depends on the state of the structure of support, as well as the ground on which it sits, and that therefore it is possible that changes in it from Wind turbine installation. For that reason, there are documents that describe systems to monitor the oscillation frequency of the tower, carrying out certain actions when said frequency drops below fixed threshold values.
La patente US 7124631 describe un método de monitorización de un aerogenerador consistente en medir las cargas en la torre y comparar dichas cargas con unos valores umbral predeterminados.US 7124631 describes a method of wind turbine monitoring consisting of measuring loads in the tower and compare these loads with threshold values default
La patente ES2305211 describe un método consistente en monitorizar las oscilaciones de la torre con acelerómetros, extraer las componentes de frecuencia de la oscilación de la torre y comparar dichas componentes con valores predeterminados.Patent ES2305211 describes a method consisting of monitoring tower oscillations with accelerometers, extract the frequency components from the tower swing and compare those components with values default
Por último, la solicitud WO2009/058993 describe un sistema de monitorización del suelo sobre el que se asienta la torre mediante la medida de la frecuencia natural de la torre.Finally, application WO2009 / 058993 describes a soil monitoring system on which the tower by measuring the natural frequency of the tower.
Los sistemas de monitorización descritos en la técnica anterior únicamente tienen en cuenta el cambio en la frecuencia de oscilación de la torre debida al deterioro de la estructura de soporte, y por ese motivo únicamente plantean la comparación de dicha frecuencia natural de la torre con unos umbrales predeterminados y constantes. Se trata de umbrales "absolutos" que solamente indican un acercamiento peligroso de la frecuencia de oscilación de la torre a las frecuencias f_{p} y f_{3p}.The monitoring systems described in the prior art only take into account the change in the tower oscillation frequency due to deterioration of the support structure, and for that reason they only raise the comparison of said natural frequency of the tower with some predetermined and constant thresholds. It's about thresholds "absolutes" that only indicate a dangerous approach of the oscillation frequency of the tower at the frequencies f_ {p} and f_ {3p}.
Los solicitantes de la presente invención han descubierto que la frecuencia de oscilación de la torre depende también de la carga a la que está sometida en cada momento. Dicho de un modo simple, cuando las cargas motivadas por el empuje del viento son pequeñas la estructura trabaja generalmente a compresión por el efecto del peso tanto del aerogenerador cómo de la propia estructura. Sin embargo, a cargas más altas al menos algunas partes empiezan a trabajar a tracción, lo que modifica sus características mecánicas y en último término la frecuencia de oscilación de la torre. Dicho cambio en el comportamiento al trabajar a tracción puede ser motivado por ejemplo por la apertura de juntas deterioradas, o en el caso de una estructura que comprende hormigón, por la apertura de fisuras. Teniendo esto en cuenta, es posible analizar los cambios en la frecuencia natural de la torre para obtener datos acerca del estado de la estructura de soporte o del suelo sobre el que se sustenta. También se pueden detectar tendencias que permitan predecir con antelación cambios en la estructura de soporte o en el terreno que requieran acciones correctivas.Applicants of the present invention have discovered that the tower's swing frequency depends also of the load to which it is subjected at all times. Said of a simple way, when the loads motivated by the thrust of the wind they are small the structure usually works under compression by the effect of the weight of both the wind turbine and its own structure. However, at higher loads at least some parts they start working on traction, which modifies their characteristics mechanical and ultimately the oscillation frequency of the tower. Said change in behavior when working on traction can be motivated for example by the opening of boards deteriorated, or in the case of a structure comprising concrete, for the opening of cracks. With this in mind, it is possible analyze the changes in the natural frequency of the tower to obtain data about the state of the support structure or the soil on which it rests. Can also be detected trends that allow predicting changes in advance in support structure or in the field that require actions corrective
En aerogeneradores de torre de hormigón, a partir de determinado nivel de carga la torre pasa a de trabajar a compresión a trabajar a tracción. Denominaremos "umbral de descompresión" al umbral de carga a partir del cual alguna parte de la torre empieza a trabajar a tracción, iniciándose la fisuración del hormigón y modificándose la frecuencia de oscilación para niveles de carga superiores al umbral de descompresión. Además, algunas de estas torres tienen cables de tensión que someten a la estructura a una tensión suficiente para que el hormigón trabaje siempre a compresión.In concrete tower wind turbines, to from a certain load level the tower goes from working to compression to work under tension. We will call "threshold of decompression "to the loading threshold from which some part of the tower begins to work to traction, beginning the cracking of concrete and changing the frequency of oscillation to load levels above the decompression threshold. Further, some of these towers have tension cables that subject the structure at a sufficient tension for the concrete to work Always compression.
A través del análisis de la frecuencia natural de oscilación de la torre en función de la carga a la que está sometida, la presente invención permite detectar la aparición de fisuras en la torre de hormigón, e incluso si se ha producido la rotura de algún cable en el caso de torres dotadas de cables de tensión.Through natural frequency analysis of oscillation of the tower depending on the load at which it is submitted, the present invention allows to detect the appearance of cracks in the concrete tower, and even if the breakage of a cable in the case of towers equipped with cables tension.
Independientemente del que la torre sea de
hormigón o de acero, la degradación de las juntas entre los módulos
que la componen también modificará la frecuencia natural de
oscilación para niveles de carga sobre la torre que hagan trabajar
dichas juntas a tracción. La presente invención permitirá detectar
también los fallos en las citadas
juntas.Regardless of whether the tower is made of concrete or steel, the degradation of the joints between the modules that compose it will also modify the natural frequency of oscillation for load levels on the tower that make these joints work by traction. The present invention will also detect failures in the aforementioned
together.
El presente método también permite detectar fallos en la cimentación de una torre. Por ejemplo en una cimentación pilotada, en la que se introducen pilotes en el terreno para fijar la estructura con una rigidez suficiente, puede producirse una degradación o rotura de los pilotes, lo que se manifestará en una modificación de la frecuencia de oscilación distinta en función del nivel de carga a que esté sometida la estructura.The present method also allows to detect foundation failures of a tower. For example in a piloted foundation, in which piles are introduced into the ground to fix the structure with sufficient rigidity, you can degradation or breakage of the piles occurs, which is will manifest in a modification of the oscillation frequency different depending on the level of load to which the structure.
Otra fuente de no linealidad es el suelo sobre el que se asienta la estructura. Además las características del suelo pueden evolucionar por diversas razones, entre las más habituales por la variación en la cantidad de agua que acumula. Por ello monitorizar la frecuencia de oscilación para cada nivel de carga y su evolución permite también detectar modificaciones en el estado del suelo.Another source of nonlinearity is the soil over the one that settles the structure. In addition the characteristics of soil can evolve for various reasons, among the most usual for the variation in the amount of water it accumulates. By this monitor the oscillation frequency for each level of load and its evolution also allows to detect changes in the soil condition
Por otro lado, la aplicación de aerogeneradores en el mar hace necesaria la utilización de estructuras de soporte más complicadas y por tanto más susceptibles de fallos que pueden ser detectados con el presente sistema.On the other hand, the application of wind turbines at sea it is necessary to use support structures more complicated and therefore more susceptible to failures that may be detected with the present system.
En consecuencia, la presente invención describe un método para monitorizar el estado de la estructura de soporte de un aerogenerador, preferentemente un aerogenerador que está al menos parcialmente fabricada de hormigón, que comprende los siguientes pasos: obtener periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre del aerogenerador y la carga que ejerce el viento sobre el aerogenerador en ese momento; analizar la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre para un rango de cargas determinado; y deducir información acerca del estado de la estructura de soporte del aerogenerador en función de dicha evolución. A continuación se describe con mayor detalle cada uno de estos pasos:Accordingly, the present invention describes a method to monitor the state of the support structure of a wind turbine, preferably a wind turbine that is at least partially made of concrete, comprising the following Steps: Periodically obtain the oscillation frequency of the wind turbine tower and the load exerted by the wind on the wind turbine at that time; analyze the evolution of the frequency tower oscillation for a given range of loads; Y deduce information about the state of the support structure of the wind turbine based on this evolution. Then you describe in more detail each of these steps:
1) Obtener periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre del aerogenerador y la carga que ejerce el viento sobre el aerogenerador en ese momento.1) Periodically obtain the oscillation frequency of the wind turbine tower and the wind load on the wind turbine at that time .
Como se ha descrito previamente en el presente documento, para poder evaluar el estado de la estructura de soporte es necesario tener en cuenta el par de valores (frecuencia de oscilación, carga). La frecuencia de oscilación se mide habitualmente empleando un acelerómetro fijado a la torre o a la góndola del aerogenerador. Preferentemente, la medida de la frecuencia de oscilación se lleva a cabo en a una dirección sustancialmente perpendicular al plano de giro del rotor del aerogenerador.As previously described herein document, to be able to evaluate the state of the support structure it is necessary to take into account the pair of values (frequency of swing, load). The oscillation frequency is measured usually using an accelerometer attached to the tower or to the wind turbine gondola. Preferably, the measure of the oscillation frequency is carried out in one direction substantially perpendicular to the plane of rotation of the rotor of the wind turbine
Por otro lado, la carga producida por el viento sobre el aerogenerador se toma preferentemente como el momento en la base de la torre. Sin embargo, de acuerdo con otra realización particular es posible simplificar los cálculos y tomar la carga sobre el aerogenerador directamente como la velocidad del viento. En este caso, la velocidad del viento se obtiene por medio de un anemómetro dispuesto en la góndola de la torre.On the other hand, the load produced by the wind on the wind turbine is preferably taken as the moment in the tower base. However, according to another embodiment particular it is possible to simplify the calculations and take the load on the wind turbine directly as the wind speed. In in this case, the wind speed is obtained by means of a anemometer arranged in the gondola of the tower.
En otra realización preferida de la invención, se almacena periódicamente la frecuencia de oscilación de la torre y la carga a la que se produce.In another preferred embodiment of the invention, the oscillation frequency of the tower is periodically stored and the load at which it occurs.
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2) Analizar la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre para un rango de cargas determinado.2) Analyze the evolution of the tower's oscillation frequency for a given load range .
Este análisis se puede realizar en tiempo real o bien off-line. Preferentemente, se estima una tendencia temporal de la frecuencia de oscilación de la torre para una carga determinada. Esta tendencia temporal indicará el grado de deterioro de la estructura de soporte. Nótese la imposibilidad de llevar a cabo este análisis en la técnica anterior, ya que al no tener en cuenta la carga sobre la estructura, los datos de frecuencia de oscilación obtenidos no guardaban ninguna relación entre sí, y por lo tanto no era posible obtener ninguna tendencia temporal.This analysis can be performed in real time or good off-line Preferably, an estimated temporal trend of tower swing frequency for a certain load This temporal trend will indicate the degree of deterioration of the support structure. Note the impossibility of carry out this analysis in the prior art, since at no take into account the load on the structure, the data of obtained oscillation frequency did not have any relationship each other, and therefore it was not possible to obtain any tendency temporary.
Según una realización preferida, la tendencia
temporal se estima a partir del tiempo transcurrido hasta que la
frecuencia de oscilación de la torre, para unos valores de carga
dentro de un rango predeterminado, rebasa una primera frecuencia
umbral. La primera frecuencia umbral se establece experimentalmente
una distancia por debajo de la frecuencia de oscilación que presenta
la torre en un momento determinado para los mismos niveles de carga.
El citado cálculo de la primera frecuencia umbral puede hacerse
tanto en el momento inicial de la vida de la estructura de soporte
como en cualquier otro momento de la vida útil de la estructura
soporte del aerogenerador. El rebasamiento de la primera frecuencia
umbral indicará un deterioro progresivo de la estructura de soporte
y el tiempo transcurrido hasta que sucede dicho sobrepasamiento es
indicativo de la tendencia en el comportamiento de la
estructura
soporte.According to a preferred embodiment, the temporal trend is estimated from the time elapsed until the tower's oscillation frequency, for load values within a predetermined range, exceeds a first threshold frequency. The first threshold frequency is experimentally established a distance below the oscillation frequency that the tower presents at a given time for the same load levels. The aforementioned calculation of the first threshold frequency can be made both at the initial moment of the life of the support structure and at any other time of the useful life of the support structure of the wind turbine. The exceeding of the first threshold frequency will indicate a progressive deterioration of the support structure and the time elapsed until said overcoming occurs is indicative of the tendency in the structure behavior
support.
De acuerdo con otra realización preferida de la invención, la tendencia temporal se estima a partir de dos valores de la frecuencia de oscilación correspondientes al mismo rango de cargas obtenidos en momentos diferentes.According to another preferred embodiment of the invention, the temporal trend is estimated from two values of the oscillation frequency corresponding to the same range of loads obtained at different times.
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3) Deducir información acerca del estado de la estructura de soporte del aerogenerador en función de dicha evolución.3) Deduct information about the state of the wind turbine support structure based on this evolution .
Por último, en función de los datos analizados en el paso anterior se puede obtener información acerca del estado de la estructura de soporte. Por ejemplo, como se ha mencionado anteriormente, cuando la frecuencia de oscilación de la torre desciende por debajo de la primera frecuencia umbral se deduce que la estructura de soporte está deteriorada. De igual modo, a partir de las tendencias temporales de la frecuencia de oscilación de la torre se puede predecir con antelación el momento en que el deterioro de la estructura de soporte será excesivo, lo cual permite tomar las acciones correctivas necesarias.Finally, based on the analyzed data in the previous step you can get information about the status of the support structure. For example, as mentioned previously when the tower's swing frequency drops below the first threshold frequency it follows that The support structure is damaged. Similarly, starting of the temporal trends of the oscillation frequency of the tower can be predicted in advance the time when the deterioration of the support structure will be excessive, which allows take the necessary corrective actions.
Incluso, correlacionando la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre con las contingencias a las que ha estado sometido el aerogenerador durante un período de tiempo, puede ser posible determinar cuáles han sido las causas del deterioro.Even, correlating the evolution of the tower oscillation frequency with the contingencies at which the wind turbine has been subjected for a period of time, it may be possible to determine what the causes of deterioration.
De acuerdo con otra realización preferida de la invención, el método descrito puede además comprender los pasos de:According to another preferred embodiment of the invention, the described method may further comprise the steps from:
- obtener la dirección del viento;- get wind direction;
- analizar la evolución de la frecuencia de oscilación de la torre para una carga sobre el aerogenerador y una dirección del viento determinados; y- analyze the evolution of the frequency of tower swing for a load on the wind turbine and a wind direction determined; Y
- deducir información acerca del estado del sector de la estructura de soporte situada a barlovento.- deduce information about the status of sector of the windward support structure.
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El efecto del viento sobre la estructura de soporte normalmente es el de provocar una mayor compresión del sector situado a sotavento y disminuir la compresión, llegando incluso a provocar tracción, en el sector situado a barlovento. Por lo tanto, los cambios que se producen en la frecuencia de oscilación, para una carga y dirección del viento determinados, reflejan el estado de la estructura específicamente en el sector situado a barlovento.The effect of wind on the structure of support is usually to cause greater compression of the leeward sector and decrease compression, reaching even to cause traction, in the windward sector. By therefore, the changes that occur in the frequency of swing, for a given wind load and direction, they reflect the state of the structure specifically in the sector Located to windward.
Preferentemente, la dirección del viento se obtiene a partir de la orientación de la góndola del aerogenerador. Además, según otra realización preferida de la invención se almacena periódicamente la dirección del viento junto a los datos de carga y frecuencia de oscilación de la torre.Preferably, the wind direction is obtained from the orientation of the wind turbine gondola. Furthermore, according to another preferred embodiment of the invention it is stored periodically wind direction along with the load data and swing frequency of the tower.
En consecuencia, una realización particular de la invención comprende determinar si la frecuencia de oscilación desciende por debajo de una segunda frecuencia umbral para un rango de cargas sobre el aerogenerador y un rango de direcciones del viento determinados. Según otra realización preferida de la invención, el descenso de la frecuencia de oscilación de la torre por debajo de la segunda frecuencia umbral es indicativo de un deterioro de un sector de la estructura de soporte situado a barlovento.Consequently, a particular embodiment of the invention comprises determining whether the frequency of oscillation descends below a second threshold frequency for a range of loads on the wind turbine and a range of addresses of certain wind. According to another preferred embodiment of the invention, the decrease in the frequency of oscillation of the tower below the second threshold frequency is indicative of a deterioration of a sector of the support structure located at windward.
Por último, el método de la invención puede ser llevado a cabo en una unidad de procesamiento u ordenador ubicado en la torre o en una ubicación remota. Por lo tanto, la invención se extiende igualmente a los programas de ordenador adaptados para llevar a la práctica el método de la invención, particularmente los programas de ordenador que se encuentran situados sobre o dentro de una portadora. El programa puede tener la forma de código fuente, código objeto, una fuente intermedia de código y código objeto, por ejemplo, como en forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada para uso en la puesta en práctica de los procesos según la invención. La portadora puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de soportar el programa.Finally, the method of the invention can be carried out in a processing unit or computer located in the tower or in a remote location. Therefore, the invention is also extends to computer programs adapted to carry out the method of the invention, particularly those computer programs that are located on or within a carrier The program can have the form of source code, object code, an intermediate source of code and object code, by example, as in partially compiled form, or in any other suitable form for use in the implementation of processes according to the invention. The carrier can be any entity or device capable of supporting the program.
Por ejemplo, la portadora podría incluir un medio de almacenamiento, por ejemplo, una memoria ROM, una memoria CD ROM o una memoria ROM de semiconductor, o un soporte de grabación magnética, por ejemplo, un disco flexible o un disco duro. Además, la portadora puede ser una portadora transmisible, por ejemplo, una señal eléctrica u óptica que podría transportarse a través de cable eléctrico u óptico, por radio o por cualesquiera otros medios.For example, the carrier could include a storage medium, for example, a ROM, a memory CD ROM or a semiconductor ROM, or a recording medium magnetic, for example, a flexible disk or a hard disk. Further, the carrier can be a transmissible carrier, for example, a electrical or optical signal that could be transported through cable electrical or optical, by radio or by any other means.
Cuando el programa va incorporado en una señal que puede ser transportada directamente por un cable u otro dispositivo o medio, la portadora puede estar constituida por dicho cable u otro dispositivo o medio.When the program is incorporated into a signal which can be transported directly by a cable or another device or medium, the carrier may be constituted by said cable or other device or medium.
Como variante, la portadora podría ser un circuito integrado en el que va incluido el programa, estando el circuito integrado adaptado para ejecutar, o para ser utilizado en la ejecución de, los procesos correspondientes.As a variant, the carrier could be a integrated circuit in which the program is included, the integrated circuit adapted to run, or to be used in the execution of the corresponding processes.
La Fig. 1 muestra un esquema simplificado de un aerogenerador.Fig. 1 shows a simplified scheme of a wind turbine
La Fig. 2 muestra una gráfica que representa la evolución de la frecuencia de oscilación de una torre con respecto a la carga, para varios momentos en la vida de una torre.Fig. 2 shows a graph representing the evolution of the frequency of oscillation of a tower with respect to the load, for several moments in the life of a tower.
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La Fig. 3 muestra la distribución estadística de la frecuencia de oscilación de la torre para una carga constante, en varios momentos en la vida de una torre.Fig. 3 shows the statistical distribution of the swing frequency of the tower for a constant load, in Several moments in the life of a tower.
La Fig. 4 muestra un esquema del efecto del viento sobre la torre de un aerogenerador.Fig. 4 shows a schematic of the effect of wind over the tower of a wind turbine.
Se describe a continuación el procedimiento de la invención haciendo referencia a las figuras adjuntas.The procedure of the invention with reference to the attached figures.
La Fig. 1 muestra un aerogenerador (1) formado
por una torre (2) de hormigón sobre la cual está montada una góndola
(3) y un rotor (4). La torre (2), a su vez, se está soportada por
una estructura de soporte que comprende una cimentación (5) apoyada
sobre el terreno (6). La góndola (3) de este ejemplo tiene un
acelerómetro (7) para medir la aceleración en una dirección paralela
al eje de rotación del rotor (4). A partir de la señal proporcionada
por el acelerómetro (7), utilizando técnicas habituales en
procesamiento de señal como la transformada de Fourier y el
cálculo
del espectro de densidad de potencia, es posible
extraer el valor de la frecuencia natural de oscilación de la torre
(2).Fig. 1 shows a wind turbine (1) formed by a concrete tower (2) on which a gondola (3) and a rotor (4) are mounted. The tower (2), in turn, is supported by a support structure comprising a foundation (5) supported on the ground (6). The gondola (3) of this example has an accelerometer (7) to measure the acceleration in a direction parallel to the axis of rotation of the rotor (4). From the signal provided by the accelerometer (7), using usual techniques in signal processing such as Fourier transform and calculation
from the power density spectrum, it is possible to extract the value of the natural oscillation frequency of the tower (2).
La carga sobre el aerogenerador (1) se puede obtener de diferentes modos, según se ha explicado previamente, aunque en este ejemplo se toma directamente la velocidad del viento procedente de un anemómetro (8) ubicado en la parte superior de la góndola (3). Otra posibilidad podría ser el uso del ángulo de paso de pala, indicativo de la velocidad del viento, o bien las medidas obtenidas por unas galgas extensométricas dispuestas en la torre (2) para medir sus deformaciones.The load on the wind turbine (1) can be obtain in different ways, as previously explained, although in this example the wind speed is taken directly from an anemometer (8) located at the top of the gondola (3). Another possibility could be the use of the step angle Shovel, indicative of wind speed, or measurements obtained by strain gauges arranged in the tower (2) to measure its deformations.
La Fig. 2 muestra la frecuencia de oscilación (f_{osc}) de la torre (2) en función de la carga (C) en tres momentos de la vida de un aerogenerador (1). La gráfica (a) muestra el comportamiento de la frecuencia de oscilación poco después de la instalación del aerogenerador (1). Su estructura de soporte aún no ha sufrido daños, y por lo tanto la frecuencia de oscilación de la torre (2) es constante para cualquier valor de la carga. A medida que transcurre el tiempo, la estructura de soporte se va deteriorando hasta llegar a la situación de la gráfica (b), donde se produce una disminución de la frecuencia de oscilación para cargas que superen la carga de descompresión (C_{D}). Esta situación se acentúa con el tiempo hasta llegar a la situación de la gráfica (c), donde el descenso de la frecuencia por encima de la carga de descompresión (C_{D}) es aún más acentuada.Fig. 2 shows the oscillation frequency (f_ {osc}) of the tower (2) depending on the load (C) in three moments of the life of a wind turbine (1). The graph (a) shows the oscillation frequency behavior shortly after the wind turbine installation (1). Its support structure is not yet has suffered damage, and therefore the frequency of oscillation of the Tower (2) is constant for any load value. Custom As time goes by, the support structure goes away deteriorating until reaching the situation of the graph (b), where produces a decrease in the frequency of oscillation for loads that exceed the decompression load (C_ {D}). This situation is accentuates over time to reach the situation of the graph (c), where the frequency drop above the load of decompression (C_ {D}) is even more pronounced.
La disminución de la frecuencia de oscilación en una torre (2) de hormigón puede ser debida a la aparición de grietas motivadas por el trabajo a tracción de al menos una parte de la estructura de soporte. Las grietas afectan al comportamiento de la estructura de soporte únicamente en los momentos en que esta trabaja a tracción. Dicho trabajo a tracción puede estar previsto si se trata de un aerogenerador (1) sin postensión, o imprevisto si se trata de un aerogenerador (1) con postensión a la que se le ha roto algún cable. También una degradación en las juntas de una torre (2) de hormigón o acero puede producir una disminución en la frecuencia de oscilación que se manifestará para cargas que hacen que dichas juntas trabajen a tracción.The oscillation frequency decrease in a concrete tower (2) may be due to the appearance of cracks motivated by the tensile work of at least part of the support structure. The cracks affect the behavior of the support structure only at times when it works to traction Said tensile work may be provided if it is a wind turbine (1) without postponement, or unexpected if it is a wind turbine (1) with a post that has been broken some cable Also a degradation in the joints of a tower (2) concrete or steel can cause a decrease in frequency of oscillation that will be manifested for loads that make said together work on traction.
El método de la invención comprende vigilar cambios en la frecuencia de oscilación correspondientes a una carga determinada para deducir información acerca del estado de la estructura.The method of the invention comprises monitoring oscillation frequency changes corresponding to a load determined to deduce information about the state of the structure.
La Fig. 3 representa el porcentaje de ocurrencias cuando la carga está dentro de un rango preestablecido de cargas, o bien el viento dentro de un rango preestablecido de velocidades de viento. Se muestra la frecuencia de oscilación obtenida en los momentos (a), (b) y (c) descritos previamente. Se observa cómo para ese rango de cargas, a medida que transcurre el tiempo la frecuencia de oscilación se va reduciendo, acercándose progresivamente a la frecuencia de excitación f_{p}. Por lo tanto, para estimar la tendencia se puede establecer un umbral para la frecuencia de oscilación específicamente para el un rango de cargas (C_{1}, C_{2}). Por ejemplo, dicho umbral se puede establecer decrementando en una constante los valores actuales de frecuencia de oscilación correspondiente al rango de cargas (C_{1}, C_{2}).Fig. 3 represents the percentage of occurrences when the load is within a preset range of loads, or wind within a preset range of wind speeds The oscillation frequency is displayed obtained in moments (a), (b) and (c) described previously. Be see how for that range of charges, as the time the frequency of oscillation is reduced, approaching progressively at the excitation frequency f_ {p}. Thus, to estimate the trend a threshold can be established for oscillation frequency specifically for the one range of loads (C 1, C 2). For example, said threshold can be set decreasing the current frequency values of a constant oscillation corresponding to the range of loads (C 1), C_ {2}).
El tiempo que transcurre hasta que dicho umbral es rebasado es una señal indicativa de la tendencia temporal de las frecuencias de oscilación, y por tanto de la evolución de la degradación de la estructura o de las condiciones del suelo. Además, pueden emplearse técnicas estadísticas habituales para que dicha comparación con el valor umbral no se vea afectada por el ruido de las medidas, como es realizar medias de series temporales o contar el número de ocurrencias en que la medida rebasa el umbral.The time that elapses until said threshold is exceeded is a signal indicative of the temporal trend of oscillation frequencies, and therefore of the evolution of the degradation of the structure or soil conditions. Further, usual statistical techniques can be used to ensure that comparison with the threshold value is not affected by the noise of the measurements, such as making time series means or counting the number of occurrences in which the measure exceeds the threshold.
Alternativamente, la tendencia se puede estimar a partir de las frecuencias de oscilación obtenidas en dos tiempos distintos. Se elegirán frecuencias de oscilación correspondientes a cargas dentro de un mismo rango. A partir de las diferencias entre dichas frecuencias de oscilación y el tiempo transcurrido entre las dos mediciones se extrae la tendencia temporal de la frecuencia de oscilación para ese rango de frecuencias.Alternatively, the trend can be estimated from the oscillation frequencies obtained in two times different. Swing frequencies corresponding to loads within the same range. From the differences between said oscillation frequencies and the time elapsed between two measurements the temporal trend of the frequency of oscillation for that frequency range.
En un método alternativo, se analiza la evolución temporal de la frecuencia de oscilación para cargas dentro de un umbral determinado y direcciones de viento dentro de un umbral determinado. La Fig. 4 muestra una sección de la torre (2) en la que se han definido varios sectores. En dicha sección, hay un sector (9) deteriorado, bien debido a la rotura de cables de tensión o bien a juntas horizontales degradadas. El efecto de dichos problemas en la frecuencia de oscilación de la torre (2) será especialmente visible en direcciones de viento V dentro del sector (9), ya que las cargas producidas por dicho viento producen tracción ese sector a partir de un cierto valor de carga. Esta realización alternativa permite detectar los fallos con antelación y además localizarlos dentro del perímetro de la torre.In an alternative method, the temporal evolution of the oscillation frequency for loads within of a given threshold and wind directions within a threshold determined. Fig. 4 shows a section of the tower (2) in which Several sectors have been defined. In this section, there is a sector (9) deteriorated, either due to the breakage of tension cables or due to degraded horizontal joints. The effect of such problems on the tower oscillation frequency (2) will be especially visible in wind directions V within the sector (9), since the loads produced by this wind produce traction that sector from A certain load value. This alternative embodiment allows detect faults in advance and also locate them within the perimeter of the tower.
El método de la invención puede ser ejecutado por una unidad de procesamiento que puede estar situada en el aerogenerador (1). En una realización alternativa el método de la invención es ejecutado al menos en parte por una unidad de procesamiento remota que recibe los valores de frecuencia y momento en la base, por ejemplo a través de una red de comunicaciones.The method of the invention can be executed. by a processing unit that may be located in the wind turbine (1). In an alternative embodiment the method of invention is executed at least in part by a unit of remote processing that receives frequency and momentum values at the base, for example through a communications network.
Claims (17)
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| CN113027690A (en) * | 2019-12-24 | 2021-06-25 | 新疆金风科技股份有限公司 | Tower foundation cracking detection method and detection device of wind generating set |
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