ES2397468B1 - EQUIPMENT FOR THE ESTIMATION OF DEMANDS OF PITCH ANGLE OR INDEPENDENT PITCH ANGLE SPEED FOR EACH SHOVEL IN AEROGENERATORS - Google Patents

EQUIPMENT FOR THE ESTIMATION OF DEMANDS OF PITCH ANGLE OR INDEPENDENT PITCH ANGLE SPEED FOR EACH SHOVEL IN AEROGENERATORS Download PDF

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Abstract

Equipo para la estimación de demandas de ángulo de pitch o velocidades de ángulo de pitch independiente para cada pala en aerogeneradores, para incorporarse accesoriamente en relación con el sistema de control (3) propio del aerogenerador de aplicación, comprendiendo un sistema de medición (1) y un autómata (2), incluyendo el sistema de comunicaciones (1) un conjunto de sensores (4) que se disponen sobre las palas del aerogenerador, mientras que el autómata (2) comprende un módulo (8) que en función de la información del sistema de medición (1) realiza un cálculo de control individual de pitch de cada pala, generando una señal para que el PLC (9) del sistema de control (3) del aerogenerador transmita una orden para que unos actuadores (10) hagan girar a las palas individualmente en torno a su eje longitudinal.Equipment for estimating pitch angle demands or independent pitch angle speeds for each blade in wind turbines, to be incorporated accessoryly in relation to the control system (3) of the application wind turbine, comprising a measurement system (1) and an automaton (2), including the communications system (1) a set of sensors (4) that are arranged on the blades of the wind turbine, while the automaton (2) comprises a module (8) that depending on the information of the measurement system (1) performs an individual pitch control calculation of each blade, generating a signal for the PLC (9) of the wind turbine's control system (3) to transmit an order for actuators (10) to rotate to the blades individually around its longitudinal axis.

Description

EQUIPO PARA LA ESTIMACIÓN DE DEMANDAS DE ANGULO DE PITCH O VELOCIDAD DE ANGULO DE PITCH INDEPENDIENTE PARA CADA PALA EN AEROGENERADORES EQUIPMENT FOR ESTIMATING DEMANDS OF ANGLE OF PITCH OR INDEPENDENT PITCH ANGLE SPEED FOR EVERY PALA IN AEROGENERATORS

Sector de la técnica Technical sector

La presente invención está relacionada con el control de la orientación de las palas de The present invention is related to the control of the orientation of the blades of

aerogeneradores, para optimizar el rendimiento, reducir wind turbines, to optimize performance, reduce

las the
cargas y evitar la rotura de las mismas, charges Y avoid the break from  the same,

proponiendo proposing
un equipo que es incorporable a team that is incorporated

independientemente independently
respecto del sistema de control respect of the system of control

propio integrado en el aerogenerador, para determinar un control individual de la orientación de cada una de las palas. integrated into the wind turbine, to determine an individual control of the orientation of each of the blades.

Estado de la técnica State of the art

En los aerogeneradores es fundamental el control de la orientación de las palas, que se conoce corno quot;pitchn, para optimizar el rendimiento de los aerogeneradores y evitar la rotura de las palas por las cargas de esfuerzos que tienen que soportar en el funcionamiento. Dicho control tiene corno objetivo In wind turbines, it is essential to control the orientation of the blades, which is known as "pitchn", to optimize the performance of the wind turbines and avoid the breakage of the blades due to the stress loads they have to bear in operation. This control has as objective

mantener keep
la carga de esfuerzo de las palas por debajo the load from effort from the Pallas by below

de from
un nivel crítico, tanto para la rotura por carga a level critical, so much for the break by load

extrema, extreme
corno para una posible rotura por carga a horn for a possible break by load to

fatiga. fatigue.

En un principio ese control de la orientación de las palas de los aerogeneradores se determinaba en At first that control of the orientation of the blades of the wind turbines was determined in

relación con un accionamiento que actuaba simultáneamente sobre todas las palas del relationship with a drive that acted simultaneously on all the blades of the

aerogenerador; pero se ha comprobado que se consigue una mayor efectividad si el control se realiza wind turbine; but it has been proven that greater effectiveness is achieved if the control is carried out

individualmente respecto de cada pala, ya que en función de la posición individual de las palas en cada momento la orientación ideal de las mismas debe ser una u otra. individually with respect to each blade, since depending on the individual position of the blades at each moment the ideal orientation of the blades must be one or the other.

Para For
ello, en el PLC de control de los it, in he PLC from control from the

aerogeneradores wind turbines
actuales se disponen integrados current be have integrated

sistemas systems
que permiten establecer dicho control that allow establish saying control

individual de las palas. Soluciones de este tipo son, por ejemplo, las que recogen los documentos WO 01/33075 y wo 2009/056869. Single blades. Solutions of this type are, for example, those contained in WO 01/33075 and WO 2009/056869.

Sin embargo, surge la necesidad de aplicar también esa solución de control individual de la orientación de las palas, en los aerogeneradores ya instalados, ya que con dicho control y la monitorización de las cargas que soporta durante su vida una pala de aerogenerador, se consigue una ventaja muy importante, que es poder conocer exactamente el grado de fatiga de la pala y, por lo tanto, la necesidad de sustituirla o no; sustitución que actualmente se realiza tras un número fijo de horas (por ejemplo unas 10.000 horas), sin valorar si la pala está en condiciones de poder seguir trabajando sin riesgo de rotura. However, the need arises to also apply that solution for individual control of the orientation of the blades, in the already installed wind turbines, since with said control and the monitoring of the loads that a wind turbine blade supports during its life, it is achieved a very important advantage, that is to be able to know exactly the degree of fatigue of the blade and, therefore, the need to replace it or not; replacement that is currently done after a fixed number of hours (for example about 10,000 hours), without assessing whether the blade is able to continue working without risk of breakage.


Para establecer el control individual de la orientación de las palas en los aerogeneradores ya instalados, lo ideal sería modificar la programación del PLC de control del aerogenerador, para que tenga en cuenta nuevas medidas que permitan realizar el accionamiento individual de la orientación de cada pala; pero esta modificación es muy compleja y conlleva el riesgo de alterar otros funcionamientos, por lo que los distribuidores de los software de control son reacios a introducir dicha modificación en el software
In order to establish the individual control of the orientation of the blades in the already installed wind turbines, the ideal would be to modify the programming of the PLC control of the wind turbine, so that it takes into account new measures that allow the individual operation of the orientation of each blade; but this modification is very complex and entails the risk of altering other operations, so the distributors of control software are reluctant to introduce such modification in the software

de from
los aerogeneradores no previstos de origen para el the wind turbines no planned  from origin for he

mencionado mentioned
control indivi dual de orientación de las control indivi dual from orientation from the

palas. Pallas.
Objeto de la invención Object of the invention

De acuerdo con la invención se propone un equipo que, sin necesidad de modificar el PLC de control del aerogenerador de aplicación, se puede instalar accesoriamente en relación con dicho PLC, para determinar el control individual de la orientación de las palas del aerogenerador. In accordance with the invention, a device is proposed which, without the need to modify the application wind turbine control PLC, can be installed accessoryly in relation to said PLC, to determine the individual control of the orientation of the wind turbine blades.

Este equipo objeto de la invención consta de un sistema de medición y un autómata, de manera que, por medio de sensores instalados en las palas del aerogenerador, el sistema de medición obtiene datos de los esfuerzos a los que está sometida cada pala, transmitiendo dichos datos al autómata, el cual procesa los datos en combinación con una información complementaria que recibe del PLC de control del aerogenerador, calculando unos valores reales de momentos en dos direcciones perpendiculares a la dirección longitudinal de cada pala, en función de los cuales envía a su vez una información al PLC de control del aerogenerador, para que éste ordene el movimiento de unos actuadores individuales de orientación de las palas. This equipment object of the invention consists of a measurement system and an automaton, so that, by means of sensors installed in the wind turbine blades, the measurement system obtains data on the stresses to which each blade is subjected, transmitting said data to the automaton, which processes the data in combination with complementary information that it receives from the wind turbine control PLC, calculating real values of moments in two directions perpendicular to the longitudinal direction of each blade, depending on which it sends to its Once an information is given to the wind turbine control PLC, so that it can order the movement of individual blades orientation actuators.


El autómata del equipo de la invención incluye un módulo de detección de defectos, el cual a la vista de los momentos calculados de cada pala, activa una alarma si los valores denotan un defecto grave; y un módulo de almacenamiento, en el cual se almacenan los valores de las cargas de las palas, para enviarlos, cuando son requeridos, a un equipo externo que dispone de un interfaz de usuario para procesar las cargas y un módulo de monitorización que permite monitorizar la actuación del autómata de control individual de las palas de un conjunto de aerogeneradores simultáneamente.
The automaton of the equipment of the invention includes a defect detection module, which, in view of the calculated moments of each blade, activates an alarm if the values denote a serious defect; and a storage module, in which the values of the shovel loads are stored, to send them, when required, to an external device that has a user interface to process the loads and a monitoring module that allows monitoring the operation of the individual control automaton of the blades of a set of wind turbines simultaneously.

Por todo ello, el equipo de la invención resulta de unas características muy ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la función de control individual de la orientación de las palas de aerogeneradores, a la que está destinado, así como dotar de la capacidad de estimación de daño acumulado e instantáneo en las palas, o la detección de un fallo en las mismas. Therefore, the equipment of the invention results from very advantageous characteristics, acquiring its own life and preferential character for the function of individual control of the orientation of the wind turbine blades, to which it is intended, as well as providing the capacity of Accumulated and instantaneous damage estimate on the blades, or the detection of a failure in the blades.

Descripción de las figuras Description of the figures

La The
figura 1 muestra un esquema en bloques del figure one sample a scheme in blocks of the

equipo team
objeto de la invención, en relación con el object from the invention, in relationship with he

sistema de system of
control propio de un aerogenerador. own control of a wind turbine

Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention

El objeto de la invención se refiere a un equipo destinado para determinar un control individual de la orientación de las palas en los aerogeneradores, sin modificación del PLC de control propio del aerogenerador de aplicación. The object of the invention relates to equipment intended to determine an individual control of the orientation of the blades in the wind turbines, without modification of the PLC control of the application wind turbine.


El equipo preconizado comprende un sistema de medición ( 1) ' en combinación con un autómata ( 2) ' de manera que el equipo de medición ( 1) obtiene datos de las cargas a las que es sometida cada una de las palas del aerogenerador de aplicación, los cuales datos son
The recommended equipment comprises a measuring system (1) 'in combination with an automaton (2)' so that the measuring equipment (1) obtains data on the loads to which each of the blades of the application wind turbine is subjected , which data are

procesados processed
por el autómata (2) junto con una by he automaton (2) together with a

información information
complementaria que recibe del sistema de complementary that receives of the system from

control control
(3) propio del aerogenerador, para enviar al (3) own of the wind turbine, for Send to the

PLC (9) de dicho sistema de control ( 3) del PLC (9) of said control system (3) of the

aerogenerador sugerencias de accionamiento de unos actuadores (10) de orientación individual de las palas. wind turbine suggestions for actuation of actuators (10) for individual orientation of the blades.

El sistema de medición (1) comprende un conjunto de sensores ( 4) instalados en la raíz de cada pala, para obtener datos que permitan determinar los esfuerzos a los que es sometida la pala, incluyendo unos sensores de deformación, preferentemente formados por fibras de quot;braggquot;, y para compensar la temperatura de los mismos unos sensores de temperatura. The measuring system (1) comprises a set of sensors (4) installed at the root of each blade, to obtain data to determine the stresses to which the blade is subjected, including deformation sensors, preferably formed by fibers of quot; braggquot ;, and to compensate for the temperature of the same temperature sensors.

Dicho conjunto de sensores ( 4) va conectado a un interrogador (5) que se dispone en el buje portador de las palas, de modo que este interrogador (5) recoge la información de deformaciones que proporciona el conjunto de sensores (4), transmitiendo esa información a través de una unidad de comunicación (6) al autómata Said sensor set (4) is connected to an interrogator (5) that is arranged in the blade bearing bushing, so that this interrogator (5) collects the deformation information provided by the sensor set (4), transmitting this information through a communication unit (6) to the automaton

(2). (2).
Para ello se prevé una unidad de comunicación (6) For it be foresees a unity from communication (6)

de from
tipo quot;wifiquot;, con lo cual se evitan cableados kind quot; wifiquot ;, with the which be avoid wired
de from

conexiones, connections,
que son difíciles de implementar en un that They are difficult from implement in a

sistema giratorio ya rotating system already
existente. existing.


El autómata (2) se instala en la nacelle del aerogenerador y comprende un módulo ( 7) de conversión de datos, el cual convierte los valores de deformación proporcionados por el sistema de medición (1), en valores reales de momentos en las direcciones quot;flapwisequot; y quot;edgewisequot; que son perpendiculares al eje longitudinal de las palas, los cuales con el ángulo de giro (quot;pitchquot;) de la pala y el ángulo de torsión (quot;twistquot;) de unos tramos de la pala respecto a otros,
The automaton (2) is installed in the wind turbine socket and comprises a data conversion module (7), which converts the deformation values provided by the measurement system (1), into real values of moments in the directions quot ; flapwisequot; "edgewisequot; which are perpendicular to the longitudinal axis of the blades, which with the angle of rotation (quot; pitchquot;) of the blade and the angle of twist (quot; twistquot;) of some sections of the blade relative to others,

se convierten en momentos Mx y My de cada una de las palas. Para ello se utilizan parámetros configurables por el usuario, cuyos valores son obtenidos en los procesos de calibración de las palas. they become Mx and My moments of each of the blades. For this, user configurable parameters are used, whose values are obtained in the blade calibration processes.

Los valores de dichos momentos se introducen en un módulo IPC (8) de control individual, el cual recibe a su vez del PLC (9) del sistema de control (3) del aerogenerador, una información complementaria de datos, como ángulo azimut, pitch colectivo demandado, ángulo de pitch de cada pala y potencia instantánea, determinando mediante un algoritmo que relaciona todos los datos, la orientación instantánea que debe tener cada pala, devolviendo una sugerencia, en ese sentido, al PLC ( 9) del sistema de control ( 3) del aerogenerador, el cual en función de esa información activa los actuadores (10) de orientación individual de las palas. The values of these moments are entered in an individual control IPC module (8), which in turn receives from the PLC (9) of the wind turbine control system (3), complementary data information, such as azimuth angle, pitch demanded collective, pitch angle of each blade and instantaneous power, determining by means of an algorithm that relates all the data, the instantaneous orientation that each blade should have, returning a suggestion, in that sense, to the PLC (9) of the control system ( 3) of the wind turbine, which, based on this information, activates the actuators (10) of individual blades orientation.

El autómata (2) incluye un módulo (13) de configuración de las señales que se transmiten entre las distintas partes componentes del equipo y un módulo The automaton (2) includes a module (13) for configuring the signals that are transmitted between the different component parts of the equipment and a module

(11) de detección de defectos, el cual, a la vista de los momentos calculados de cada pala, activa una alarma si los valores denotan un defecto grave. (11) Defect detection, which, in view of the calculated moments of each blade, activates an alarm if the values indicate a serious defect.

Dicho autómata (2) incluye también un módulo (12) de almacenamiento, el cual almacena los datos de las cargas de las palas, para ser enviados, a través de una Said automaton (2) also includes a storage module (12), which stores the data of the loads of the blades, to be sent, through a

red net
de comunicaciones (14) ' cuando se soliciten, a un from communications (14) ' when be request, to a

PC PC
(18) de un equipo externo (15) que dispone de un (18) from a team external (fifteen) that has from a

interfaz Interface
de usuario (16) que procesa las cargas y un from Username (16) that process the charges Y a


módulo (17) de monitorización que permite monitorizar la actuación del módulo IPC (8) de control individual simultáneamente con las señales (19) de otros aerogeneradores. El equipo externo (15) puede ubicarse, por ejemplo, en la subestación del parque eólico en el que se encuentren los aerogeneradores de aplicación del control individual de orientación de las palas con el equipo de la invención.
Monitoring module (17) that allows to monitor the performance of the individual control IPC module (8) simultaneously with the signals (19) of other wind turbines. The external equipment (15) can be located, for example, in the wind farm substation in which the wind turbines of the individual orientation control of the blades are located with the equipment of the invention.

Claims (4)

REIVINDICACIONES 1.-Equipo para la estimación de demandas de ángulo de pitch o velocidad de ángulo de pitch independiente para cada pala en aerogeneradores, de aplicación para incorporarse accesoriamente en relación con el sistema de control ( 3) propio del aerogenerador de aplicación, sin modificación en el software de control del aerogenerador en el PLC (9) del mismo, caracterizado porque comprende un sistema de medición 1.-Equipment for the estimation of demands of pitch angle or independent pitch angle speed for each blade in wind turbines, of application to be incorporated accessoryly in relation to the control system (3) of the application wind turbine, without modification in the wind turbine control software in the PLC (9) thereof, characterized in that it comprises a measurement system (1) y un autómata (2), conectados a través de un sistema de comunicaciones (6), incluyendo el sistema de medición (1) un conjunto de sensores (4) que se disponen sobre las palas del aerogenerador de aplicación y que están conectados con un interrogador (1) and an automaton (2), connected through a communications system (6), including the measuring system (1) a set of sensors (4) that are arranged on the blades of the application wind turbine and that are connected with an interrogator (5), mientras que el autómata (2) comprende un módulo (5), while the automaton (2) comprises a module
(8) (8)
para el cálculo de control individual de pitch que se establece en comunicación bidireccional con el PLC for the calculation of individual pitch control that is established in two-way communication with the PLC
((
9) del sistema de control ( 3) del aerogenerador, de modo que un módulo de conversión (7) procesa la información de deformación de las palas del aerogenerador que recibe del sistema de medición (1) y la transmite al módulo (8) de cálculo de la demanda de control individual de pitch para cada pala, para que el PLC ( 9) del sistema de control ( 3) del aerogenerador envíe una orden de demanda de ángulo de pitch o de velocidad de ángulo de pitch para cada una de las palas, a unos actuadores (10) que hacen rotar las palas en torno a su eje longitudinal. 9) of the wind turbine control system (3), so that a conversion module (7) processes the deformation information of the wind turbine blades it receives from the measurement system (1) and transmits it to the module (8) of calculation of the demand for individual pitch control for each blade, so that the PLC (9) of the wind turbine's control system (3) sends an order of pitch angle or pitch angle speed for each of the blades, to actuators (10) that rotate the blades around its longitudinal axis.
2.-Equipo para la estimación de demandas de ángulo de pitch o velocidad de ángulo de pitch 2.-Equipment for estimating demands for pitch angle or pitch angle speed
independiente Independent
para cada pala en aerogeneradores, de for every shovel in wind turbines, from
acuerdo agreement
con la primera reivindicación, caracterizado with the first claim characterized
porque why
el autómata (2) incluye un módulo (11) de he automaton (2) It includes a module (eleven) from
detección de defectos, el cual activa una alarma cuando los valores que se detectan de deformación de las palas denotan un defecto grave. defect detection, which activates an alarm when the values detected of deformation of the blades denote a serious defect. 3.-Equipo para la estimación de demandas de ángulo de pitch o velocidad de ángulo de pitch 3.-Equipment for estimating demands for pitch angle or pitch angle speed
independiente Independent
para cada pala en aerogeneradores, de for every shovel in wind turbines, from
acuerdo agreement
con la primera reivindicación, caracterizado with the first claim characterized
porque why
el autómata (2) incluye un módulo (12) de he automaton (2) It includes a module (12) from
almacenamiento, en el cual se almacenan los datos de las cargas de las palas del aerogenerador de aplicación, para transmitirlos a través de una red de comunicaciones (14) cuando se soliciten. storage, in which the data of the loads of the blades of the application wind turbine are stored, to transmit them through a communication network (14) when requested. 4.-Equipo para la estimación de demandas de ángulo de pitch o velocidad de ángulo de pitch independiente para cada pala en aerogeneradores, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el autómata (2) se establece en comunicación con un equipo externo (15) que dispone de un interfaz de usuario (16) y un módulo de monitorización (17) en relación con una unidad PC (18). 4.-Equipment for the estimation of demands of pitch angle or independent pitch angle speed for each blade in wind turbines, according to the first claim, characterized in that the automaton (2) is established in communication with an external equipment (15 ) which has a user interface (16) and a monitoring module (17) in relation to a PC unit (18).
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