ES2528743T3 - Método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica y sistema de control para turbinas eólicas - Google Patents

Método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica y sistema de control para turbinas eólicas Download PDF

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Abstract

Método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina (100) eólica que está equipada con palas de rotor, un controlador (13, 113) de paso y un sistema de accionamiento del paso, ajustando el paso de las palas de rotor, que comprende las etapas de: - proporcionar un valor de referencia de velocidad para la velocidad del rotor; - proporcionar un valor de velocidad del rotor que representa la velocidad del rotor; y - establecer un valor de modificación que representa una modificación que debe hacerse en el valor de referencia de velocidad para tener en cuenta las vibraciones de la torre; - usar el valor de modificación para modificar el valor de referencia de velocidad para establecer un valor de referencia de velocidad modificado; - determinar un valor de referencia de paso que representa un paso que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso basándose en al menos la diferencia entre el valor de referencia de velocidad modificado y el valor de velocidad del rotor; - controlar el ángulo de paso de las palas de rotor según el valor de referencia de paso.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica y sistema de control para turbinas eólicas.
La presente invención se refiere a un método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica que 5 está equipada con palas de rotor, un controlador de paso y un sistema de accionamiento del paso, en el que las vibraciones de la torre se amortiguan ajustando el paso de las palas de rotor. Además, la presente invención se refiere a un sistema de control para su uso en una turbina eólica que está equipada con palas de rotor y un sistema de accionamiento del paso.
10
En turbina eólicas, las vibraciones de la torre se excitarán por las condiciones de viento en la planta eólica que actúan sobre la turbina eólica. En turbinas eólicas terrestres, estas vibraciones de la torre son de alta frecuencia y sólo producen pequeñas inclinaciones de la torre. Sin embargo, por ejemplo, turbinas eólicas montadas en bases flotantes del tipo denominado boya de espeque, pueden tener, debido a las condiciones de viento, bajas frecuencias de vibración de la torre y grandes inclinaciones de la torre y, por tanto, grandes movimientos de la góndola. 15
Una combinación de baja frecuencia de la torre y curva de empuje negativa a altas velocidades del viento puede conducir a altas cargas en la torre y a grandes variaciones de inclinación de la góndola si la turbina se controla con una potencia constante. Con un control de potencia constante, la turbina eólica se controla habitualmente para mantener aproximadamente una velocidad del rotor constante y el par motor del rotor se regula ajustando un ángulo 20 de paso apropiado de las palas de la turbina de modo que se mantenga una potencia aproximadamente constante. Altas cargas en la torre y grandes variaciones de inclinación en este modo de control de potencia pueden conducir a inestabilidades y a fallos estructurales de la turbina eólica. Hasta ahora, por tanto, no se han instalado turbinas eólicas en torres con frecuencia de torre muy baja (por debajo de 0,05 Hz).
25
En el documento US 6.891.280 B2 se da a conocer un método para hacer funcionar plantas de turbinas eólicas de alta mar basado en la frecuencia de sus torres. En este método, se evita hacer funcionar la planta en un intervalo de frecuencia en el que se sitúe la frecuencia resonante de la torre. Para conseguir esto se determinan la frecuencia natural crítica de la planta y la velocidad del rotor excitando la planta en su intervalo de frecuencia natural crítica. Después se evita este intervalo de velocidad durante el funcionamiento de la planta de torres eólicas haciéndola 30 funcionar por encima o por debajo de dicho intervalo de velocidad crítica y, si es necesario, pasando rápidamente por el intervalo de velocidad crítica.
Un método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica se da a conocer en el documento WO 2007/053031 A1. En este método, las vibraciones propias de la torre se amortiguan mediante un incremento angular 35  que se suma al ángulo de paso de pala. Este incremento se calcula basándose en las velocidades de la torre, con el fin de contrarrestar las vibraciones propias.
Un método para amortiguar las vibraciones de una torre de una turbina eólica se da a conocer en el documento US 2006/0066111 A1. En este método, el par motor requerido por el generador se modula proporcionando una señal 40 basada en cambios en la velocidad del rotor del generador.
El documento EP 1 719 910 A1 describe un generador de turbina eólica y un método de amortiguación activa de vibraciones para el mismo. Para conseguir la amortiguación activa, se suma un valor de modificación a una orden de ángulo de paso de pala para llegar a una orden resultante para ajustar un ángulo de paso de las palas de la turbina 45 eólica para generar un empuje sobre las palas de la turbina eólica que anule las vibraciones de la góndola.
El documento GB 2 117 933 A describe un sistema de generación eléctrica eólico con un control para modular el ángulo de pala de rotor que proporciona una componente de orden de ángulo de pala que ajustará el ángulo de pala de rotor de la turbina para proporcionar amortiguación aerodinámica positiva a la torre en respuesta a una señal 50 indicativa de movimiento longitudinal de la torre en paralelo al rotor. Como ejemplo de una señal indicativa de movimiento longitudinal de la torre, se menciona una señal de aceleración que se alimenta al sistema de control del ángulo de pala de rotor como señal de velocidad de referencia de pala de paso de corrección. Esta señal se suma a una señal de velocidad de referencia de ángulo de paso y se integra. El resultado proporciona entonces una señal de referencia de ángulo de paso de pala. 55
El documento GB 2 117 934 A describe la amortiguación de vibraciones de potencia mediante el uso de control de ángulo de paso. En el método de control se usa una orden de referencia de ángulo de pala adicional que provoca variaciones de empuje incrementales, que se han predicho que están en fase con la velocidad de la parte superior de la torre, para proporcionar amortiguación aerodinámica positiva adicional de la torre. 60
El documento WO 2007/089136 A2 describe un método para amortiguar las vibraciones de una torre de turbina eólica en el que se cambia el paso de la pala de rotor. Cuando la torre se está curvando aguas arriba, se cambia el paso de pala hacia pérdida, y cuando la torre se está moviendo aguas abajo, se cambia el paso de pala fuera de pérdida. En caso de que una aceleración máxima en la máxima curvatura aguas abajo de la torre supere un nivel 65 predeterminado, se activa el control de paso de amortiguación y se desactiva o se cancela el control de paso para
regular la salida de potencia máxima.
El documento WO 2007/010322 A1 describe un sistema de control para un generador eléctrico de velocidad variable en una turbina eólica que incluye un estimador de flujo de viento. El estimador de flujo de viento usa el movimiento medido, la velocidad de rotación del generador y el ángulo de paso de pala para predecir el flujo de viento por un 5 área de barrido del rotor y para predecir el movimiento de la torre. Se emite una orden de paso de pala por un control de la turbina basándose en el flujo de viento estimado, la posición de la torre y la velocidad de la torre, la medición del paso de pala, la medición de la velocidad del rotor y la velocidad de rotación del rotor deseada.
Con respecto al estado de la técnica mencionado, un primer objetivo de la presente invención es proporcionar un 10 método mejorado de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica. Un segundo objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de control mejorado para su uso en una turbina eólica.
El primer objetivo se soluciona mediante un método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica según la reivindicación 1 y el segundo objetivo se soluciona mediante un sistema de control para uso en una 15 turbina eólica según la reivindicación 16. Las reivindicaciones dependientes contienen desarrollos adicionales de la invención.
En el método de la invención de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina eólica que está equipada con palas de rotor, un controlador de paso y un sistema de accionamiento del paso, la amortiguación se realiza 20 ajustando el paso de las palas de rotor. El ángulo de paso de las palas de rotor se controla según un valor de referencia de paso que representa un paso que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso. La determinación del valor de referencia de paso se realiza de la siguiente manera: se proporcionan un valor de referencia de velocidad para la velocidad del rotor y un valor de velocidad del rotor que representa la velocidad real del rotor. Se proporciona un valor de modificación que representa una modificación que debe realizarse para tener 25 en cuenta las vibraciones de la torre, en particular las vibraciones de la torre en la parte superior de la torre, por ejemplo, en la ubicación de la góndola. El valor de modificación se usa entonces para modificar el valor de referencia de velocidad para establecer un valor de referencia de velocidad modificado. El valor de referencia de paso se determina entonces basándose en al menos la diferencia entre el valor de referencia de velocidad modificado y el valor de velocidad del rotor real. 30
Aunque en el estado de la técnica el ángulo de paso se calcula basándose en la diferencia entre un valor de referencia de velocidad no modificado y el valor de velocidad del rotor real, y se realiza una modificación con respecto al ángulo de paso para amortiguación las vibraciones de la torre, en la presente invención se modifica el valor de referencia de velocidad en lugar del ángulo de paso. Esto permite amortiguar frecuencias de torre muy 35 lentas lo que no es posible fácilmente con el estado de la técnica.
El valor de modificación por el que se modifica el valor de referencia de velocidad puede representar, en particular, la velocidad de la torre provocada por las vibraciones de la torre, en particular por las vibraciones de la torre en la parte superior de la torre, por ejemplo en la ubicación de la góndola. El valor de velocidad de la torre se suma 40 entonces al valor de referencia de velocidad para establecer el valor de referencia de velocidad modificado. Aunque en el estado de la técnica la velocidad de la torre se incorpora en el ángulo de paso, en la presente implementación de la invención, en lugar de ello, se incorpora en el valor de referencia de velocidad.
El valor de velocidad de la torre puede calcularse, por ejemplo, a partir de un valor de inclinación que representa la 45 inclinación de la torre provocada por las vibraciones de la torre. La diferenciación del valor de inclinación conduce fácilmente al valor de velocidad de la torre. Esta inclinación puede medirse, por ejemplo, en el interior de la góndola o junto a la góndola de la turbina eólica.
En un desarrollo adicional del método de la invención se usa un valor de aceleración longitudinal, que representa la 50 aceleración de la torre en la dirección del eje del rotor y que está provocada por las vibraciones de la torre, para representar el valor de inclinación. El establecimiento del cambio de inclinación mediante el uso de este valor de aceleración longitudinal puede realizarse calculando la derivada de la razón del valor de aceleración longitudinal con respecto a la aceleración de la gravedad que actúa sobre la parte superior de la torre. Incluso ángulos de inclinación de la torre grandes son relativamente pequeños en comparación con un ángulo de 90º. Por tanto, la razón del valor 55 de aceleración longitudinal con respecto a la aceleración de la gravedad puede aproximarse por el ángulo de inclinación expresado en radianes, en lugar del seno del ángulo de inclinación. En otras palabras, la aceleración longitudinal es aproximadamente proporcional al ángulo de inclinación expresado en radianes para ángulos pequeños. Esto ofrece la posibilidad de medir la inclinación simplemente usando acelerómetros en la parte superior de la torre, por ejemplo junto a o en el interior de la góndola. 60
Para descartar contribuciones al valor de inclinación no provocadas por vibraciones de la torre y que habitualmente son de frecuencia superior a las contribuciones provocadas por vibraciones de la torre, la derivada del valor de inclinación puede filtrarse mediante un filtro paso bajo.
65
En una primera alternativa del método de la invención, la señal de referencia de paso se determina basándose en el
valor de referencia de velocidad modificado estableciendo un valor de diferencia de velocidad que representa la diferencia entre el valor de velocidad del rotor y el valor de referencia de velocidad modificado y determinando la señal de referencia de paso basándose en el valor de diferencia de velocidad. Puesto que el valor de referencia de velocidad se modifica para tener en cuenta las vibraciones de la torre, estas vibraciones se amortiguan. Puede usarse un controlador PID (controlador proporcional integral diferencial) para calcular la señal de referencia de paso 5 a partir del valor de diferencia de velocidad.
En una segunda alternativa del método de la invención, el valor de referencia de paso se determina basándose en el valor de referencia de velocidad modificado estableciendo un valor de diferencia de velocidad que representa la diferencia entre el valor de velocidad del rotor y el valor de referencia de velocidad modificado, calculando un valor 10 de referencia de inclinación para la torre, en particular para la parte superior de la torre, por ejemplo para la góndola, a partir del valor de diferencia de velocidad, estableciendo un valor de diferencia de inclinación que representa la diferencia entre el valor de inclinación y el valor de referencia de inclinación, y determinando el valor de referencia de paso basándose en el valor de diferencia de inclinación. Al determinar el valor de referencia de paso basándose en el valor de diferencia de inclinación, la inclinación de la parte superior de la torre puede contrarrestarse ajustando el 15 ángulo de paso para reducir esta diferencia. Además, como el valor de referencia de velocidad ya se ha modificado para tener en cuenta las vibraciones de la torre, no sólo se reduce la inclinación sino que también se amortiguan las vibraciones, lo que conduce a una amortiguación de las fluctuaciones en el valor de inclinación a lo largo del tiempo que conduce a su vez a una amortiguación de las fluctuaciones en el valor de diferencia de inclinación. Por tanto, puede conseguirse una rápida amortiguación de la inclinación de la torre, lo que da lugar a un control más directo de 20 los movimientos de la torre y, por tanto, hace posible conseguir un lazo de control estable al tiempo que se obtienen frecuencias de torre muy bajas.
Para calcular el valor de referencia de inclinación a partir del valor de diferencia de velocidad puede usarse un controlador PID. Un controlador de este tipo también puede usarse para calcular el valor de referencia de paso a 25 partir del valor de diferencia de inclinación.
En una realización especial de la segunda alternativa, el valor de referencia de inclinación puede fijarse a un valor dado. Mediante este método resulta posible evitar grandes movimientos de la torre provocados por cargas debidas a las olas mar. Un valor dado de este tipo puede depender, por ejemplo, de la velocidad del viento. 30
En ambas alternativas, el método de la invención puede desactivarse en caso de velocidades del viento muy altas. Esto ofrece la oportunidad de determinar el valor de referencia de paso sobre el valor de referencia de velocidad sólo con el fin de evitar un exceso de velocidad a altas velocidades del viento.
35
Además del método descrito, la velocidad de la torre o la inclinación derivada también podrían alimentarse a la referencia de velocidad para un controlador de potencia con el fin de amortiguar los movimientos de la torre si la turbina eólica funciona por debajo de la potencia nominal. Además podría alimentarse a la velocidad en una tabla potencia/velocidad que se usa en caso de velocidad por debajo de la potencia nominal para consultar una velocidad para una determinada potencia. 40
Un sistema de control de la invención para su uso en una turbina eólica que está equipada con palas de rotor y un sistema de accionamiento del paso comprende una unidad de control de paso, que puede implementarse, por ejemplo, como controlador PID, una entrada de velocidad del rotor, una entrada de referencia de velocidad, una entrada de señal de inclinación, una salida de referencia de paso y una unidad de modificación. La unidad de control 45 de paso está diseñada para establecer una señal de referencia de paso que representa un paso que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso. La entrada de velocidad del rotor y la entrada de referencia de velocidad están diseñadas para recibir una señal de velocidad del rotor que representa la velocidad del rotor real y una señal de referencia de velocidad para la velocidad del rotor, respectivamente. La entrada de señal de inclinación está diseñada para recibir una señal que representa una inclinación de la torre. La señal de inclinación puede 50 representar, en particular, la inclinación en la parte superior de la torre y puede contener o bien un valor de inclinación directo o bien un valor a partir del cual puede derivarse la inclinación. La salida de referencia de paso está diseñada para emitir la señal de referencia de paso. La unidad de modificación está conectada a la entrada de referencia de velocidad para recibir la señal de referencia de velocidad y a la entrada de señal de inclinación para recibir la señal de inclinación. Está diseñada para establecer una señal de modificación basándose en la señal de 55 inclinación, para modificar la señal de referencia de velocidad por medio de la señal de modificación y para emitir una señal de referencia de velocidad modificada. Comprende además una primera unidad de resta que está conectada a la unidad de modificación para recibir la señal de referencia de velocidad modificada y a la entrada de velocidad del rotor para recibir la señal de velocidad del rotor, y que está diseñada para establecer una señal de diferencia de velocidad que representa la diferencia entre la señal de velocidad del rotor y la señal de referencia de 60 velocidad modificada. Además, la unidad de control de paso está conectada a la primera unidad de resta para recibir la señal de diferencia de velocidad y está diseñada para establecer el valor de referencia de paso basándose en al menos la señal de diferencia de velocidad.
La modificación de la señal de referencia de velocidad permite reducir rápidamente oscilaciones en la velocidad del 65 rotor y, como consecuencia, los movimientos de la torre. El sistema de control de la invención permite realizar el
método de la invención y consigue las ventajas asociadas con el método de la invención.
En una realización particular del sistema de control de la invención, la unidad de modificación está diseñada para establecer, como señal de modificación, una señal de velocidad de la torre basándose en una señal que representa una inclinación de la torre. Está diseñada además para modificar la señal de referencia de velocidad por medio de la 5 señal de velocidad de la torre y para emitir la señal de referencia de velocidad modificada.
En una implementación especial, la unidad de modificación comprende un diferenciador para diferenciar la señal que representa una inclinación de la torre. Además, la unidad de modificación está diseñada para establecer la señal de velocidad de la torre basándose en la señal diferenciada. Con el fin de descartar contribuciones a la señal de 10 referencia de velocidad modificada que no son resultado de vibraciones de baja frecuencia, la unidad de modificación del sistema de control de la invención puede comprender un filtro paso bajo que está conectado al diferenciador para recibir la señal diferenciada y diseñado para emitir una señal diferenciada filtrada de modo que la señal de velocidad de la torre se establece basándose en la señal diferenciada filtrada.
15
Además, la unidad de modificación puede comprender un amplificador que está conectado al filtro paso bajo para recibir la señal diferenciada filtrada y diseñado para emitir una señal diferenciada filtrada amplificada, de modo que pueden procesarse más fácilmente señales diferenciadas filtradas pequeñas. Además, la unidad de modificación puede comprender un limitador que está conectado al amplificador para recibir la señal diferenciada filtrada amplificada y diseñado para llevar la señal diferenciada filtrada amplificada a saturación si se alcanza un margen 20 dado de la señal diferenciada filtrada amplificada y para emitir una señal diferenciada filtrada amplificada saturada. Mediante esta medida puede evitarse el procesamiento de una señal diferenciada filtrada amplificada demasiado fuerte.
En esta implementación especial, la unidad de modificación puede comprender además un sumador que está 25 conectado a la entrada de referencia de velocidad para recibir la señal de referencia de velocidad y diseñado para sumar la señal de velocidad de la torre a la entrada de referencia de velocidad para establecer la señal de referencia de velocidad modificada. Por tanto, la señal de referencia de velocidad modificada es la suma de la señal de referencia de velocidad y la señal de velocidad de la torre. Puesto que la velocidad de la torre oscila debido a las vibraciones, esta suma representa una referencia de velocidad de oscilación para el controlador de paso. Mediante 30 el uso de esta referencia de velocidad de oscilación, la diferencia entre la velocidad del rotor real (de oscilación) y la referencia de velocidad de oscilación puede reducirse en un proceso de control. Mediante esta medida resulta posible amortiguar rápidamente oscilaciones en la velocidad del rotor.
Una amortiguación eficaz de la inclinación de la torre puede conseguirse mediante la implementación especial si la 35 unidad de control de paso comprende un controlador de velocidad, una segunda unidad de resta y un controlador de inclinación. El controlador de velocidad está conectado a la primera unidad de resta para recibir la señal de diferencia de velocidad y diseñado para establecer y para emitir una señal de referencia de inclinación basándose en la señal de diferencia de velocidad recibida. La segunda unidad de resta está conectada al controlador de velocidad para recibir la señal de referencia de inclinación y conectada a la entrada de señal de inclinación para recibir la señal 40 de inclinación. Está diseñada para establecer la diferencia entre la señal de referencia de inclinación y la señal de inclinación, y para emitir una señal de diferencia de inclinación. El controlador de inclinación está conectado a la segunda unidad de resta para recibir la señal de diferencia de inclinación y diseñado para establecer la señal de referencia de paso basándose en la señal de diferencia de inclinación recibida. En este desarrollo del sistema de control, el controlador de velocidad calcula una señal de referencia de inclinación de oscilación basándose en la 45 referencia de velocidad de oscilación de la que se restan entonces las inclinaciones reales (de oscilación). El resultado de la resta se alimenta al controlador de inclinación que determina una señal de referencia de paso basándose en el resultado de la resta para reducir así la diferencia. Mediante esta medida, la diferencia entre la señal de referencia de inclinación y la inclinación real puede reducirse bastante rápido lo que a su vez conduce a una amortiguación eficaz de oscilaciones en la inclinación de la torre. 50
El controlador de velocidad y/o el controlador de inclinación pueden implementarse como controladores PID.
Características, propiedades y ventajas adicionales de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones de la invención junto con los dibujos adjuntos. 55
La figura 1 muestra una realización del sistema de control de la invención en forma de un diagrama de bloques.
La figura 2 muestra la inclinación de una torre de turbina eólica y las aceleraciones que actúan sobre la góndola de una turbina eólica. 60
La figura 3 muestra la unidad de modificación del sistema de control.
La figura 4 muestra la dependencia con respecto al tiempo de diversos parámetros en una turbina eólica con un sistema de control de la invención. 65
La figura 5 muestra la dependencia con respecto al tiempo de los parámetros de la figura 4 para una turbina eólica sin un sistema de control de la invención.
La figura 6 muestra la dependencia con respecto al tiempo de los parámetros de la figura 4 en un funcionamiento normal de la turbina eólica. 5
La figura 7 muestra una modificación de la realización mostrada en la figura 1 en forma de diagrama de bloques.
La figura 8 muestra el controlador de paso de la modificación mostrada en la figura 7.
10
La figura 9 muestra la dependencia con respecto al tiempo de diversos parámetros en una turbina eólica con un sistema de control según la figura 7.
En la figura 1 se muestra una realización del sistema de control de la invención. El sistema es para su uso en una turbina eólica que está equipada con palas de rotor y un sistema de accionamiento del paso. Comprende tres 15 entradas, concretamente una entrada 1 de velocidad del rotor que está diseñada para recibir una señal de velocidad del rotor que representa el valor de velocidad del rotor real del rotor de la turbina eólica, una entrada 3 de referencia de velocidad que está diseñada para recibir una señal de referencia de velocidad que representa un valor de referencia de velocidad para la velocidad del rotor y una entrada 5 de señal de inclinación que está diseñada para recibir una señal que representa una inclinación de la torre. El sistema de control comprende además una salida 7 20 de referencia de paso que está diseñada para emitir una señal de referencia de paso al sistema de accionamiento del paso de la turbina eólica. La señal de referencia de paso representa los valores de paso que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso.
Una unidad 9 de modificación está conectada a la entrada 3 de referencia de velocidad para recibir la señal de 25 referencia de velocidad y a la entrada 5 de inclinación para recibir la señal de inclinación. Se establece una señal de modificación en la unidad de modificación basándose en la señal de inclinación recibida y se usa para modificar la señal de referencia de velocidad de modo que se establece así una señal de referencia de velocidad modificada. Esta señal de referencia de velocidad modificada se emite entonces por la unidad 9 de modificación.
30
Un restador 11 está conectado a la unidad 9 de modificación para recibir la señal de referencia de velocidad modificada y a la entrada 1 de velocidad del rotor para recibir la señal de velocidad del rotor que representa el valor de velocidad del rotor real. Resta la señal de velocidad del rotor de la señal de referencia de velocidad modificada para establecer una señal de error de velocidad (señal de diferencia de velocidad) que entonces se emite.
35
El controlador 13 de paso está conectado, en la presente realización, al primer restador 11 para recibir la señal de error de velocidad. Se implementa como controlador PID que deriva la señal de referencia de paso a partir de la señal de error de velocidad. La señal de referencia de paso, que representa un paso individual o global para cada pala de rotor que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso de la turbina eólica, se emite entonces a través de la salida 7 de referencia de paso. 40
La señal de inclinación puede ser una señal que representa un valor de inclinación directo medido por un sensor adecuado. Sin embargo, también es posible tener una señal de inclinación que no representa directamente el valor de inclinación sino un parámetro que permite derivar el valor de inclinación a partir del mismo. Tal parámetro es, por ejemplo, la aceleración longitudinal de la góndola. A continuación se describirá en relación con la figura 2 la manera 45 de derivar el valor de inclinación a partir de la aceleración longitudinal.
La figura 2 muestra una turbina 100 eólica con una torre 101, una góndola 103 en la torre en la parte superior de la torre y un rotor 105 cuyo árbol está soportado por la góndola 103. La turbina 100 eólica está sujeta a vibraciones de la torre que a su vez conducen a una inclinación de oscilación  de la turbina eólica. La oscilación también produce 50 una aceleración longitudinal a_y de la góndola, es decir una aceleración de la góndola en la dirección del eje y del rotor. El ángulo de inclinación  se define como el ángulo entre la aceleración longitudinal a_y de la góndola 103 y la dirección horizontal. Además, la aceleración de la gravedad a_g actúa sobre la góndola así como en una dirección vertical.
55
La aceleración longitudinal a_y depende de la segunda derivada con respecto al tiempo de la ubicación de la góndola en la dirección del eje del rotor, dy/d2t y el seno del ángulo de inclinación  multiplicado por la aceleración de la gravedad a_g, es decir la proyección de la aceleración de la gravedad sobre la dirección del eje del rotor. Incluso en el caso de un ángulo de inclinación de hasta 20º, la función seno de este ángulo se aproxima muy bien por este ángulo en sí mismo si el ángulo se expresa en radianes en lugar de en grados. El error por sustituir el seno 60 del ángulo de inclinación  por el propio ángulo de inclinación  en radianes es de sólo aproximadamente el 2 por ciento para ángulos de hasta 20º. Para ángulos más pequeños el error se vuelve incluso menor. Esto significa que el ángulo de inclinación puede aproximarse bien mediante la razón de la aceleración longitudinal a_y con respecto a la aceleración de la gravedad a_g. En otras palabras, puesto que la aceleración de la gravedad es constante, el ángulo de inclinación puede suponerse que es proporcional al valor de aceleración longitudinal a_y. Además, puede 65 suponerse que la aceleración dy/d2t provocada por las vibraciones siempre puede despreciarse en comparación con
la proyección de la aceleración de la gravedad sobre la dirección del eje del rotor. Obsérvese que en este contexto la proyección de la aceleración de la gravedad así como la aceleración provocada por las vibraciones de baja frecuencia son máximas para los mayores ángulos de inclinación Φ, y que la aceleración debida a las vibraciones de baja frecuencia es considerablemente pequeña en comparación con la aceleración de la gravedad. Por tanto, el valor de aceleración longitudinal a_y puede usarse para representar el ángulo de inclinación  en la unidad 9 de 5 modificación.
La figura 3 muestra la unidad 9 de modificación en más detalle. En la figura 3 se supone que la señal de inclinación viene dada por una señal de aceleración longitudinal que representa el valor de aceleración longitudinal medido por, por ejemplo, un acelerómetro junto a o en el interior de la góndola 103. Sin embargo, la unidad 9 de modificación 10 también funcionaría con una señal de inclinación que representa directamente el ángulo de inclinación en lugar del valor de aceleración longitudinal.
La unidad 9 de modificación comprende un diferenciador 21, un filtro 23 paso bajo, un amplificador 25, un limitador 27 y un sumador 29. El diferenciador 21 está conectado a la entrada 5 de inclinación para recibir la señal de 15 aceleración longitudinal. Calcula la derivada con respecto al tiempo de la señal de aceleración longitudinal que es entonces la señal de salida del diferenciador. Como se explicó anteriormente, la señal de aceleración longitudinal puede suponerse que es proporcional al ángulo de inclinación . Por tanto, la derivada con respecto al tiempo de la señal de aceleración longitudinal también es proporcional a la derivada con respecto al tiempo del ángulo de inclinación, que a su vez es proporcional a la velocidad de la torre. Por tanto, con las constantes conocidas de 20 proporcionalidad, la derivada con respecto al tiempo de la señal de aceleración longitudinal es una buena aproximación para la velocidad de la torre. Por tanto, esta derivada puede considerarse que es una señal de velocidad de la torre.
El filtro 23 paso bajo está conectado a un diferenciador 21 para recibir la señal de velocidad de la torre, es decir la 25 derivada con respecto al tiempo de la señal de aceleración longitudinal. La señal de salida del filtro 23 paso bajo es una señal de velocidad de la torre filtrada de la que se eliminan componentes de alta frecuencia, no provocadas por vibraciones de baja frecuencia de la torre.
El amplificador 25 está conectado al filtro 23 paso bajo para recibir la señal de velocidad de la torre filtrada. En el 30 amplificador 25, la señal de velocidad de la torre recibida se amplifica y se emite como señal de velocidad de la torre filtrada amplificada.
El limitador 27 está conectado al amplificador 25 para recibir la señal de velocidad de la torre filtrada y amplificada. Lleva la señal de velocidad de la torre filtrada y amplificada a saturación si se alcanza un determinado margen de 35 amplitud de la señal. Mediante esta medida se evita que la señal de velocidad de la torre filtrada y amplificada se vuelva demasiado grande en su valor absoluto.
La salida del limitador 27 es la señal de modificación que recibe el sumador 29 que está conectado al limitador 27 y a la entrada 3 de referencia de velocidad. En el sumador, la señal de modificación se suma a la señal de referencia 40 de velocidad y la suma se emite como la señal de referencia de velocidad modificada.
Aunque la figura 3 se ha descrito con respecto a la señal de aceleración longitudinal como la señal de inclinación, la unidad de modificación también funcionaría con una señal de inclinación que representa la inclinación de la torre real en lugar de su aceleración longitudinal. En este caso, el diferenciador calcularía la derivada con respecto al tiempo 45 del ángulo de inclinación en lugar de la de la aceleración longitudinal.
El efecto del sistema de control de la invención puede verse en las figuras 4 a 6 que muestran el comportamiento en el tiempo de la velocidad del viento, la potencia de salida de la turbina eólica, la velocidad del rotor, el ángulo de paso, la aceleración longitudinal (figura 5) y la inclinación para una turbina eólica con un sistema de control de la 50 invención (figura 4 y figura 6) y sin tal sistema (figura 5). Las figuras 4 y 5 muestran la reacción de la potencia de salida, la velocidad del rotor, el ángulo de paso, la aceleración longitudinal (figura 5) y la inclinación con respecto a un escalón de viento, es decir un aumento repentino en la velocidad del viento de 4 m/s (desde 10 hasta 14 m/s en la figura 4 y desde 14 hasta 18 m/s en la figura 5). En la figura 5, la potencia de salida de la turbina eólica se mantiene constante excepto por un pequeño tambaleo inmediatamente después del escalón de viento. Esta 55 constancia se debe al hecho de que en la figura 5 la turbina eólica se hace funcionar en un modo de potencia nominal.
Debido a la oscilación de baja frecuencia de la torre que se introduce por el escalón de viento, la velocidad del rotor experimenta oscilaciones. Aunque estas variaciones se contrarrestan en el sistema de control de la invención 60 mediante la señal de modificación que se suma a la señal de referencia de velocidad, tal como se muestra en la figura 4, no se adoptan medidas en la turbina eólica mostrada en la figura 5. Como consecuencia, el error de velocidad, es decir la diferencia entre la señal de velocidad y la señal de referencia de velocidad, se controla para que se vuelva cero bastante rápidamente con el sistema de control de la invención de modo que se amortiguan las oscilaciones en la velocidad del rotor mientras que se producen oscilaciones estables a largo plazo en la turbina 65 eólica sin el sistema de control de la invención. Como consecuencia, las oscilaciones en la inclinación de la torre se
amortiguan eficazmente. Por otro lado, en la turbina eólica sin el sistema de control de la invención, las oscilaciones estables a largo plazo de la velocidad del rotor también pueden verse en el ángulo de inclinación. En otras palabras, las oscilaciones de baja frecuencia se amortiguan eficazmente con el sistema de control de la invención mientras que continúan prácticamente sin amortiguar en la turbina eólica sin el sistema de control de la invención. Por tanto, el sistema de control de la invención proporciona una medida adecuada para amortiguar oscilaciones de baja 5 frecuencia, como las que se producen, por ejemplo, en turbinas eólicas con bases flotantes.
La figura 6 muestra una simulación de una turbina eólica que funciona en condiciones operativas normales. La figura muestra los mismos parámetros que la figura 4. Como puede observarse, la inclinación varía sólo aproximadamente 1 grado para velocidades del viento que varían entre 12 y casi 18 m/s. 10
A continuación se describirá una modificación del sistema de control de la invención con respecto a las figuras 7 y 8.
El sistema de control modificado difiere del sistema de control mostrado en las figuras 1 y 3 en el controlador 113 de paso. En el sistema de control modificado, el controlador 113 de paso no sólo está conectado al primer restador 11 15 para recibir la señal de error de velocidad sino también a la entrada 5 de inclinación para recibir la señal de inclinación. El controlador 113 de paso establece la señal de referencia de paso, que representa un paso individual o global para cada pala de rotor que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso de la turbina eólica, basándose en la señal de error de velocidad recibida y la señal de inclinación recibida. La señal de referencia de paso se emite entonces a través de la salida 7 de referencia de paso. 20
El controlador 113 de paso del sistema de control modificado se muestra en más detalle en la figura 8. Comprende un controlador 15 de velocidad, un controlador 17 de inclinación y un segundo restador 19. Tanto el controlador 15 de velocidad como el controlador 17 de inclinación se implementan como controladores proporcionales-integrales-diferenciales (controladores PID). 25
El controlador 15 de velocidad está conectado al primer restador 11 para recibir la señal de error de velocidad. El controlador PID establece entonces una señal de referencia de inclinación basándose en la señal de error de velocidad recibida. Esta señal de referencia de inclinación es la señal de salida del controlador 15 de velocidad.
30
El segundo restador 19 está conectado al controlador 15 de velocidad para recibir la señal de referencia de inclinación y a la entrada 5 de inclinación para recibir la señal de inclinación. Resta la señal de inclinación de la señal de referencia de inclinación y emite una señal de error de inclinación (señal de diferencia de inclinación), que representa la diferencia entre la referencia de inclinación y la inclinación real de la turbina eólica.
35
El controlador 17 de inclinación está conectado al restador 19 para recibir la señal de error de inclinación. El controlador PID establece, basándose en la señal de error de inclinación recibida, la señal de referencia de paso que se emite entonces al sistema de accionamiento del paso a través de la salida 7 de referencia de paso. La señal de referencia de paso representa los ángulos de paso que deben ajustarse para las palas de rotor con el fin de reducir la diferencia entre la referencia de inclinación y la inclinación real. 40
El efecto del sistema de control de la invención puede verse en la figura 9 que muestra el comportamiento en el tiempo de la velocidad del viento, la potencia de salida de la turbina eólica, la velocidad del rotor, el ángulo de paso, la aceleración longitudinal y la inclinación para una turbina eólica con un sistema de control de la invención. El efecto se compara con una turbina eólica sin tal sistema (figura 5). Las figuras 9 y 5 muestran la reacción de la potencia de 45 salida, la velocidad del rotor, el ángulo de paso, la aceleración longitudinal y la inclinación con respecto a un escalón de viento, es decir un aumento repentino en la velocidad del viento desde 10 hasta 14 m/s. La potencia de salida de la turbina eólica se mantiene constante en ambos casos excepto por un pequeño tambaleo inmediatamente después del escalón de viento. Esta constancia se debe al hecho de que la turbina eólica se hace funcionar en un modo de potencia nominal. 50
Debido a la oscilación de baja frecuencia de la torre que se introduce por el escalón de viento, la velocidad del rotor experimenta oscilaciones. Aunque estas variaciones se contrarrestan en el sistema de control de la invención mediante la señal de modificación que se suma a la señal de referencia de velocidad, tal como se muestra en la figura 9, no se adoptan medidas en la turbina eólica mostrada en la figura 5. Como consecuencia, con el sistema de 55 control de la invención el error de velocidad, es decir la diferencia entre la señal de velocidad y la señal de referencia de velocidad, se controla para que se vuelva cero bastante rápidamente de modo que se amortiguan las oscilaciones en la velocidad del rotor mientras que sin el sistema de control de la invención se producen oscilaciones estables a largo plazo en la turbina eólica. Al mismo tiempo, la señal de referencia de inclinación, que es una señal de referencia de aceleración longitudinal en el presente caso, también contiene las oscilaciones de la señal de 60 referencia de velocidad modificada. Debido a la amortiguación de las oscilaciones en la velocidad del rotor, la señal de error de inclinación, es decir la diferencia entre la referencia de aceleración longitudinal y la aceleración longitudinal real, se controla para que se vuelva cero bastante rápidamente de modo que, como consecuencia, se amortiguan las amplitudes en los ángulos de inclinación. Por otro lado, en la turbina eólica sin el sistema de control de la invención, las oscilaciones estables a largo plazo de la velocidad del rotor también pueden verse en la 65 aceleración longitudinal de la góndola y, como consecuencia, en el ángulo de inclinación. En otras palabras, las
oscilaciones de baja frecuencia se amortiguan eficazmente con el sistema de control de la invención mientras que continúan prácticamente sin amortiguar en la turbina eólica sin el sistema de control de la invención. Por tanto, el sistema de control de la invención proporciona una medida adecuada para amortiguar oscilaciones de baja frecuencia, como las que se producen, por ejemplo, en turbinas eólicas con bases flotantes.
5
En sintonía con la realización mostrada en las figuras 1 y 3, la inclinación puede representarse por la aceleración longitudinal de, por ejemplo, la parte superior de la torre. En caso de usar la aceleración longitudinal para representar la inclinación, también puede usarse la aceleración longitudinal en el controlador 113 de paso. Sin embargo, también es posible usar el ángulo de inclinación en lugar de la aceleración longitudinal en la unidad 9 de modificación así como en el controlador 113 de paso. También es posible usar el ángulo de inclinación en una 10 unidad y la aceleración longitudinal en la otra. Sin embargo, en este caso el sistema de control deberá tener cuatro entradas, concretamente una entrada de velocidad del rotor, una entrada de referencia de velocidad, una entrada de aceleración longitudinal y una entrada de ángulo de inclinación. Por tanto, es preferible usar la misma señal de entrada en la unidad 9 de modificación y en el controlador 113 de paso.
15

Claims (26)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Método de amortiguación de vibraciones de la torre de una turbina (100) eólica que está equipada con palas de rotor, un controlador (13, 113) de paso y un sistema de accionamiento del paso, ajustando el paso de las palas de rotor, que comprende las etapas de: 5
    - proporcionar un valor de referencia de velocidad para la velocidad del rotor;
    - proporcionar un valor de velocidad del rotor que representa la velocidad del rotor; y
    10
    - establecer un valor de modificación que representa una modificación que debe hacerse en el valor de referencia de velocidad para tener en cuenta las vibraciones de la torre;
    - usar el valor de modificación para modificar el valor de referencia de velocidad para establecer un valor de referencia de velocidad modificado; 15
    - determinar un valor de referencia de paso que representa un paso que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso basándose en al menos la diferencia entre el valor de referencia de velocidad modificado y el valor de velocidad del rotor;
    20
    - controlar el ángulo de paso de las palas de rotor según el valor de referencia de paso.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que el valor de modificación es un valor de velocidad de la torre que representa la velocidad de la torre provocada por las vibraciones de la torre y el valor de velocidad de la torre se suma al valor de referencia de velocidad para establecer el valor de referencia de velocidad 25 modificado.
  3. 3. Método según la reivindicación 2, en el que el valor de velocidad de la torre se calcula a partir de un valor de inclinación que representa la inclinación de la torre provocada por las vibraciones de la torre.
    30
  4. 4. Método según la reivindicación 3, en el que se usa un valor de aceleración longitudinal que representa la aceleración de la torre en la dirección del eje del rotor provocada por las vibraciones de la torre para representar la inclinación de la torre.
  5. 5. Método según la reivindicación 4, en el que el valor de inclinación se deriva a partir del valor de aceleración 35 longitudinal calculando la derivada de la razón del valor de aceleración longitudinal con respecto a la aceleración de la gravedad.
  6. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el valor de velocidad de la torre se establece a partir de una derivada filtrada paso bajo del valor de inclinación. 40
  7. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que la señal de referencia de paso se determina basándose en el valor de referencia de velocidad modificado estableciendo un valor de diferencia de velocidad que representa la diferencia entre el valor de velocidad del rotor y el valor de referencia de velocidad modificado y determinando la señal de referencia de paso basándose en el valor de diferencia de 45 velocidad.
  8. 8. Método según la reivindicación 7, en el que se usa un controlador PID para calcular la señal de referencia de paso a partir del valor de diferencia de velocidad.
    50
  9. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que la señal de referencia de paso se determina basándose en el valor de referencia de velocidad modificado
    - estableciendo un valor de diferencia de velocidad que representa la diferencia entre el valor de velocidad del rotor y el valor de referencia de velocidad modificado; 55
    - calculando un valor de referencia de inclinación para la torre a partir del valor de diferencia de velocidad;
    - estableciendo un valor de diferencia de inclinación que representa la diferencia entre el valor de inclinación y el valor de referencia de inclinación; y 60
    - determinando la señal de referencia de paso basándose en el valor de diferencia de inclinación.
  10. 10. Método según la reivindicación 9, en el que se usa un controlador PID para calcular el valor de referencia de inclinación a partir del valor de diferencia de velocidad. 65
  11. 11. Método según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que se usa un controlador PID para calcular el valor de referencia de paso a partir del valor de diferencia de inclinación.
  12. 12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el valor de referencia de inclinación se fija a un valor dado. 5
  13. 13. Método según la reivindicación 12, en el que el valor dado depende del viento.
  14. 14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el método se desactiva a velocidades de viento muy altas. 10
  15. 15. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el valor de inclinación se establece basándose en una medición de inclinación o una medición de aceleración en la parte superior de la torre.
  16. 16. Sistema de control para su uso en una turbina (100) eólica con palas de rotor y un sistema de 15 accionamiento del paso, comprendiendo el sistema de control:
    - una unidad (13, 113) de control de paso que está diseñada para establecer una señal de referencia de paso que representa un paso que debe ajustar el sistema de accionamiento del paso;
    20
    - una entrada (1) de velocidad del rotor diseñada para recibir una señal de velocidad del rotor que representa la velocidad del rotor;
    - una entrada (3) de referencia de velocidad diseñada para recibir una señal de referencia de velocidad para la velocidad del rotor; 25
    - una entrada (5) de señal de inclinación diseñada para recibir una señal que representa una inclinación de la torre;
    - una salida (7) de referencia de paso diseñada para emitir la señal de referencia de paso; 30
    caracterizado por
    - una unidad (9) de modificación que está conectada a la entrada (3) de referencia de velocidad para recibir la señal de referencia de velocidad y a la entrada (5) de señal de inclinación para recibir la señal de 35 inclinación, estando la unidad (9) de modificación diseñada para establecer una señal de modificación basándose en la señal de inclinación, para modificar la señal de referencia de velocidad por medio de la señal de modificación y para emitir una señal de referencia de velocidad modificada;
    - una primera unidad (11) de resta que está conectada a la unidad (9) de modificación para recibir la señal 40 de referencia de velocidad modificada y a la entrada (1) de velocidad del rotor para recibir la señal de velocidad del rotor, estando la primera unidad (11) de resta diseñada para establecer una señal de diferencia de velocidad que representa la diferencia entre la señal de velocidad del rotor y la señal de referencia de velocidad modificada; y
    45
    - porque la unidad (13, 113) de control de paso está conectada a la primera unidad (11) de resta para recibir la señal de diferencia de velocidad y diseñada para establecer el valor de referencia de paso al menos basándose en la señal de diferencia de velocidad.
  17. 17. Sistema de control según la reivindicación 16, caracterizado porque la unidad (9) de modificación está 50 diseñada para establecer como señal de modificación una señal de velocidad de la torre basándose en la señal que representa una inclinación de la torre, para modificar la señal de referencia de velocidad por medio de la señal de velocidad de la torre, y para emitir la señal de referencia de velocidad modificada.
  18. 18. Sistema de control según la reivindicación 17, caracterizado porque 55
    - la unidad (9) de modificación comprende un diferenciador (21) para diferenciar la señal que representa una inclinación de la torre; y
    - la unidad de modificación está diseñada para establecer la señal de velocidad de la torre basándose en la 60 señal diferenciada.
  19. 19. Sistema de control según la reivindicación 18, caracterizado porque
    - la unidad (9) de modificación comprende un filtro (23) paso bajo que está conectado al diferenciador (21) 65 para recibir la señal diferenciada y diseñado para emitir una señal diferenciada filtrada.
  20. 20. Sistema de control según la reivindicación 19, caracterizado porque
    - la unidad (9) de modificación comprende un amplificador (25) que está conectado al filtro (23) paso bajo para recibir la señal diferenciada filtrada y diseñado para emitir una señal diferenciada filtrada amplificada. 5
  21. 21. Sistema de control según la reivindicación 19, caracterizado porque
    - la unidad (9) de modificación comprende un limitador (27) que está conectado al amplificador (25) para recibir la señal diferenciada filtrada amplificada y diseñado para llevar la señal diferenciada filtrada 10 amplificada a saturación si se alcanza un margen dado de la señal diferenciada filtrada amplificada y para emitir una señal diferenciada filtrada amplificada saturada.
  22. 22. Sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado porque la unidad de modificación comprende (9) un sumador (29) que está conectado a la entrada (3) de referencia de 15 velocidad para recibir la señal de referencia de velocidad y diseñado para sumar la señal de velocidad de la torre a la señal de referencia de velocidad para establecer la señal de referencia de velocidad modificada.
  23. 23. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 22, caracterizado porque la unidad (13) de control de paso es un controlador PID. 20
  24. 24. Sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 23, caracterizado
    - porque la unidad (113) de control de paso comprende un controlador (15) de velocidad, una segunda unidad (19) de resta y un controlador (17) de inclinación; 25
    - porque el controlador (15) de velocidad está conectado a la primera unidad (11) de resta para recibir la señal de diferencia de velocidad y diseñado para establecer y para emitir una señal de referencia de inclinación basándose en la señal de diferencia de velocidad recibida,
    30
    - porque la segunda unidad (19) de resta está conectada a la entrada (5) de señal de inclinación para recibir la señal que representa la inclinación y porque la segunda unidad (19) de resta está diseñada para establecer la diferencia entre la señal de referencia de inclinación y la señal que representa la inclinación y para emitir una señal de diferencia de inclinación; y
    35
    - porque el controlador (17) de inclinación está conectado a la segunda unidad (19) de resta para recibir la señal de diferencia de inclinación y porque el controlador (17) de inclinación está diseñado para establecer la señal de referencia de paso basándose en la señal de diferencia de inclinación.
  25. 25. Sistema de control según la reivindicación 24, caracterizado porque el controlador (15) de velocidad es un 40 controlador PID.
  26. 26. Sistema de control según la reivindicación 24 o la reivindicación 25, caracterizado porque el controlador (17) de inclinación es un controlador PID.
    45
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4599350B2 (ja) * 2004-02-27 2010-12-15 三菱重工業株式会社 風力発電装置およびそのアクティブ制振方法並びに風車タワー
ATE530765T1 (de) * 2008-07-16 2011-11-15 Siemens Ag Verfahren und anordnung zur dämpfung von turmschwingungen
GB2466649B (en) * 2008-12-30 2014-01-29 Hywind As Blade pitch control in a wind turbine installation
DE102009011425B4 (de) * 2009-03-03 2011-04-21 Nordex Energy Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, die das Verfahren ausführt
GB0907132D0 (en) * 2009-04-24 2009-06-03 Statoilhydro Asa Wave energy extraction
EP2918826B1 (en) * 2010-01-04 2017-03-22 Vestas Wind Systems A/S Method for operating a power dissipating unit in a wind turbine
US8022566B2 (en) * 2010-06-23 2011-09-20 General Electric Company Methods and systems for operating a wind turbine
US20110142634A1 (en) * 2010-06-23 2011-06-16 Detlef Menke Overspeed protection system and method
DE102010032120A1 (de) * 2010-07-24 2012-01-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Biegewinkels eines Rotorblattes einer Windkraftanlage
EP2572426B1 (en) * 2010-08-13 2014-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement for generating a control signal for controlling a power output of a power generation system
DE102010044433A1 (de) * 2010-09-06 2012-03-08 Nordex Energy Gmbh Verfahren zur Drehzahlregelung einer Windenergieanlage
DK2463517T3 (da) 2010-12-08 2014-07-21 Siemens Ag Fremgangsmåde og styresystem til at reducere vibrationer af et vindenergianlæg
US8169098B2 (en) * 2010-12-22 2012-05-01 General Electric Company Wind turbine and operating same
US8123484B2 (en) * 2011-02-04 2012-02-28 Vestas Wind Systems A/S Torsional dynamic damper for a wind turbine and method of using same
EP2520795B1 (en) * 2011-05-03 2022-07-06 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Method and computing module for determining pitch angle adjustment signals of a wind turbine based on the maximum rotational speed
EP2525082B1 (de) * 2011-05-16 2015-06-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Steuerung eines motorischen Antriebs zum Verstellen des Pitch eines Rotorblattes einer Windkraftanlage
US20120133134A1 (en) * 2011-11-15 2012-05-31 General Electric Company Method and apparatus for damping vibrations in a wind energy system
CN103291549B (zh) * 2012-02-29 2015-02-11 江苏大学 采用两轴倾角传感器的旋转主轴振颤的机电协调抑制方法
CN102644549B (zh) * 2012-02-29 2013-08-21 南通大学 垂直轴风力机旋转主轴振颤的机电协调抑制方法
US9088189B2 (en) 2012-03-13 2015-07-21 General Electric Company Lamination stack for an electrical machine rotor and associated method of making
US9644606B2 (en) 2012-06-29 2017-05-09 General Electric Company Systems and methods to reduce tower oscillations in a wind turbine
PT2882960T (pt) 2012-08-07 2017-01-24 Mhi Vestas Offshore Wind As Sistema de segurança de turbina eólica flutuante
EP2784303B1 (en) * 2013-03-27 2016-11-02 Alstom Renovables España, S.L. Method of operating a wind turbine
PT3004636T (pt) * 2013-05-30 2017-03-01 Mhi Vestas Offshore Wind As Amortecimento de inclinação de uma turbina eólica
CN105899804A (zh) * 2013-12-09 2016-08-24 维斯塔斯风力系统集团公司 抵消空载风力涡轮机的塔架振荡
JP6165053B2 (ja) * 2013-12-27 2017-07-19 株式会社日立製作所 風力発電装置
CN103867402A (zh) * 2014-03-06 2014-06-18 武汉科技大学 一种发电机组状态监测系统
US9507365B2 (en) * 2014-06-24 2016-11-29 Woodward, Inc. Adaptive PID control system for industrial turbines
US10001764B2 (en) * 2015-09-11 2018-06-19 Woodward, Inc. Adaptive multiple input multiple output PID control system for industrial turbines
CN105179168B (zh) * 2015-10-10 2018-03-13 浙江运达风电股份有限公司 一种大型风电机组塔架虚拟阻尼控制方法
DE102015014296A1 (de) * 2015-11-06 2017-05-11 Senvion Gmbh Verfahren und Steuerungssystem zum Steuern eines Anstellwinkels eines Rotorblatts sowie Windenergieanlage und Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
CN109891091B (zh) * 2016-08-17 2020-09-15 维斯塔斯风力系统集团公司 动态控制的风力涡轮机关闭
US10934997B2 (en) * 2016-10-28 2021-03-02 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Damping wind turbine tower oscillations
EP3667074A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-17 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Device and method of damping front and backward movements of a tower of a wind turbine
US10927812B2 (en) * 2019-02-19 2021-02-23 General Electric Company Method of dynamically adjusting a rate of change of a rotor speed set point during wind turbine shutdown
DE102019105296A1 (de) * 2019-03-01 2020-09-03 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, Reglerstruktur, Windenergieanlage und Windpark
CN112412697B (zh) * 2019-08-23 2023-04-07 新疆金风科技股份有限公司 变桨需求速率修正方法、装置及风力发电机组
GB2591732B (en) * 2019-12-20 2022-03-16 Equinor Energy As Wind turbine control
EP3957851A1 (en) * 2020-08-17 2022-02-23 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Controlling a floating wind turbine at critical frequencies
CN113342080B (zh) * 2021-06-20 2022-06-28 三河科达实业有限公司 便携式通用生命支持系统的呼吸模块涡轮变速控制方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4435647A (en) 1982-04-02 1984-03-06 United Technologies Corporation Predicted motion wind turbine tower damping
US4420692A (en) * 1982-04-02 1983-12-13 United Technologies Corporation Motion responsive wind turbine tower damping
US6420795B1 (en) * 1998-08-08 2002-07-16 Zond Energy Systems, Inc. Variable speed wind turbine generator
DE10016912C1 (de) * 2000-04-05 2001-12-13 Aerodyn Eng Gmbh Turmeigenfrequenzabhängige Betriebsführung von Offshore-Windenergieanlagen
DE10113038C2 (de) * 2001-03-17 2003-04-10 Aloys Wobben Turmschwingungsüberwachung
JP4599350B2 (ja) * 2004-02-27 2010-12-15 三菱重工業株式会社 風力発電装置およびそのアクティブ制振方法並びに風車タワー
US7309930B2 (en) * 2004-09-30 2007-12-18 General Electric Company Vibration damping system and method for variable speed wind turbines
DE102005029000B4 (de) * 2005-06-21 2007-04-12 Repower Systems Ag Verfahren und System zur Regelung der Drehzahl eines Rotors einer Windenergieanlage
WO2007010322A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-25 Clipper Windpower Technology, Inc. Wind flow estimation and tracking using tower dynamics
NO325856B1 (no) 2005-11-01 2008-08-04 Hywind As Fremgangsmåte for demping av ustabile frie stivlegeme egensvingninger ved en flytende vindturbininstallasjon
WO2007089136A2 (en) 2006-02-03 2007-08-09 Pantheon Bv Wind turbine tower vibration damping
JP4738206B2 (ja) * 2006-02-28 2011-08-03 三菱重工業株式会社 風力発電システム、及びその制御方法
EP2069637A2 (en) * 2006-09-14 2009-06-17 Vestas Wind Systems A/S Method for controlling a wind turbine connected to the utility grid, wind turbine and wind park
JP4501958B2 (ja) * 2007-05-09 2010-07-14 株式会社日立製作所 風力発電システムおよびその制御方法
JP5022102B2 (ja) * 2007-05-25 2012-09-12 三菱重工業株式会社 風力発電装置、風力発電システムおよび風力発電装置の発電制御方法
US7679208B1 (en) * 2008-09-18 2010-03-16 Samsung Heavy Ind. Co., Ltd. Apparatus and system for pitch angle control of wind turbine

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