ES2532253T3 - Método de operación de un aerogenerador que minimiza las oscilaciones de la torre - Google Patents

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ES2532253T3 ES09005870.2T ES09005870T ES2532253T3 ES 2532253 T3 ES2532253 T3 ES 2532253T3 ES 09005870 T ES09005870 T ES 09005870T ES 2532253 T3 ES2532253 T3 ES 2532253T3
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Abstract

Metodo de operacion de un aerogenerador de velocidad variable provisto de un dispositivo de control orientado a la optimizacion de la potencia, en un intervalo de velocidades (V1-V2) en torno a la velocidad critica (Vc) en la que se produce una frecuencia del rotor coincidente con la frecuencia natural de la torre, en el que, en lugar de regular el par motor demandado por el generador siguiendo una curva optima par motor vs. velocidad del generador (11), se puede seguir una regulacion transitoria utilizando una curva (13) formada por un primer tramo (21) en el que el par motor asciende desde un punto correspondiente a un valor inicial de velocidad (Vi) hasta alcanzar la curva (31) de potencia constante (P2) en el punto correspondiente a otro valor de velocidad (V1) de un segundo tramo (23) en el que el par motor desciende hasta alcanzar la curva (33) de potencia constante (P1) en el punto correspondiente a otro valor de velocidad (V2) y de un tercer tramo (25) en el que el par motor asciende hasta alcanzar la curva optima (11) en el punto correspondiente a otro valor de velocidad (Vf), siendo los valores de las potencias respectivamente superior e inferior en un porcentaje predeterminado (p) que el nivel de potencia correspondiente a la frecuencia natural de la torre en dicha curva optima (11), caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) monitorizar continuamente la velocidad (V) del generador y activar un contador asignandole un valor (S) aplicando al tiempo transcurrido desde su activacion un coeficiente de ponderación dependiente de la diferencia existente entre la velocidad del generador (V) y la velocidad critica (Vc), en valor absoluto, que tiene valores positivos en el intervalo de velocidades (Vi-Vf),entre la velocidad inicial (Vi) y la velocidad en la cual el par motor alcanza la curva ideal (Vf), alcanzando un maximo cuando la velocidad del generador se iguala a la velocidad critica (V>=Vc), y valores negativos fuera de el; b) proceder a la activación de dicha regulación transitoria cuando el valor (S) del contador alcanza un valor preestablecido (Si) y a su desactivacion cuando el valor (S) del contador alcanza otro valor preestablecido (Sf), volviendo en este caso al modo de regulación donde el par motor demandado por el generador sigue la mencionada curva optima (11).

Description

MÉTODO DE OPERACiÓN DE UN AEROGENERADOR QUE MINIMIZA
LAS OSCILACIONES DE LA TORRE
CAMPO DE LA INVENCiÓN
5
La invención se refiere a un método de operación de un aerogenerador y,
en particular, a un método de operación de un aerogenerador en situaciones en
las que la velocidad del rotor se encuentra en una banda en la que se pueden
producir frecuencias resonantes con la frecuencia natural de la torre.
10
ANTECEDENTES
Las torres de los aerogeneradores están sujetas a un movimiento
oscilatorio. La frecuencia de oscilación de una torre determinada, también
15
llamada frecuencia natural, frecuencia de resonancia ó eigenfrecuencia,
depende, entre otros factores, de su altura, del material empleado en su
construcción, del espesor de sus paredes y del peso de la góndola y el rotor.
Por su parte, cada vez que una pala del rotor del aerogenerador pasa por
la torre el empuje del rotor sobre la torre disminuye ligeramente y si el rotor gira
2 O
a una velocidad rotacional en la que una pala del rotor pasa por la torre cada
vez que ésta se encuentra en una de sus posiciones extremas puede suceder
que o bien se amortigüen o bien se amplifiquen las oscilaciones la torre. A su
vez, las palas del rotor son flexibles y pueden vibrar a una cierta frecuencia que
puede también amortiguar o amplificar las oscilaciones de torre.
25
Si todos los factores señalados actúan simultáneamente se puede
producir una oscilación de la torre del aerogenerador de una magnitud que
puede ocasionar daños en la torre ú otros componentes del aerogenerador o al
menos reducir su eficiencia.
Para minimizar esas oscilaciones la técnica conocida ha propuesto, por
3O
un lado, utilizar torres diseñadas siguiendo criterios estructurales orientados a
reducir su frecuencia natural y, por otro lado, utilizar métodos de operación de
los aerogeneradores que aseguren que las frecuencias de excitación del rotor
-3 -
estén suficientemente distanciadas de la frecuencia natural de la torre para
evitar los incrementos dinámicos de las cargas estructurales que se producen
cuando coinciden que, como es bien conocido, provocan la fatiga prematura de
componentes básicos del aerogenerador.
5
Uno de esos métodos de operación se describe en EP0244341 y
consiste básicamente en evitar que el aerogenerador opere a una velocidad
comprendida en una banda crítica respecto a la frecuencia natural de la torre.
Otro de esos métodos de operación, dirigido especialmente a un
aerogenerador situado en la plataforma marina, se describe en EP1269015 y
10
consiste básicamente en controlar que la operación del aerogenerador a una
velocidad comprendida en una banda crítica respecto a la frecuencia natural de
la torre se desarrolle lo más rápidamente posible.
Otro de esos métodos consiste en aplicar un control de la velocidad del
rotor en la banda crítica entre dos curvas de potencia preestablecida para
15
atravesar la banda rápidamente.
Esos métodos tienen varios inconvenientes y, en particular, que implican
pérdidas en la producción de energía. La presente invención está orientada a su
solución.
2 O
SUMARIO DE LA INVENCiÓN
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de
operación de un aerogenerador que permita minimizar el tiempo en el que la
velocidad del rotor se encuentra en una banda en la que se pueden producir
25
frecuencias resonantes con la frecuencia natural de la torre.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de
operación de un aerogenerador que permita minimizar los efectos negativos
tanto en producción de potencia como en incrementos dinámicos de cargas
sobre los componentes del aerogenerador cuando la velocidad del rotor se
3 O
encuentra en una banda en la que se pueden producir frecuencias resonantes
con la frecuencia natural de la torre.
Esos y otros objetos se consiguen con un método de operación de un aerogenerador de velocidad variable provisto de un dispositivo de control orientado a la optimización de la potencia en un intervalo de velocidades V1-V2 en torno a la velocidad crrtica Vc en la que se produce una frecuencia del rotor coincidente con la frecuencia natural de la torre, en el que, en lugar de regular el par motor demandado por el generador siguiendo una curva óptima par motor vs. velocidad del generador, se puede seguir una regulación transitoria utilizando una curva formada por un primer tramo en el que el par motor asciende desde un punto correspondiente a una velocidad Vi hasta alcanzar la curva de potencia constante P2 en el punto correspondiente a la velocidad V1, por un segundo tramo en el que el par motor desciende hasta alcanzar la curva de potencia constante P1 en el punto correspondiente a la velocidad V2 y por un tercer tramo en el que el par motor asciende hasta alcanzar la curva óptima en el punto correspondiente a la velocidad Vf, siendo dichas potencias P2 y P1 superior e inferior respectivamente en un porcentaje predeterminado p a la potencia Pc correspondiente a la frecuencia natural de la torre en dicha curva óptima, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
-
Obtener continuamente la velocidad V del generador y activar un contador asignándole un valor S aplicando al tiempo transcurrido desde su activación un coeficiente de ponderación dependiente de la diferencia existente entre V y Vc en valor absoluto, que tiene valores positivos en el intervalo de velocidades Vi-Vf, alcanzando su máximo cuando V=Vc, y valores negativos fuera de él.
-
Proceder a la activación de dicha regulación transitoria cuando el valor S del contador alcanza un valor preestablecido Si y a su desactivación cuando el valor S del contador alcanza un valor preestablecido Sf, volviendo en este caso a regularse el par motor demandado por el generador siguiendo la mencionada curva óptima.
En una realización preferente de la presente invención también se tiene 3O en cuenta la aceleración de la torre para establecer el valor Si del contador que determina la activación de la regulación transitoria. Se consigue con ello
minimizar el tiempo en el que la regulación del aerogenerador no se lleva a cabo
siguiendo la curva óptima.
En otra realización preferente de la presente invención la plena activación
de dicha regulación transitoria se lleva a cabo en un tiempo predeterminado T
5
siguiendo curvas transitorias intermedias hasta alcanzar la curva final
correspondiente a dichos valores P1, P2. Se consigue con ello reducir las
cargas asociadas a dicha regulación transitoria eliminando en particular picos
de potencia/par que pueden afectar negativamente a alguno de los
componentes del aerogenerador.
10
Entre las diferencias entre el método objeto de la presente invención y los
métodos conocidos cabe citar que se trata de un método adaptativo en el que,
por un lado, dicha regulación transitoria se activa y desactiva automáticamente
cuando se dan unas condiciones preestablecidas y, por otro lado, que la
activación solo tiene lugar aquellas en circunstancias en las que es realmente
15
necesario. Ello se traduce en una mejora del rendimiento del generador.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán
de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa y no limitativa
de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
2 O
BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra la curva óptima par motor vs. velocidad del
generador utilizada normalmente en el sistema de control de un aerogenerador
de velocidad variable y la curva utilizada en la regulación transitoria según la
25
presente invención.
La Figura 2 muestra series temporales de la velocidad del generador y la
potencia producida correspondientes al comportamiento simulado de un
aerogenerador sometido a un viento de 4 m/seg al aplicarse una regulación
transitoria según la presente invención.
3O
La Figura 3 muestra series temporales de la velocidad del generador y la
potencia producida correspondientes al comportamiento simulado de un
aerogenerador sometido a un viento de 4,2 m/seg al aplicarse una regulación transitoria según la presente invención.
La Figura 4 muestra series temporales de la velocidad del generador y la potencia producida correspondientes al comportamiento simulado de un aerogenerador sometido a un viento sinusoidal de 4,1 m/seg + seno 1 m/seg al aplicarse una regulación transitoria según la presente invención.
La Figura 5 muestra la curva potencia vs. velocidad del generador correspondiente a la curva óptima utilizada normalmente en el sistema de control de un aerogenerador de velocidad variable, la curva correspondiente a la regulación transitoria según la presente invención y la línea quebrada que sigue el coeficiente de ponderación del contador utilizado para establecer el momento de activación de dicha regulación transitoria.
La Figura 6 muestra la curva potencia vs. velocidad del generador correspondiente a la curva óptima utilizada normalmente en el sistema de control de un aerogenerador de velocidad variable y la serie de curvas utilizadas durante la fase de activación de la regulación transitoria según la presente invención.
La Figura 7 muestra un gráfico que representa el valor Si del contador en función del valor de la aceleración A de la torre.
DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
El objetivo básico de los métodos de operación de los aerogeneradores de velocidad variable es conseguir que operen el máximo tiempo posible con un rendimiento óptimo aerodinámico.
Como es sabido, la energía cinética asociada a una corriente de viento depende del área barrida por dicha corriente, de su densidad y del cubo de la velocidad del viento y se considera que los aerogeneradores pueden extraer hasta un 59% de esa energía. En este sentido, se representa la capacidad de cada aerogenerador para acercarse a ese límite por el llamado coeficiente de rendimiento Cp que viene determinado por sus características aerodinámicas, particularmente por ratio de su velocidad de punta que se define como la
relación entre la velocidad tangencial de la punta de la pala y la velocidad del
viento incidente. Si se consigue mantener ese ratio en el máximo coeficiente de
rendimiento Cp del aerogenerador dejando que la velocidad del rotor siga a la
velocidad del viento se consigue un aerogenerador altamente eficiente.
5
La estrategia de control generalmente utilizada en los aerogeneradores
de velocidad variable está basada en el ajuste eléctrico del par motor del
generador para obtener el máximo rendimiento y se lleva a cabo utilizando un
controlador que recibe señales indicativas de la velocidad del generador y de la
potencia producida por el generador y que proporciona una señal de referencia
10
del par motor al convertidor para obtener la potencia deseada.
En este sentido, el controlador de los aerogeneradores utiliza una curva
que define la relación funcional deseada entre la potencia y la velocidad para
alcanzar un rendimiento óptimo.
Una curva de ese tipo es la curva 11 de la Figura 1. Ahora bien, si la
15
operación del aerogenerador se lleva a cabo siguiendo estrictamente las
referencias proporcionadas por esa curva 11, hay ciertas velocidades que
pueden provocar resonancias.
En la realización del método de operación objeto de la presente invención
que pasamos a describir seguidamente se parte del supuesto de que la banda
2 O
crítica de velocidades del rotor se corresponde con un intervalo de velocidades
del generador V1-V2 representando en la Figura 1 en los valores 223-247 rpm,
lo que supone un margen de un 5% respecto a la velocidad crítica Vc de 235 y
en las Figuras 2-6 en los valores 218-251 rpm, lo que supone un margen de un
7,5% respecto dicha velocidad Vc. Como es bien conocido en la técnica, los
25
valores V1-V2 correspondientes a cada aerogenerador particular se determinan
siguiendo criterios establecidos en normas administrativas.
La idea básica del método de operación objeto de la presente invención
es sustituir la regulación normal del aerogenerador siguiendo la curva óptima 11
por una regulación transitoria siguiendo la curva 13, que evita que el
3 O
aerogenerador opere en la banda crítica al provocar la salida de la misma en
poco tiempo, únicamente en determinadas condiciones de velocidad y/o
vibración de la torre.
La curva 13 está formada por un primer tramo 21 en el que el par motor asciende desde el punto correspondiente a una velocidad inicial Vi hasta alcanzar la curva 31 de potencia constante P2 en el punto correspondiente a la velocidad V1, por un segundo tramo en el que el par motor desciende hasta
5 alcanzar la curva 33 de potencia constante P1 en el punto correspondiente a la velocidad V2 y por un tercer tramo 25 en el que el par motor asciende hasta alcanzar la curva óptima en un punto correspondiente a la velocidad Vf, siendo dichas potencias P2 y P1 superior e inferior respectivamente en un porcentaje predeterminado p a la potencia Pc, que en el caso de la Figura 1 es de un 20%.
lOSe considera que en distintas realizaciones de la presente invención dicho porcentaje p puede estar comprendido entre un 3% y un 40%. Un porcentaje en torno al 20% sería apropiado en buena parte de esas realizaciones.
Por su parte, los valores Vi y Vf vienen determinados, respectivamente, 15 por los valores V1 y V2 al efecto de que dichos tramos 21, 25 tengan una forma apropiada.
El efecto de la regulación transitoria según el método objeto de la presente invención puede observarse en las Figuras 2, 3 Y 4 obtenidas mediante herramientas convencionales de simulación.
2 O La Figura 2 se refiere a un aerogenerador en el que la banda crítica de velocidades del generador V1-V2 se corresponde con el intervalo 218rpm a 251 rpm. Cuando la velocidad del viento tiene un valor que implica, utilizando la curva óptima 11, que el aerogenerador operarla dentro de dicha banda critica es cuando se plantea la utilización de una regulación transitoria según la presente
25 invención, denominada AZOTE en las Figuras. En el supuesto representado en la Figura 2 un viento constante de 4 m/seg. implica una velocidad del generador de 228 rpm. Pues bien en la Figura 2 se puede apreciar una comparación de los efectos en la velocidad del generador y en la potencia producida cuando se opera el aerogenerador con la regulación normal, utilizando la curva óptima 11,
3O Y cuando se opera el aerogenerador con la regulación transitoria, utilizando la curva 13 desde el instante temporal correspondiente a T = 98 seg. En este caso puede observarse que, a partir de ese instante temporal la velocidad del
generador se reduce progresivamente al aumentar la potencia demandada
hasta estabilizarse en 208 rpm, fuera por tanto de la banda crrtica.
La Figura 3 muestra un supuesto de un viento de 4,2 m/seg para el
mismo aerogenerador en el que se observa que el efecto de la regulación
5
transitoria según la presente invención es el de aumentar progresivamente la
velocidad del generador al disminuir la potencia demandada hasta estabilizarse
en 260 rpm, fuera por tanto de la banda crítica.
La Figura 4 muestra el comportamiento del aerogenerador en el caso de
un viento sinusoidal de 4,1 m/seg + seno 1 m/seg pudiendo observase que el
10
efecto de la regulación transitoria según la presente invención es el de
minimizar el tiempo en el que el aerogenerador se encuentra dentro de la banda
crítica de velocidades del generador.
La Figura 5 muestra por un lado las curvas 11 y 13 correspondientes a la
regulación normal y la regulación transitoria del aerogenerador y por otro lado la
15
línea quebrada 19 que muestra los valores del coeficiente de ponderación
utilizado para asignar el valor S del contador utilizado en la presente invención
para activar la regulación transitoria cuando alcanza un valor preestablecido Si y
para desactivarla cuando alcanza un valor preestablecido Sf que será
normalmente O. Puede observarse que esos valores del coeficiente de
2 O
ponderación dependen de la mayor o menor proximidad de la velocidad V del
aerogenerador a la velocidad crítica Vc, son positivos en el intervalo Vi-Vf y
negativos fuera de él. Una vez activado el contador se actualiza constantemente
su valor S aplicando a cada intervalo de tiempo el factor de ponderación
correspondiente a la velocidad del aerogenerador en dicho intervalo.
25
Si el aerogenerador comenzara a operar en momento dado a, por
ejemplo, la velocidad de 230 rpm, se sumaría al valor S del contador en ese
momento el valor resultante de multiplicar el tiempo transcurrido operando a esa
velocidad por 4 que es el factor de ponderación correspondiente de acuerdo con
la línea 19 de la Figura 5. Cuando el valor de S alcanza el valor preestablecido
3 O
Si se pone en marcha la regulación transitoria lo que ocasiona un aumento o
disminución de velocidad V del generador según lo indicado anteriormente y ello
supone decrementar el valor S del contador al corresponder a la nueva
velocidad un coeficiente de ponderación negativo. Al llegar S al valor Sf se
desactiva la regulación transitoria.
El valor Si puede fijarse teniendo en cuenta adicionalmente la aceleración
de la torre (que se procesaría continuamente al igual que la velocidad del
5
aerogenerador) como se muestra en el gráfico de la Figura 7. Si la aceleración
es O el valor de Si sería de 100 unidades. Ese valor sería lógicamente el valor
de Si en una realización de la invención que no tuviera en cuenta la aceleración
de la torre sino únicamente el tiempo transcurrido dentro de la banda crítica V1
V2 según lo indicado en el párrafo anterior. Para valores superiores de la
10
aceleración el valor de Si disminuye lo que supone adelantar la activación de la
regulación transitoria.
La Figura 6 ilustra la activación progresiva según una realización
preferente de la presente invención de la regulación transitoria mediante la cual
durante un tiempo predeterminado T no se utiliza la curva final 13 sino que en
15
cada intervalo de, por ejemplo 0,5 segundos se utilizan curvas intermedias 13',
13", 13'" hasta alcanzar la curva final 13. La desactivación de dicha regulación
transitoria se realiza siempre estando V fuera del intervalo Vi-Vf, es decir, sobre
la curva óptima 11.
Se considera que en distintas realizaciones de la presente invención
2 O
dicho tiempo predeterminado T puede estar comprendido entre O y 30
segundos. Como bien se comprende el límite inferior de ese intervalo se
corresponde con la realización de la invención en la que la activación de la
regulación transitoria no se harfa de forma progresiva. Un tiempo en torno a 5
segundos sería apropiado en buena parte de esas realizaciones.
25
El método objeto de la presente invención se implementa utilizando los
medios disponibles en los sistemas de control de los aerogeneradores de
velocidad variable. Esos sistemas de control comprenden por un lado
dispositivos de medida de variables relevantes tales como la aceleración de la
torre, la velocidad del viento, la velocidad del generador ó la potencia producida
3 O
en cada instante y medios de proceso que permiten establecer referencias
operacionales del aerogenerador tales como el par motor demando por el
generador en función de las circunstancias.
La regulación transitoria objeto de la presente invención se implementa
en particular incluyendo en dichos medios de proceso un algoritmo cuyos datos
de entrada básicos son, como hemos indicado, la velocidad del generador y la
aceleración de la torre, y cuyo dato de salida es una referencia operacional del
5
par demandado por el generador u otra referencia directamente relacionada con
ella.
Como ya hemos indicado, una ventaja de la regulación transitoria objeto
de la presente invención respecto de la que técnica anterior es que no se activa
siempre que la velocidad del generador se encuentre dentro de la banda crítica
10
V1-V2 sino solo en aquellas situaciones en las que la combinación de unos
determinados valores de la aceleración de la torre y del tiempo de operación
cerca de la velocidad crítica Vc suponga un riesgo para la integridad del
aerogenerador o un incumplimiento de la normativa aplicable al efecto de
maximizar la producción de energía y evitar incrementos en las cargas sufridas
15
por el aerogenerador.
Un ejemplo paradigmático en el que se pone de manifiesto esa ventaja
es en el arranque del aerogenerador con viento nominal. En esta situación,
siguiendo el método objeto de la presente invención, no se aplicarra la
regulación transitoria sino una regulación normal siguiendo la curva óptima ya
2 O
que el tiempo necesario para transitar por la velocidad crítica es mínimo y no
conlleva ningún riesgo para el aerogenerador. Ahora bien, aplicando alguno de
los métodos de la técnica anterior se obligaría al aerogenerador a cumplir las
restricciones asociadas al paso por la velocidad crrtica lo que conlleva una
pérdida de energía y eficiencia así como un aumento de las cargas del
25
aerogenerador.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión
con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas
modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por
las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones
30
siguientes.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    -12 -
    1.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable
    provisto de un dispositivo de control orientado a la optimización de la potencia,
    5
    en un intervalo de velocidades (V1-V2) en torno a la velocidad crítica (Vc) en la
    que se produce una frecuencia del rotor coincidente con la frecuencia natural de
    la torre, en el que, en lugar de regular el par motor demandado por el generador
    siguiendo una curva óptima par motor vs. velocidad del generador (11), se
    puede seguir una regulación transitoria utilizando una curva (13) formada por un
    10
    primer tramo (21) en el que el par motor asciende desde un punto
    correspondiente a un valor inicial de velocidad (Vi) hasta alcanzar la curva (31)
    de potencia constante (P2) en el punto correspondiente a otro valor de
    velocidad (V1) de un segundo tramo (23) en el que el par motor desciende hasta
    alcanzar la curva (33) de potencia constante (P1) en el punto correspondiente a
    15
    otro valor de velocidad (V2) y de un tercer tramo (25) en el que el par motor
    asciende hasta alcanzar la curva óptima (11) en el punto correspondiente a otro
    valor de velocidad (Vf), siendo los valores de las potencias respectivamente
    superior e inferior en un porcentaje predeterminado (p) que el nivel de potencia
    correspondiente a la frecuencia natural de la torre en dicha curva óptima (11),
    2 O
    caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
    a) monitorizar continuamente la velocidad M del generador y activar un
    contador asignándole un valor (S) aplicando al tiempo transcurrido desde su
    activación un coeficiente de ponderación dependiente de la diferencia existente
    entre la velocidad del generador M y la velocidad critica (Vc), en valor absoluto,
    25
    que tiene valores positivos en el intervalo de velocidades (Vi-Vf),entre la
    velocidad inicial (Vi) y la velocidad en la cual el par motor alcanza la curva ideal
    (Vf), alcanzando un máximo cuando la velocidad del generador se iguala a la
    velocidad critica (V=Vc), y valores negativos fuera de él;
    b) proceder a la activación de dicha regulación transitoria cuando el valor
    3 O
    (S) del contador alcanza un valor preestablecido (Si) y a su desactivación
    cuando el valor (S) del contador alcanza otro valor preestablecido (Sf), volviendo
    en este caso al modo de regulación donde el par motor demandado por el generador sigue la mencionada curva óptima (11).
  2. 2.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable
    5 según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso a) también comprende monitorizar la aceleración (A) de la torre y porque el valor (Si) utilizado en el paso b) se determina mediante una función preestablecida dependiente del valor de aceleración (A).
    10 3.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicho porcentaje (p) está comprendido entre el 3% yeI40%.
  3. 4.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable
    15 según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la plena activación de dicha regulación transitoria se lleva a cabo en un tiempo predeterminado (T) siguiendo curvas transitorias intermedias (13', 13", 13") hasta alcanzar la curva final (13) correspondiente a dichos valores (P1, P2).
    20 5.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho tiempo (T) está comprendido entre O y 30 segundos.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8704393B2 (en) * 2012-08-09 2014-04-22 General Electric Company System and method for controlling speed and torque of a wind turbine during post-rated wind speed conditions
JP6559559B2 (ja) * 2015-12-11 2019-08-14 株式会社日立製作所 風力発電システムおよび風力発電システムの運転方法
DE102018100726A1 (de) 2018-01-15 2019-07-18 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage und Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage
CN110966142B (zh) * 2018-09-28 2021-06-22 北京金风科创风电设备有限公司 用于风力发电机组的控制方法及装置
EP3722595A1 (en) 2019-04-09 2020-10-14 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Controller for a wind turbine
CN113847197B (zh) * 2020-06-28 2023-02-28 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组及其避转速控制方法、装置
CN113565679B (zh) * 2021-07-20 2022-08-16 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于prony算法的风电机组运行控制方法、装置及存储介质

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700081A (en) * 1986-04-28 1987-10-13 United Technologies Corporation Speed avoidance logic for a variable speed wind turbine
DE10016912C1 (de) * 2000-04-05 2001-12-13 Aerodyn Eng Gmbh Turmeigenfrequenzabhängige Betriebsführung von Offshore-Windenergieanlagen
FI118027B (fi) * 2004-08-11 2007-05-31 Abb Oy Menetelmä tuulivoimalan yhteydessä

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