ES2562606T3 - Vigilancia de funcionamiento de una instalación de energía eólica mediante análisis sonoro - Google Patents

Vigilancia de funcionamiento de una instalación de energía eólica mediante análisis sonoro Download PDF

Info

Publication number
ES2562606T3
ES2562606T3 ES09007072.3T ES09007072T ES2562606T3 ES 2562606 T3 ES2562606 T3 ES 2562606T3 ES 09007072 T ES09007072 T ES 09007072T ES 2562606 T3 ES2562606 T3 ES 2562606T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
sound
rotor
wind power
air
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES09007072.3T
Other languages
English (en)
Inventor
Daniel Dicke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Senvion GmbH
Original Assignee
Senvion GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Senvion GmbH filed Critical Senvion GmbH
Application granted granted Critical
Publication of ES2562606T3 publication Critical patent/ES2562606T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0296Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce noise emissions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D17/00Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/333Noise or sound levels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Procedimiento para vigilar el funcionamiento de una instalación de energía eólica (14), presentando la instalación de energía eólica (14) un rotor (10) con una pluralidad de palas de rotor (11, 12, 13), con los pasos siguientes: a. registro del sonido aéreo generado por el movimiento del rotor (10) y transformación del sonido registrado en función del tiempo en un espectro de frecuencia; b. establecimiento de una asignación entre segmentos (31, 32, 33) del sonido registrado y el sonido aéreo generado por palas de rotor individuales (11, 12, 13); c. comparación del sonido aéreo de una pala (11, 12, 13) del rotor con el sonido aéreo de otra pala (11, 12, 13) del rotor; d. medición de una magnitud ambiente que puede favorecer un defecto del rotor (10), caracterizado por que e. se combina una información sobre la magnitud ambiente con una información derivada de la captación de sonido.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
DESCRIPCION
Vigilancia de funcionamiento de una instalacion de energfa eolica mediante analisis sonoro.
La invencion concierne a un procedimiento y una disposicion para vigilar el funcionamiento de una instalacion de energfa eolica, comprendiendo esta instalacion de energfa eolica un rotor con una pluralidad de palas de rotor. En el procedimiento se ha previsto registrar el sonido aereo generado por el movimiento del rotor. La disposicion comprende a este fin un sensor de sonido que no gira con el rotor.
La gondola y la torre de una instalacion de energfa eolica tienen ya que absorber durante el funcionamiento normal unas considerables fuerzas ejercidas por el rotor al girar. Los componentes de la instalacion de energfa eolica estan disenados para aguantar estas fuerzas durante la vida util prevista de la instalacion de energfa eolica. Sin embargo, las fuerzas transmitidas desde el rotor a la gondola y la torre son superiores a lo que esta previsto para el funcionamiento normal, y asf se acorta considerablemente la vida util de los componentes de la instalacion de energfa eolica.
Las fuerzas ejercidas por el rotor resultan ser considerablemente superiores a lo previsto para el funcionamiento normal cuando las distintas palas del rotor no estan correctamente equilibradas entre ellas. El equilibrio se puede perder debido a que se dane una de las palas del rotor, por ejemplo por un rayo, el impacto de aves o la erosion. Se puede tener una accion comparable cuando se acumula hielo sobre una de las palas del rotor o cuando una de las palas del rotor tiene un angulo de ataque diferente. En todos los casos, el estado del rotor es defectuoso y la instalacion de energfa eolica se expone a cargas que van considerablemente mas alla de la medida usual durante el funcionamiento normal. Si se reconoce tempranamente el defecto, se puede reducir entonces el numero de revoluciones o se puede poner la instalacion de energfa eolica fuera de servicio para aminorar la carga. Aparte de una elevada carga, un dano o avena de una pala de rotor conduce tambien a un menor rendimiento energetico de la instalacion de energfa eolica. Atendiendo tambien a este criterio, es deseable reconocer tempranamente un defecto del rotor.
Se conoce por el documento DE 100 65 314 A1 el recurso de disponer sensores en las distintas palas del rotor y deducir de los valores de medida de los sensores un defecto del rotor. Sin embargo, la instalacion de los sensores en las palas del rotor es costosa. Asimismo, se conoce por el documento WO 01/25631 A1 el recurso de registrar el sonido emitido por una instalacion de energfa eolica y comparar la captacion de sonido con un espectro de referencia previamente establecido. Se parte de que se puede deducir de una desviacion entre la captacion de sonido y el espectro de referencia un estado de funcionamiento defectuoso de la instalacion de energfa eolica. Dado que el sonido de funcionamiento normal vana, entre otros factores, en funcion del numero de revoluciones, se tienen que mantener disponibles un gran numero de espectros de referencia. Asimismo, se conoce por el documento "Acoustic Array Measurement on a Full Scale Wind Turbine", S. Oerleman et al, 11th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, Monterey, California, USA, 23 de mayo de 2005, el recurso de comparar el sonido aereo de una pala de rotor con el sonido aereo de otra pala de rotor.
Partiendo del estado de la tecnica citado al principio, la invencion se basa en el problema de presentar un procedimiento y una disposicion que permitan de manera fiable y barata detectar un defecto del rotor. El problema se resuelve con las caractensticas de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones subordinadas se encuentran formas de realizacion ventajosas.
En el procedimiento segun la invencion se establece una asociacion entre segmentos del sonido registrado y el sonido aereo generado por palas de rotor individuales y se compara el sonido aereo de una pala del rotor con el sonido aereo de otra pala del rotor. Se mide una magnitud ambiente que puede favorecer un defecto del rotor y se combina una informacion sobre la magnitud ambiente con una informacion derivada de la captacion de sonido. La disposicion segun la invencion comprende una unidad de evaluacion y un modulo logico que estan disenados para realizar estos pasos del procedimiento.
En primer lugar, se explican algunos terminos. El sonido aereo se produce debido a la interaccion entre una pala del rotor y el aire que circula por una pala del rotor. El sonido aereo se transmite por el aire hasta el sensor de sonido. Hay que distinguir de este el sonido estructural que se propaga en el material de la pala del rotor.
El sonido aereo que parte de las palas del rotor se registra de tal manera que, durante una revolucion del rotor, vane en la captacion de sonido la intensidad del sonido recogido de cada pala de rotor individual. Esto puede conseguirse, por ejemplo, haciendo que el sensor de sonido este dispuesto a cierta distancia del eje del rotor, de modo que la distancia entre el sensor de sonido y cada pala de rotor individual vane continuamente mientras esta girando el rotor. El sonido registrado cubre al menos una revolucion completa del rotor, pero preferiblemente se extiende sobre varias revoluciones completas del rotor.
La idea de la invencion puede materializarse registrando una captacion de sonido continua que se extiende sobre una revolucion completa del rotor. En tal captacion de sonido se obtiene para cada pala del rotor un segmento en el que el sonido de esta pala de rotor tiene una intensidad mayor que la del sonido de las demas palas del rotor. Por
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
tanto, la captacion de sonido puede subdividirse en una pluralidad de segmentos, estando en primer plano en cada segmento el sonido de otra pala del rotor. No es necesario que la suma de los segmentos corresponda mtegramente a la captacion de sonido. Por el contrario, los segmentos pueden corresponder a partes pequenas de la captacion de sonido en las que el sonido de una pala de rotor es justo especialmente intenso en comparacion con el sonido de las demas palas del rotor. En el caso de una captacion de sonido que se extienda sobre varias revoluciones del rotor, se asignan varios segmentos a la misma pala del rotor. Para la asignacion que se debe realizar segun la invencion es suficiente que los segmentos pertenezcan a una misma pala del rotor, y no tiene que indicarse a cual de las palas del rotor pertenecen los segmentos.
Como alternativa, es posible registrar el sonido aereo de antemano solamente en los segmentos parciales de una revolucion del rotor en los que el sonido aereo de una pala de rotor individual incide con alta intensidad sobre el sensor de sonido. Asf, se puede detectar, por ejemplo con ayuda de la posicion angular del rotor, que una pala de rotor determinada pasa por el sensor de sonido en un momento determinado. Se registra entonces una captacion de sonido que comienza poco antes del momento en cuestion y termina poco despues del momento en cuestion. Durante una revolucion del rotor se registra de esta manera una captacion de sonido para cada pala del rotor. Las distintas captaciones de sonido son entonces segmentos del sonido registrado en su totalidad y la informacion sobre la asignacion entre los segmentos y el sonido aereo de las distintas palas del rotor se ha alimentado ya durante el registro del sonido.
Si los segmentos del sonido registrado estan asignados a las palas del rotor, el experto puede verificar entonces con metodos corrientes para el si el sonido aereo de una pala del rotor diverge del sonido aereo de otra pala del rotor.
El procedimiento segun la invencion tiene la ventaja de que las informaciones necesarias para el reconocimiento de un defecto de la pala del rotor pueden extraerse todas ellas del sonido registrado. Si las palas del rotor estan libres de defectos, todas las palas del rotor emiten entonces el mismo sonido aereo. Si se modifica ahora el estado de funcionamiento de la instalacion de energfa eolica, por ejemplo aumentando o disminuyendo el numero de revoluciones del rotor, se modifica entonces ciertamente el sonido aereo de las palas del rotor, pero la variacion no conduce a que el sonido aereo de una pala de rotor diverja del sonido aereo de otras palas del rotor. Por tanto, la captacion de sonido registrada en palas de rotor libres de defectos reproduce en cualquier momento el estado nominal del sonido aereo de las palas del rotor. Si un defecto de una pala del rotor conduce ahora a que el sonido aereo de esta pala del rotor diverja del sonido aereo de otras palas del rotor, se puede detectar entonces sin dificultades esta divergencia. Por tanto, el procedimiento puede descubrir un defecto de una pala del rotor sin que tengan que alimentarse mas informaciones desde fuera.
El sonido registrado se almacena en general primeramente en forma de una serie temporal. Algunas informaciones, como, por ejemplo, la intensidad total del sonido, pueden derivarse directamente de la serie temporal. Sin embargo, resulta posible una evaluacion de mayor fuerza expresiva cuando la serie temporal se transforma en un espectro de frecuencia. Si la serie temporal se presenta en forma digital, esta puede ser transformada entonces mediante una transformada de Fourier discreta en un espectro de frecuencia. Mediante la transformacion se hace accesible la informacion referente a que frecuencias del sonido se presentan en que intensidad. En el espectro de frecuencia puede estar contenido un desplazamiento de frecuencia que se produce debido a que se capta el sonido aereo en una parte mientras la pala del rotor se aproxima al sensor del sonido, y en otra parte mientras la pala del rotor se aleja del sensor de sonido (efecto Doppler). Las repercusiones del efecto Doppler pueden calcularse y extraerse de la captacion de sonido con medios conocidos para el experto.
El sensor de sonido esta dispuesto preferiblemente de modo que, en primer lugar, se capte el sonido que parte de la zona exterior de las palas del rotor y de las puntas de las palas. Esta zona determina en una parte importante la accion aerodinamica del rotor. Esto se consigue cuando el sensor de sonido esta dispuesto de modo que tenga con respecto al eje del rotor una distancia que este comprendida entre un 50% y un 150% del radio del rotor. El sensor de sonido puede estar configurado como un microfono direccional. El empleo de un microfono direccional puede ser util especialmente cuando la distancia entre el sensor de sonido y el eje del rotor no esta dentro de los lfmites anteriormente indicados. A pesar de una gran distancia entre el sensor de sonido y las puntas de las palas, se registra entonces, en primer lugar, el sonido aereo que parte de las palas del rotor. En direccion axial, la distancia entre el sensor de sonido y el rotor es preferiblemente inferior a un 50% y mas preferiblemente inferior a un 30% del radio del rotor. Esto se consigue, por ejemplo, cuando el sensor de sonido esta dispuesto a una altura correspondiente en la torre. Como alternativa, el sensor de sonido puede estar dispuesto tambien en el cimiento o por separado de la instalacion de energfa eolica. En estos casos, el sensor de sonido esta regularmente en una posicion estacionaria. Si el sensor de sonido esta montado en la gondola de instalacion de energfa eolica, se modifica entonces su posicion cuando vana la orientacion del eje del rotor. La calidad de la captacion de sonido puede mejorarse eventualmente mediante el empleo de una pluralidad de sensores de sonido.
Un sensor de sonido que registra el sonido aereo que parte de las palas del rotor capta necesariamente tambien otro sonido que sea generado durante el funcionamiento de la instalacion de energfa eolica o que incida sobre el sensor de sonido desde el ambiente. El sonido que no parte de las palas del rotor se denomina sonido secundario. Preferiblemente, se registra el sonido de modo que el sonido aereo que parte de las palas del rotor tenga una
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
intensidad netamente mas alta que la del sonido secundario. La fuerza expresiva de la captacion de sonido puede aumentarse aun mas filtrando el sonido secundario para extraerlo de la captacion de sonido. Pueden filtrarse y extraerse de la captacion de sonido, sin dificultades, aquellas frecuencias que no genera una pala de rotor en ninguna circunstancia. Es mas diffcil filtrar y separar los constituyentes del sonido secundario que estan en un dominio de frecuencia semejante al del sonido aereo que parte de las palas del rotor. Si se registra el sonido secundario por separado, esta disponible entonces la informacion referente a que sonido no parte de las palas del rotor. El sonido secundario puede ser entonces filtrado y extrafdo de la captacion de sonido.
El sonido secundario puede provenir de fuentes de sonido de la instalacion de energfa eolica, tales como, por ejemplo, el generador, el engranaje, los grupos hidraulicos o el accionamiento del sistema de seguimiento del viento, pero pertenecen tambien al sonido secundario las reflexiones del sonido en el suelo. Puede estar previsto un sensor de sonido secundario que este disenado para captar justamente el sonido que no parte de las palas del rotor. El sensor de sonido secundario puede estar configurado como un microfono direccional que esta orientado en direccion a una fuente conocida del sonido secundario. Para que el sonido registrado por el sensor de sonido secundario corresponda lo mas exactamente posible al sonido secundario contenido en la captacion de sonido, el sensor de sonido secundario debera estar dispuesto cerca del sensor de sonido.
Como alternativa, el sonido secundario puede eliminarse tambien comunicando a la unidad de calculo solamente la aparicion de un evento de sonido secundario. Por ejemplo, puede ser conocido por un dimensionamiento de prototipos que un evento determinado durante el funcionamiento de una instalacion de energfa eolica, tal como, por ejemplo, una actividad del sistema de seguimiento del viento o un grupo hidraulico, proporciona siempre la misma contribucion al sonido secundario. Para hacer que esta aportacion sea calculada y extrafda del sonido secundario, tienen que ser conocidos solamente el principio y el final del evento en cuestion.
Si se registra continuamente el sonido, se tiene entonces que, con una disposicion adecuada del sensor de sonido, la respectiva intensidad del sonido aumenta cuando una pala del rotor se aproxima al sensor de sonido, alcanza un maximo cuando la pala del rotor pasa por el sensor de sonido, y disminuye seguidamente de nuevo. Por tanto, es evidente por la propia captacion de sonido que segmentos de la captacion de sonido han de asignarse a una pala de rotor individual. Se puede facilitar la asignacion cuando se alimenta adicionalmente una informacion sobre el tiempo de duracion de una revolucion del rotor. En efecto, durante una revolucion cada pala del rotor pasa exactamente una vez por el sensor de sonido. Como alternativa o adicionalmente, si se alimenta una informacion sobre la posicion angular del rotor, entonces resulta posible asignar los segmentos de la captacion de sonido a palas de rotor determinadas.
Si el sonido que parte de una pala de rotor diverge de un sonido de otra pala de rotor, esto constituye entonces un fuerte indicio de que algo no marcha bien con la pala del rotor. No obstante, no existe forzosamente un defecto de la pala del rotor, sino que son imaginables tambien otras causas de la variacion del sonido. Asf, el sonido que parte de una pala de rotor puede variar, por ejemplo, a consecuencia de ataque de flujo oblicuo, turbulencia, fuerte gradiente del viento o lluvia. Por este motivo, para verificar si existe realmente un defecto de una pala del rotor, puede ser conveniente aprovechar otros indicadores. Por ejemplo, es posible medir determinadas magnitudes ambiente que traigan consigo con alguna probabilidad un defecto de una pala del rotor. Asf, en el caso de una combinacion determinada de humedad del aire y temperatura, se tiene que contar con que se fije hielo sobre las palas del rotor. Si se han producido rayos en las proximidades de la instalacion de energfa eolica, puede haber sido danada entonces una de las palas del rotor por la cafda de un rayo. Si una magnitud ambiente de esta clase denota un defecto de una pala del rotor y al mismo tiempo el sonido que parte de una pala del rotor diverge del sonido de otras palas del rotor, existe entonces con alta probabilidad un defecto de la pala del rotor. Como indicador adicional pueden aprovecharse tambien otros criterios tales como solicitaciones o esfuerzos de componentes de la instalacion de energfa eolica. Si, por ejemplo, el numero de revoluciones del rotor fluctua periodicamente con la frecuencia de giro del rotor, esto constituye entonces un fuerte indicador de un desequilibrio del rotor.
Preferiblemente, se cuantifica la divergencia detectada al comparar el sonido aereo de las palas del rotor determinando un valor diferencia que represente la divergencia. Si el sonido que parte de varias palas del rotor es identico, el valor diferencia tiene entonces el valor cero. El valor diferencia es tanto mayor cuanto mas fuerte sea la divergencia. Si el valor diferencia sobrepasa un valor lfmite prefijado, se puede producir entonces una reaccion, tal como, por ejemplo, el envfo de un aviso a un puesto de mando o una variacion del estado de funcionamiento de la instalacion de energfa eolica. Preferiblemente, se emite un aviso al sobrepasarse un primer valor lfmite, se reduce el numero de revoluciones al sobrepasarse seguidamente un segundo valor lfmite mas alto y se pone la instalacion de energfa eolica fuera de servicio al sobrepasarse un tercer valor lfmite aun mas alto.
El motivo de la divergencia del sonido aereo de una pala de rotor respecto del sonido aereo de otras palas del rotor puede residir tambien en circunstancias que no hacen necesaria ninguna intervencion o que se solventan de nuevo por sf solas. Asf, por ejemplo, los ensuciamientos, la deposicion de hielo o la humedad pueden conducir unicamente a variaciones de corta duracion del sonido aereo que parte de una pala del rotor. Para impedir que tales circunstancias conduzcan al envfo de un aviso o a una variacion del estado de funcionamiento, puede estar previsto que se produzca una reaccion ante una divergencia del sonido aereo de una pala del rotor unicamente cuando el
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
valor diferencia sobrepase el valor Ifmite para mas de un intervalo de tiempo predeterminado. El intervalo de tiempo puede tener, por ejemplo, una duracion de 10 minutos o de 30 minutos.
Es posible tambien el caso de que en todas las palas del rotor se produzca al mismo tiempo un defecto. Si, por ejemplo, reina la combinacion correspondiente de temperatura y humedad del aire, entonces se puede formar al mismo tiempo una capa de hielo sobre todas las palas del rotor. Este defecto no puede ser descubierto sin dificultades con el procedimiento conforme a la invencion, puesto que falta una divergencia del sonido aereo de una pala del rotor respecto del sonido aereo de otras palas del rotor. Para poder descubrir tambien defectos que se presentan al mismo tiempo en todas las palas del rotor, puede estar previsto que la captacion de sonido se compare adicionalmente con un espectro de referencia. En el espectro de referencia esta contenida la informacion referente a como debera estar constituida la captacion de sonido en un estado de funcionamiento determinado. Por tanto, estan almacenados espectros de referencia para diferentes combinaciones de condiciones ambiente y estados de funcionamiento de la instalacion de energfa eolica. Las condiciones ambiente pueden afectar, por ejemplo, a la velocidad del viento, la direccion del viento, la turbulencia, las precipitaciones atmosfericas y similares. Los diferentes estados de funcionamiento de la instalacion de energfa eolica pueden estar definidos por parametros tales como numero de revoluciones, potencia y angulo de pala.
Una comparacion con un espectro de referencia puede ser util tambien cuando el rotor presenta solamente dos palas de rotor. En efecto, si se verifica en dos palas de rotor que el sonido aereo de una pala de rotor diverge del sonido aereo de la otra pala de rotor, entonces no esta aun claro cual de las dos palas del rotor es la defectuosa. Esta informacion puede obtenerse por comparacion con un espectro de referencia que se ha registrado durante un funcionamiento sin perturbaciones en condiciones ambiente comparables.
La unidad de evaluacion y el modulo logico, asf como eventualmente otros componentes de la disposicion segun la invencion estan disenados para realizar todos los pasos del procedimiento segun la invencion.
Se describe seguidamente la invencion a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos y ayudandose de una forma de realizacion ventajosa. Muestran:
La figura 1, una forma de realizacion de una disposicion segun la invencion;
La figura 2, una representacion esquematica de algunos componentes de la disposicion de la figura 1;
La figura 3, una serie temporal de una captacion de sonido;
La figura 4, un espectro de frecuencia de una captacion de sonido;
La figura 5, un espectro de frecuencia de una captacion de sonido secundario; y
La figura 6, un espectro diferencia obtenido a partir de los espectros de frecuencia de las figuras 4 y 5.
Una instalacion de energfa eolica 14 en la figura 1 comprende un rotor 10 con tres palas de rotor 11, 12, 13. En la torre 15 de la instalacion de energfa eolica 14 estan dispuestos un sensor de sonido 16 y un sensor de sonido secundario 17. Durante el funcionamiento de la instalacion de energfa eolica 14 gira el rotor 10, y el sensor de sonido 16 registra el sonido aereo que parte de las palas 11, 12, 13 del rotor. El sensor de sonido secundario 17 esta disenado para captar el sonido que no parte del rotor 10, es decir, el sonido secundario. La serie temporal de la captacion de sonido registrada durante una revolucion del rotor 10 con el sensor de sonido 16 puede tener, como representacion de la intensidad I del sonido en funcion del tiempo t, una configuracion igual a la indicada en la figura 3. Aparte de un ruido de fondo permanentemente existente, en la serie temporal de la figura 3 se muestran tres segmentos 31, 32, 33 en los cuales se ha incrementado netamente la intensidad I del sonido.
La serie temporal de la captacion de sonido es conducida segun la figura 2 desde el sensor de sonido 16 hasta una unidad de evaluacion 18. La unidad de evaluacion 18 recibe tambien de un codificador de posicion 19 una informacion sobre la posicion angular momentanea del rotor 10. Las informaciones se combinan en la unidad de evaluacion 18 de modo que cada momento de la serie temporal lleve asignada una posicion angular determinada del rotor 10. En el ejemplo de la serie temporal mostrada en la figura 3 la evaluacion arroja el resultado de que en el segmento 31 la pala 11 del rotor ha pasado por el sensor de sonido 16, en el segmento 32 ha pasado por dicho rotor la pala 12 del rotor y en el segmento 33 ha pasado por dicho rotor la pala 13 del rotor. La unidad de evaluacion 18 realiza una asignacion correspondiente, extendiendose la evaluacion, a diferencia de lo que ocurre en la representacion simplificada de la figura 3, sobre una pluralidad de revoluciones del rotor.
La serie temporal de la captacion de sonido se retransmite a un modulo logico 19 juntamente con la informacion sobre la asignacion entre los segmentos 31, 32, 33 y las palas 11, 12, 13 del rotor. El modulo logico 19 comprende una unidad de calculo 20 que esta disenada para realizar transformadas de Fourier discretas. Con la unidad de calculo 20 se calculan espectros de frecuencia de los segmentos 31, 32, 33 a partir de dichos segmentos 31, 32, 33 de la serie temporal. Para el segmento 31 esta indicada en la figura 4 una posible configuracion del espectro de
5
10
15
20
25
30
35
frecuencia en funcion de la frecuencia f. Las frecuencias f, que estan contenidas de manera amplificada en el segmento 31, se muestran como maximos en el espectro de frecuencia de la figura 4.
Sin embargo, tanto en el segmento 31 como en el espectro de frecuencia de la figura 4 no esta contenido exclusivamente el sonido aereo que parte de la pala l1 del rotor, sino que esta contenido tambien el sonido secundario que proviene de otras fuentes. El sensor de sonido secundario 17 configurado como microfono direccional esta orientado en direccion a la gondola 21 y registra el ruido de funcionamiento de la instalacion de energfa eolica 14 irradiado por la gondola 21. La serie temporal del sonido secundario se alimenta a una unidad de calculo 22 que realiza una transformada de Fourier discreta y calcula el espectro de frecuencia del sonido secundario. En la figura 5 esta indicada una posible configuracion del espectro de frecuencia del sonido secundario. En el espectro de frecuencia de la figura 5 se muestra un maximo 40 que se presenta tambien en el espectro de frecuencia del segmento 31 (figura 4). El espectro de frecuencia del sonido secundario se alimenta a la unidad de calculo 20 y esta unidad de calculo 20 calcula y extrae el sonido secundario de los espectros de frecuencia de la captacion de sonido propiamente dicha mediante la formacion de la diferencia entre dichos espectros de frecuencia. La configuracion del espectro de frecuencia despues del calculo y la extraccion del sonido secundario esta indicada en la figura 6. Frente al espectro de frecuencia de la figura 4, falta el maximo 40 que proviene del ruido de funcionamiento de la gondola 21.
Los espectros de frecuencia de los segmentos 31, 32, 33 liberados del sonido secundario se retransmiten a un componente logico 23 del modulo logico 19 que compara los espectros de frecuencia uno con otro. La comparabilidad de los espectros de frecuencia puede mejorarse eventualmente mediante un filtrado pasabajos. El componente logico 23 calcula cada vez el promedio de dos espectros de frecuencia e indica la divergencia del tercer espectro de frecuencia respecto del promedio en forma de un valor diferencia. El valor diferencia tiene el valor cero cuando no existe ninguna divergencia entre los espectros de frecuencia de los segmentos 31, 32, 33, y adopta valores tanto mas grandes cuanto mayor sea la divergencia entre los espectros de frecuencia. El valor diferencia se transmite a una unidad de control 24 que compara el valor diferencia con valores lfmite prefijados. Si el valor diferencia durante mas de un periodo de tiempo prefijado esta por encima de uno o varios de los valores lfmite, se envfa entonces un aviso a un puesto de mando o se aminora el numero de revoluciones de la instalacion de energfa eolica 14.
El procedimiento que se acaba de describir representa una forma de realizacion sencilla para comparar el sonido aereo de varias palas de rotor. Son conocidos del experto metodos mucho mas complejos para hacer posible una comparacion del sonido aereo captado incluso en diffciles condiciones marginales. Unicamente a modo de ejemplo cabe citar el analisis de ordenacion en el que se aplican senales de sonido sobre la senal de numero de revoluciones para tener en cuenta la variacion de la emision de sonido con el numero de revoluciones. Se pueden realizar procedimientos similares para otros parametros de influencia tales como angulo de pala, potencia de generador, velocidad del viento, direccion del viento, gradiente del viento, etc. a fin de obtener espectros de sonido lo mas limpios posible en condiciones ambiente variables.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para vigilar el funcionamiento de una instalacion de energia eolica (14), presentando la instalacion de energia eolica (14) un rotor (10) con una pluralidad de palas de rotor (11, 12, 13), con los pasos siguientes:
    a. registro del sonido aereo generado por el movimiento del rotor (10) y transformacion del sonido registrado en funcion del tiempo en un espectro de frecuencia;
    b. establecimiento de una asignacion entre segmentos (31, 32, 33) del sonido registrado y el sonido aereo generado por palas de rotor individuales (11, 12, 13);
    c. comparacion del sonido aereo de una pala (11, 12, 13) del rotor con el sonido aereo de otra pala (11, 12, 13) del rotor;
    d. medicion de una magnitud ambiente que puede favorecer un defecto del rotor (10), caracterizado por que
    e. se combina una informacion sobre la magnitud ambiente con una informacion derivada de la captacion de sonido.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que se filtra un sonido secundario y se le separa del sonido registrado.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que se determinan la duracion de una revolucion y/o la posicion angular del rotor (10) y por que la asignacion en el paso b. se realiza sobre la base de la duracion de la revolucion y/o la posicion angular del rotor (10).
  4. 4. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en el paso c. se calcula un valor diferencia que representa la divergencia entre el sonido aereo de una pala (11, 12, 13) del rotor y el sonido aereo de otra pala (11, 12, 13) del rotor.
  5. 5. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el rebasamiento de un valor lfmite prefijado por el valor diferencia se aprovecha como condicion segun la cual se emite un aviso y/o se vana el estado de funcionamiento de la instalacion de energia eolica (14).
  6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado por que se emite un aviso y/o se vana el estado de funcionamiento de la instalacion de energia eolica (14) unicamente cuando el valor diferencia esta por encima del valor lfmite durante mas de un periodo de tiempo predeterminado.
  7. 7. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que se compara la captacion de sonido con un espectro de referencia.
  8. 8. Disposicion para vigilar el funcionamiento de una instalacion de energia eolica que comprende:
    a. una instalacion de energia eolica (14) que presenta un rotor (10) con una pluralidad de palas de rotor (11, 12, 13);
    b. un sensor de sonido (16) que no gira con el rotor (10) y que registra el sonido aereo generado por el movimiento del rotor (10);
    c. una unidad de evaluacion (18) que establece una asignacion entre unos segmentos (31, 32, 33) del sonido registrado y el sonido aereo generado por palas individuales (11, 12, 13) del rotor;
    d. un modulo logico (19) que transforma el sonido registrado en funcion del tiempo en un espectro de frecuencia y que compara el sonido aereo de una pala (11, 12, 13) del rotor con el sonido aereo de otra pala (11, 12, 13) del rotor; y
    e. un sensor para medir una magnitud ambiente que puede favorecer un defecto del rotor (10); caracterizada por que
    f. esta previsto, ademas, combinar una informacion sobre la magnitud ambiente con una informacion derivada de la captacion de sonido.
  9. 9. Disposicion segun la reivindicacion 8, caracterizada por que el sensor de sonido (16) esta configurado como un microfono direccional.
  10. 10. Disposicion segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizada por que esta previsto un sensor de sonido secundario
    7
    (17) y por que este sensor de sonido secundario (17) esta dispuesto cerca del sensor de sonido (16).
  11. 11. Disposicion segun la reivindicacion 10, caracterizada por que el sensor de sonido secundario (17) esta configurado como un microfono direccional.
ES09007072.3T 2008-06-05 2009-05-27 Vigilancia de funcionamiento de una instalación de energía eólica mediante análisis sonoro Active ES2562606T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008026842 2008-06-05
DE102008026842A DE102008026842B3 (de) 2008-06-05 2008-06-05 Verfahren und Anordnung zum Überwachen des Betriebs einer Windenergieanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2562606T3 true ES2562606T3 (es) 2016-03-07

Family

ID=40775156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES09007072.3T Active ES2562606T3 (es) 2008-06-05 2009-05-27 Vigilancia de funcionamiento de una instalación de energía eólica mediante análisis sonoro

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2131037B1 (es)
DE (1) DE102008026842B3 (es)
DK (1) DK2131037T3 (es)
ES (1) ES2562606T3 (es)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8277185B2 (en) * 2007-12-28 2012-10-02 General Electric Company Wind turbine, wind turbine controller and method for controlling a wind turbine
US8197207B2 (en) * 2007-12-31 2012-06-12 General Electric Company Individual blade noise measurement system and method for wind turbines
US8662842B2 (en) * 2010-06-28 2014-03-04 General Electric Company Method and system for utilizing rotorspeed acceleration to detect asymmetric icing
US8232663B2 (en) * 2011-06-30 2012-07-31 General Electric Company Controlling noise generated by wind turbines in a wind farm by de-synchronization of wind turbine rotors
US20130149145A1 (en) * 2011-12-09 2013-06-13 Euros Entwicklungsgesellschaft Fur Windkraftanlagen Mbh Wind turbine
US9395337B2 (en) * 2013-03-15 2016-07-19 Digital Wind Systems, Inc. Nondestructive acoustic doppler testing of wind turbine blades from the ground during operation
US9330449B2 (en) 2013-03-15 2016-05-03 Digital Wind Systems, Inc. System and method for ground based inspection of wind turbine blades
US9194843B2 (en) 2013-03-15 2015-11-24 Digital Wind Systems, Inc. Method and apparatus for monitoring wind turbine blades during operation
US9453500B2 (en) 2013-03-15 2016-09-27 Digital Wind Systems, Inc. Method and apparatus for remote feature measurement in distorted images
DE102015117032A1 (de) 2015-10-07 2017-04-13 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage
PL232585B1 (pl) * 2016-02-13 2019-06-28 Przybycin Michal Urządzenie rejestrujące kolizje zwierząt latających z elektrowniami wiatrowymi i wskazujące miejsce ich upadku na podłoże
US10400744B2 (en) 2016-04-28 2019-09-03 General Electric Company Wind turbine blade with noise reducing micro boundary layer energizers
CN110500234B (zh) 2018-05-18 2020-07-03 北京金风科创风电设备有限公司 用于风力发电机组的噪声控制的方法和装置
DE102018130389A1 (de) 2018-11-29 2020-06-04 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Getriebes
DE102019002963A1 (de) * 2019-04-25 2020-10-29 Drägerwerk AG & Co. KGaA Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer Schall- und Gasexpositon
CN111306008B (zh) * 2019-12-31 2022-03-11 远景智能国际私人投资有限公司 风机叶片的检测方法、装置、设备及存储介质
CN115450858A (zh) * 2022-10-18 2022-12-09 山东大学 基于数字孪生的风机叶片状态检测方法及系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19948194C2 (de) * 1999-10-06 2001-11-08 Aloys Wobben Verfahren zur Überwachung von Windenergieanlagen
DE10065314B4 (de) * 2000-12-30 2007-08-16 Igus - Innovative Technische Systeme Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Überwachung des Zustandes von Rotorblättern an Windkraftanlagen
ES2627790T3 (es) * 2005-05-17 2017-07-31 Vestas Wind Systems A/S Pala de turbina eólica controlada por cabeceo que tiene medios de generación de turbulencia, turbina eólica y uso de la misma
US8197207B2 (en) * 2007-12-31 2012-06-12 General Electric Company Individual blade noise measurement system and method for wind turbines

Also Published As

Publication number Publication date
EP2131037B1 (de) 2015-11-25
DK2131037T3 (en) 2016-02-29
DE102008026842B3 (de) 2010-02-18
EP2131037A3 (de) 2011-03-02
EP2131037A2 (de) 2009-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2562606T3 (es) Vigilancia de funcionamiento de una instalación de energía eólica mediante análisis sonoro
ES2670591T3 (es) Un sistema de seguridad para una turbina eólica
ES2809172T3 (es) Monitorización de eventos a través de combinación de señales
ES2883901T3 (es) Procedimiento de alternancia de desplazamiento para el funcionamiento de turbina eólica
ES2633346T3 (es) Método de control para una turbina eólica y turbina eólica
EP3511562B1 (en) Monitoring a blade bearing
ES2727248T3 (es) Procedimiento y dispositivo para el monitoreo de estado de palas de rotor
ES2826173T3 (es) Sistema y procedimiento para evaluar el impacto en el rendimiento de actualizaciones de turbinas eólicas
ES2294959B1 (es) Equipo de monitorizacion y proceso para aerogeneradores y sistema de mantenimiento predictivo para parques eolicos.
ES2628058T3 (es) Procedimiento de optimización de la operación de una turbina eólica
EP3043062B2 (en) Condition monitoring apparatus for wind turbine
ES2906678T3 (es) Sistemas y procedimientos para detectar daños en rodamientos de turbinas eólicas
US20130195657A1 (en) Wind turbine system for detection of blade icing
US7086834B2 (en) Methods and apparatus for rotor blade ice detection
DK1906192T3 (en) Apparatus for evaluating sensors and / or for controlling the operation of an apparatus which includes a sensor
US9004862B2 (en) Calibration of wind turbine sensor
ES2543818T3 (es) Dispositivo para la supervisión del número de revoluciones en una turbina eólica
ES2626599T3 (es) Procedimiento para la supervisión de una estabilidad estática y/o dinámica de una instalación de energía eólica
EP1748185A1 (en) Icing detection system for a wind turbine
KR20110112427A (ko) 풍력 발전용 풍차
US9140239B2 (en) Wind power plant controller for avoiding common cause shutdown
ES2608479T3 (es) Generador de turbina eólica con operación de velocidad de bloqueo adaptativa
CA2999829C (en) Method for monitoring a wind turbine
DK200701456A (da) Overvågning af en vindmölles vingefrekvenser
WO2005047999A1 (es) Equipo de monitorización y proceso para aerogeneradores y sistema de mantenimiento predictivo para parques eólicos