ES2575101A1 - Aerogenerador con un sistema de posicionamiento del rotor - Google Patents

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Abstract

Aerogenerador con un sistema de posicionamiento del rotor. La invención proporciona un aerogenerador que dispone de un sistema de posicionamiento del rotor en una posición acimutal de referencia Azref y de mantenimiento en ella durante un periodo de tiempo predeterminado, estando dispuesto el aerogenerador en modo test. Dicho sistema de posicionamiento del rotor comprende un primer controlador (31) configurado para generar una velocidad de referencia del generador Ωref a partir de la diferencia entre la posición acimutal de referencia del rotor Azref y la posición acimutal medida del rotor Azmeas y un segundo controlador (35) configurado para generar un par motor de referencia del generador Tref a partir de la diferencia entre dicha velocidad de referencia del generador Ωref y la velocidad medida del generador Ωmeas.

Description

Los sistemas conocidos de posicionamiento del rotor para realizar tareas
como las mencionadas tienen un elevado componente manual y no permiten por
tanto su operación remota lo que sería muy deseable muy especialmente en los
aerogeneradores marinos.
5
SUMARIO DE LA INVENCiÓN
La invención proporciona un aerogenerador que dispone de un sistema
de posicionamiento del rotor en una posición acimutal de referencia AZref y de
10
mantenimiento en ella durante un período de tiempo predeterminado, estando
dispuesto el aerogenerador en modo test, para que durante dicho período se
puedan llevar a cabo las tareas mencionadas en el epígrafe anterior. Ese
sistema comprende un primer controlador configurado para generar una
velocidad de referencia del generador Qref a partir de la diferencia entre la
15
posición acimutal de referencia del rotor AZref Y la posición acimutal medida del
rotor Azmeas Y un segundo controlador configurado para generar un par motor de
referencia del generador Tref a partir de la diferencia entre dicha velocidad de
referencia del generador Qref Y la velocidad medida del generador Qmeas.
El primer y/o el segundo controlador pueden ser controladores PI
2 O
(Proporcional, Integral) o controladores PID (Proporcional, Integral, Derivativo)
siendo sus ganancias variables dependientes de la velocidad del viento Vmeas
medida a la altura del buje del rotor.
El aerogenerador comprende un dispositivo de Suministro Ininterrumpido
de Energía (UPS) o una conexión con una red eléctrica para proporcionar energía
25
al generador cuando actúa como un motor bajo el control del sistema de
posicionamiento del rotor.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán
de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa
de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
30
BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de un
aerogenerador.
La Figura 2 es un diagrama esquemático de bloques que ilustra una
realización del sistema de posicionamiento del rotor según la invención con dos
5
controladores PI.
Las Figuras 3-6 son diagramas esquemáticos de bloques ilustrando como
se obtienen las ganancias proporcional e integral de los dos controladores PI.
La Figura 7 ilustra el funcionamiento del sistema de posicionamiento del
rotor para situarlo en la posición acimutal 90deg.
10
DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCION
Un aerogenerador típico 11 comprende una torre 13 soportando una
góndola 21 que alberga un generador 19 para convertir la energía rotacional del
15
rotor del aerogenerador en energía eléctrica. El rotor del aerogenerador
comprende un buje de rotor 15 y, normalmente, tres palas 17. El buje de rotor 15
está conectado, bien directamente o a través de una multiplicadora, a un
generador 19 para transferir el par generado por el rotor al generador 19
incrementando la velocidad del eje a fin de alcanzar una velocidad rotacional
2 O
apropiada del rotor del generador para producir energía.
El aerogenerador 11 también comprende medios para que el generador
19 pueda actuar como un motor recibiendo la energía de una fuente apropiada
tal como un dispositivo de Suministro Ininterrumpido de Energía (UPS) disponible
en el propio aerogenerador 11 o bien una red eléctrica a la que el aerogenerador
25
11 está conectado. De esa manera, el generador 19 puede utilizarse como medio
de accionamiento del rotor.
La energía producida por el aerogenerador 11 está controlada por medio
de un sistema de control para regular el ángulo de paso de las palas del rotor y
el par motor del generador. La velocidad rotacional del rotor y la producción de
3 O
energía de un aerogenerador pueden ser pues controladas.
A ese efecto el sistema de control recibe datos de entrada tales como la
velocidad del viento V, la velocidad del generador D, el ángulo de paso de las
palas e, la producción de energía P desde bien conocidos dispositivos de
medida y envía datos de salida eref, Tref a, respectivamente, el sistema actuador
del ángulo de paso de las palas para cambiar la posición angular de las palas 17
y a una unidad de comando del generador 19 para cambiar la referencia de par
5
para la producción de energía.
Según la presente invención el sistema de control también comprende un
sistema de posicionamiento del rotor que permite situarlo en una posición
determinada estando el aerogenerador 11 en modo test, es decir cuando el
aerogenerador no produce energía, el rotor y el tren de potencia giran libremente
10
por la acción del viento y el sistema de freno está desactivado.
Esa posición determinada se expresa en términos de una poslclon
acimutal de referencia Azref. Por ejemplo, la posición acimutal Odeg significa que
la pala 1 del aerogenerador 11 está con su punta apuntando al cielo, la posición
acimutal 90deg significa que, mirando al aerogenerador desde fuera y desde un
15
observador situado enfrente de él, la pala 1 estaría girada en sentido de las
agujas del reloj 90deg y la posición acimutal 180deg acimut significa que la pala
1 está apuntando al suelo. La posición acimutal del rotor se mide con un sensor
ubicado en el lado de baja velocidad del tren de potencia que genera un pulso
cuando la pala 1 está en la posición acimutal Odeg. En función de la relación de
2 O
transmisión entre el eje de baja velocidad y el eje de alta velocidad y de este
pulso se calcula, mediante integración, la posición acimutal.
En una realización de la invención utilizando controladores PI
(proporcionales integrales), el sistema de control del posicionamiento del rotor
(ver Figura 2) comprende:
25
-Un primer controlador PI 31 que genera una velocidad de referencia del
generador .aref a partir del error acimutal Azerr, que se obtiene en el módulo 29
que está configurado para calcularlo a partir de la posición acimutal de
referencia AZref y de la posición acimutal medida Azmeas (mediante el sensor
mencionado anteriormente) y de unas ganancias proporcional e integral Kp1 y
3 O
Ki1 dependientes de la velocidad del viento V (medida con un anemómetro
situado a la altura del buje de rotor 15).
-Un segundo controlador PI 35 que genera un par motor de referencia del
generador Tref a partir del error de la velocidad del generador nerr, que se
obtiene en el módulo 33 que está configurado para calcularlo a partir de la
velocidad de referencia del generador nref y de la velocidad medida del
5
generador nmeas (tras la aplicación de un filtro para eliminar componentes de alta
frecuencia) y unas ganancias proporcional e integral Kp2 y Ki2.
La ganancia proporcional Kp1, expresada en rpm/deg, se obtiene (ver
Figura 3) en el módulo 43 que está configurado para calcularla multiplicando un
valor de ganancia variable Ltv1 dependiente de la velocidad del viento V mean
10
promediada a 600s a la altura del buje de rotor 15 por un parámetro P1,
expresado en rpm/deg, que define la ganancia proporcional del primer
controlador PI 31. El valor de la ganancia variable Ltv1 se obtiene en el módulo 41
que está configurado para calcularlo a partir de Vmean utilizando una tabla de
interpolación.
15
La ganancia integral Ki1, expresada en s*rpm/deg, se obtiene (ver Figura
4) en el módulo 45 que está configurado para calcularla a partir de la ganancia
proporcional Kp1 y de un parámetro P2, expresado en s, que define el tiempo
integral del primer controlador proporcional integral 31.
La ganancia proporcional Kp2, expresada en Nm/rpm, se obtiene (ver
2 O
Figura 5) en el módulo 53 que está configurado para calcularla multiplicando un
valor de ganancia variable Ltv2 dependiente de la velocidad del viento V mean
promediada a 600 segundos a la altura del buje de rotor 15 por un parámetro
P3, expresado en Nmlrpm, que define la ganancia proporcional del segundo
controlador PI 35. El valor de la ganancia variable Ltv2se obtiene en el módulo 51
25
que está configurado para calcularla a partir de V mean utilizando una tabla de
interpolación.
La ganancia integral Ki2, expresada en s*Nm/rpm, se obtiene (ver Figura
6) en el módulo 55 que está configurado para calcularla a partir de Kp2 y de un
parámetro P4, expresado en s, que define el tiempo integral del segundo
3 O
controlador PI 35.
Las siguientes curvas (ver Figura 7) ilustran el funcionamiento del sistema
de posicionamiento del rotor para situarlo en la posición acimutal 90deg:
-La curva 61 representa la posición acimutal de referencia Azref (90deg).
-La curva 63 representa la evolución en el tiempo de la posición acimutal
medida Azmeas.
-La curva 65 representa la evolución en el tiempo de la velocidad de
5
referencia del generador Dref.
-La curva 67 representa la evolución en el tiempo de la velocidad medida
del generador Dmeas.
-La curva 69 representa la evolución en el tiempo del error acimutal Azerr.
-La curva 71 representa la evolución en el tiempo del par motor de
10
referencia del generador Tref.
Como puede observarse, el sistema de posicionamiento del rotor empieza
a demandar una velocidad inicial de referencia del generador Dref de 20rpm
(curva 65) y, a partir del tiempo t1, la posición acimutal de referencia AZref de
90deg (curva 61).
15
Una vez que la posición acimutal medida Azmeas (curva 63) coincide con la
posición acimutal de referencia AZref (curva 61) en el tiempo t2, se activan los
controladores 31,35 para conseguir el par motor de referencia del generador Tref
(curva 71) necesario para mantener Azmeas en 90deg. El error acimutal AZerr llega
a O a los 200s y el par motor de referencia del generador Tref varía con el tiempo
2 O
tomando valores positivos y negativos.
La principal ventaja de la invención es que permite la automatización de
la operación del aerogenerador para mantener fijo el rotor en una posición
acimutal determinada durante un cierto tiempo para realizar operaciones tales
como el bloqueo del rotor, el acceso de personal al aerogenerador desde
25
helicópteros y la calibración de los sensores de carga de las palas.
Aunque se ha descrito la presente invención en conexión con varias
realizaciones, puede apreciarse a partir de la descripción que pueden hacerse
varias combinaciones de elementos, variaciones o mejoras en ellas y que están
dentro del alcance de la invención que se define en las reivindicaciones
3 O
siguientes.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    rotor (15) promediada a 600s y de un parámetro P1, expresado en rpm/deg, que define la ganancia proporcional del primer controlador (31);
    -
    la ganancia integral Ki1, expresada en s*rpm/deg, se obtiene en un módulo (45) configurado para calcularla a partir de la ganancia proporcional Kp1 Y de un parámetro P1 que define el tiempo integral s del primer controlador (31);
    -
    la ganancia proporcional Kp2, expresada en Nmlrpm, se obtiene en un módulo (53) configurado para calcularla a partir de un valor de ganancia variable Ltv2 dependiente de la velocidad del viento V mean a la altura del buje promediada a 600 segundos y de un parámetro P3, expresado en Nmlrpm, que define la ganancia proporcional del segundo controlador (35);
    -
    la ganancia integral Ki2, expresada en s*Nm/rpm, se obtiene en un módulo (55) configurado para calcularla a partir de la ganancia proporcional Kp2 y de un parámetro P4 que define el tiempo integral s del segundo controlador (35).
  2. 4.
    Un aerogenerador (11) según la reivindicación 1, en el que el primer y el segundo controlador (31, 35) son controladores proporcionales integrales derivativos y las ganancias proporcional, integral y derivativa de los mismos son variables dependientes de la velocidad medida del viento V meas a la altura del buje del rotor (15).
  3. 5.
    Un aerogenerador (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que también comprende un dispositivo de Suministro Ininterrumpido de Energía (UPS) para proporcionar energía al generador (19) cuando el aerogenerador está en estado de test y el generador (19) actúa como un motor.
  4. 6.
    Un aerogenerador (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que también comprende una conexión con una red eléctrica para proporcionar energía al generador (19) cuando el aerogenerador está en estado de test y el
    3 O generador (19) actúa como un motor.
    FIG.1
    ~
    29 I ~ AZerr
    L--___-----'
    I
    Kp1 Ki1
    ilref ilmeas
    ~ Tref
    FIG.2
    Vmean--.I 41 ~L1 v1
    43
    Kp1
    P1
    FIG.3
    Kp1
    45
    Ki1
    P2
    FIG.4
    Vmean--.I 51 ~L1 v2
    53
    Kp2
    P3
    FIG.5
    Kp2
    55
    Ki1
    P4
    FIG.6
    61 63
    AZ
    200 300 400 500 600 t 65
    'W . .,.,........
    n ~~LQ ~.--~-_ ---~
    ;- -~. :~-~1
    ! ~.
    •50 '-_____-1-.----......-'--------'-----,....<.,....-----'---------'
    o t OO 200 300 400 500 600 t 69
    FIG.7
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