ES2623880T3 - Método y sistema de control para el control de una pala de turbina eólica durante el proceso de parada del rotor - Google Patents

Método y sistema de control para el control de una pala de turbina eólica durante el proceso de parada del rotor Download PDF

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ES2623880T3 ES04739009.1T ES04739009T ES2623880T3 ES 2623880 T3 ES2623880 T3 ES 2623880T3 ES 04739009 T ES04739009 T ES 04739009T ES 2623880 T3 ES2623880 T3 ES 2623880T3
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Abstract

Método para el control de al menos una pala (5) de turbina eólica durante el proceso de parada del rotor (6) en un sistema de turbina eólica (1), por ejemplo durante situaciones extremas tales como desconexión de una red eléctrica o fuerte viento, en el que dicho método optimiza la velocidad de control de las palas de dichas palas al menos hacia una posición de no fuerza de aceleración (fac) aplicada al rotor en respuesta a uno o más valores de realimentación del sistema y/o el entorno del sistema, estando el método caracterizado por que el ángulo de paso de dicha al menos una pala (5) de turbina eólica se controla en relación a una curva cíclica o una no lineal similar durante cada giro del rotor (6).

Description

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DESCRIPCION
Metodo y sistema de control para el control de una pala de turbina eolica durante el proceso de parada del rotor Antecedentes de la invencion
La invencion se refiere a un metodo para el control de al menos una pala de turbina eolica durante el proceso de parada del rotor en un sistema de turbina eolica, sistema de control, turbina eolica y uso de los mismos.
Descripcion de la tecnica relacionada
El proceso de parada puede iniciarse para evitar situaciones de sobrecarga para una turbina eolica, por ejemplo, si el generador electrico de la turbina eolica se desconecta subitamente de la red electrica.
Previamente, las palas de turbina eolica de una turbina eolica se han controlado durante un proceso de parada mediante el uso de valores preestablecidos para la velocidad de cambio de paso hasta que el paso de las palas esta completamente contra el viento.
Los sistemas de control de paso comprenden principalmente componentes mecanicos e hidraulicos tales como accionadores hidraulicos para girar las palas de la turbina eolica hacia o contra el viento alrededor de su eje longitudinal.
La solicitud de patente europea N.° EP 0 942 168 A1 divulga un metodo para el control de una pala de turbina eolica durante el proceso de parada del rotor en un sistema de turbina eolica, en el que se controla la velocidad de cambio de paso de la pala cuando se mueve hacia una posicion de estabilidad donde no se proporciona aceleracion al rotor en respuesta a una realimentacion del sistema.
Un problema con la tecnica anterior es que los valores para la velocidad de cambio de paso han de ser escogidos conservadoramente para asegurar que cualquier parte de la turbina eolica y especialmente las palas no experimentan una situacion de sobrecarga por el control durante el proceso de parada. Sin embargo, si el proceso de parada es demasiado lento los medios de generador y engranaje de la turbina eolica pueden sufrir danos.
Un problema relacionado es que la turbina eolica y especialmente las palas han de dimensionarse bastante robustas para sobrevivir a cualquier esfuerzo durante el proceso de parada en el que el proceso se prolongue por la baja velocidad de cambio de paso.
Un problema adicional es el hecho de que el rotor pueda quedar fuera de control, es decir, acelerar a velocidades fatales debido a la baja velocidad de cambio de paso.
Un objeto de la invencion es establecer una tecnica sin las desventajas anteriormente mencionadas. Especialmente, es un objeto establecer soluciones que sean optimas en conexion con el proceso de parada del rotor de turbina eolica y especialmente rotores de las grandes turbinas eolicas modernas sin provocar danos a las turbinas eolicas.
La invencion
La invencion se refiere a un metodo para el control de al menos una pala de turbina eolica durante el proceso de parada del rotor en un sistema de turbina eolica, por ejemplo durante situaciones extremas tales como la desconexion de una red electrica o fuertes vientos, en donde dicho metodo optimiza la velocidad de control de las palas de dichas palas al menos hacia una posicion de no aplicacion de fuerza de aceleracion fac al rotor en respuesta a uno o mas valores de realimentacion del sistema y/o a el entorno del sistema.
Los angulos de paso de dicha al menos una pala de turbina eolica se controlan en relacion con una curva dclica o una no lineal similar durante cada giro del rotor por ejemplo en relacion con la velocidad del viento en diferentes secciones del area barrida. De ese modo, la turbina eolica puede protegerse contra danos debido a que surjan fuerzas fatales debidas a fuerzas de viento asimetricas sobre el area barrida, desequilibrios en el rotor y/o los sistemas de control del rotor.
Debena entenderse que el angulo de paso se controla en relacion con valores de realimentacion para manejar situaciones no lineales durante cada giro del rotor y por ello sigue una curva no lineal pero no se controla a lo largo de una curva como tal.
Por ello se establece un metodo sin las desventajas anteriormente mencionadas de la tecnica anterior. Especialmente, es ventajoso que el metodo permita al rotor de la turbina eolica detenerse optima y activamente en respuesta a valores de realimentacion de la turbina eolica y/o del entorno de la turbina eolica. El control activo de las palas de la turbina eolica permite a la turbina eolica detenerse rapidamente sin exponer a la turbina eolica a fuerzas excesivas, es decir una optimizacion entre tiempo y fuerzas en la parada del rotor.
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El metodo es particularmente ventajoso en conexion con las largas y pesadas palas de turbina eolica de las modernas turbinas eolicas en las que las posibles fuerzas excesivas son ciertamente significativas.
En consecuencia, el metodo permite que la turbina eolica que incluye el sistema del rotor se dimensione menos robusta de lo normal dado que la turbina eolica no se sometera a fuerzas considerables y potencialmente peligrosas durante el proceso optimo y veloz de parada.
En un aspecto de la invencion, dicho control incluye la regulacion del angulo de paso de una o mas palas de turbina eolica con control de paso o perdida activa a partir del valor en el inicio del proceso de parada hasta un valor de dicha posicion de no aceleracion por ejemplo a sustancialmente 90 grados. Optimizar el control de paso de las palas en el periodo desde el inicio del proceso de parada hasta que se establece la posicion de palas de no aceleracion, es especialmente ventajoso dado que las fuerzas de la pala en este periodo son potencialmente daninas para la turbina eolica si no se mantienen bajo control rapidamente, por ejemplo debido al incremento de la velocidad del rotor durante el periodo. La velocidad del rotor se contiene y esta de nuevo bajo control cuando se alcanza la posicion de no aceleracion.
En un aspecto adicional de la invencion, la regulacion del angulo de oscilacion de un mecanismo de oscilacion del rotor se usa en la obtencion de la no aceleracion de dicha al menos una pala de turbina eolica. El mecanismo de oscilacion permite a la pala cambios de la carga durante cada giro de las palas de la turbina eolica en respuesta a velocidades del viento asimetricas sobre el area de barrido con el uso de un cojinete en el buje del rotor. El angulo de oscilacion es un dato de medicion importante durante el proceso de parada dado que la falta de control en el mecanismo de oscilacion puede dar como resultado la aplicacion de fuerzas involuntarias a las palas, impacto entre las palas y la torre asf como sobrecarga del mecanismo de oscilacion.
En un aspecto adicional de la invencion, dicho control incluye una configuracion en bucle cerrado con dichos valores de realimentacion establecidos mediante medicion de datos mecanicos o ffsicos del sistema y/o el entorno del sistema tales como la medicion de los datos de la posicion del paso, carga de la pala, angulo de oscilacion, azimut, friccion de los cojinetes de la pala, velocidad del viento, direccion del viento, cizalladura del viento y/o densidad del viento. De ese modo, es posible cambiar rapidamente el paso de las palas de la turbina eolica a una posicion de no aceleracion y por ello reducir una sobrevelocidad del rotor y sin sobrecarga de la turbina eolica y la estructura de palas. En consecuencia, los valores de realimentacion aseguran que se evite una rotura fatal de la turbina eolica dado que el componente cntico de la turbina eolica y el entorno se supervisan y realimentan al sistema de control de palas.
La frase “datos mecanicos o ffsicos” debena entenderse como la medicion de datos que no se refieren a la produccion de potencia electrica generada por el sistema de turbina eolica u otras mediciones en relacion a la generacion de potencia durante penodos normales de generacion de potencia.
En un aspecto tambien adicional de la invencion, la velocidad del cambio de paso se controla en relacion con una curva no lineal con una pendiente inicial mas alta. De ese modo, es posible superar cualquier inercia y cambiar el paso de la pala rapidamente contra el viento. El cambio de paso puede realizarse mas proximo a los ffmites ffsicos de la turbina eolica y especialmente del sistema de rotor dado que se miden, realimentan y usan los datos necesarios en el cambio de paso continuo de las palas contra el viento. Adicionalmente, la velocidad puede limitarse a un valor bajo cuando los valores de realimentacion indican que
En un aspecto de la invencion, el control de la velocidad de cambio de paso comprende un transitorio inicial elevado desde 0 a cerca de 15 grados/segundo en los primeros pocos segundos, por ejemplo, en los primeros cinco segundos tal como entre el primer y el tercer segundo. De ese modo, es una realizacion ventajosa de la invencion conseguida y especialmente en conexion con las palas de turbina eolica modernas de una longitud mas alla de 30 metros, por ejemplo palas de 39 o 44 metros y con un peso de al menos 5 toneladas.
En otro aspecto de la invencion, dichos uno o mas valores de realimentacion dan como resultado valores de control para el control de dicha al menos una pala de turbina eolica dentro de valores ffmite de control. Por ello, puede cambiarse el paso de las palas de la turbina eolica con una velocidad inicial alta y una velocidad posterior mas baja en respuesta a los valores de realimentacion y por ello estableciendo una curva de velocidad no lineal.
En otro aspecto de la invencion, los angulos de paso de dicha al menos una pala de turbina eolica se controlan individualmente durante cada giro del rotor para obtener una fuerza sustancialmente comun sobre el rotor. Por ello, el rotor puede protegerse contra fuerzas asimetricas y potencialmente fatales durante cada giro en el proceso de parada.
La invencion se refiere adicionalmente a un sistema de control para el control de al menos una pala de turbina eolica durante el proceso de parada del rotor en un sistema de turbina eolica, por ejemplo durante situaciones extremas tal como desconexion de una red electrica o fuertes vientos, en el que el sistema comprende
medios sensores para medir uno o mas valores del sistema y/o el entorno del sistema,
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medios de calculo para establecer uno o mas valores de realimentacion de dichos valores medidos, y
medios de control para el control de dicha al menos una pala de turbina eolica en el que dichos medios optimizan la velocidad de control de la pala de dichas palas al menos hacia una posicion de no fuerza de aceleracion fac aplicada al rotor en respuesta a dichos uno o mas valores de realimentacion.
El sistema accionador del cambio de paso controla los angulos de paso de dicha al menos una pala de turbina eolica con relacion a una curva dclica o no lineal durante cada giro del rotor, por ejemplo con relacion a la velocidad del viento en diferentes secciones del area barrida.
Por ello se establece un sistema de control sin las desventajas anteriormente mencionadas de la tecnica anterior. Especialmente, es ventajoso que el sistema de control permita que la turbina eolica sea activamente detenida en respuesta a valores de realimentacion. El control activo de las palas de la turbina eolica permite a la turbina eolica ser detenida rapidamente sin exponer la turbina eolica a fuerzas excesivas, es decir una optimizacion entre tiempo y fuerzas durante el proceso de parada.
El sistema de control es particularmente ventajoso en conexion con las palas de turbina eolica largas y significativamente pesadas de las turbinas eolicas modernas. Adicionalmente, las turbinas eolicas modernas y especialmente las palas de la turbina eolica pueden disenarse sin el sobredimensionamiento estandar para sobrevivir a situaciones extremas dado que el sistema de control puede detener las turbinas eolicas antes de que se enfrenten a fuerzas excesivas.
En aspectos de la invencion, dichos medios de control comprenden medios y algoritmos tales como sistemas de accionador del paso para el control del paso desde el valor inicial del proceso de parada a un valor de dicha posicion de no aceleracion, por ejemplo de 90 grados de dicha al menos una pala de turbina eolica tal como una o mas palas de turbina eolica con control de paso o perdida activa y/o un mecanismo de oscilacion que se usa en la obtencion de la no aceleracion de dicha al menos una pala de turbina eolica.
En otro aspecto de la invencion, dichos medios sensores incluyen sensores de posicion de paso, sensores de carga de pala, sensores de azimut, sensores de viento y/o sensores de angulo de oscilacion para la medicion de datos mecanicos o ffsicos del sistema de turbina eolica y/o el entorno del sistema. Por ello, es una realizacion ventajosa de la invencion conseguida mediante el establecimiento de los valores relevantes y necesarios de la turbina eolica y entornos a ser usados en los algoritmos como valores de realimentacion durante el proceso de parada.
En un aspecto adicional de la invencion, dicho sistema incluye una configuracion en bucle cerrado para establecer dichos uno o mas valores de realimentacion. Por ello, es una realizacion ventajosa conseguida de la invencion.
En otro aspecto de la invencion, dichos medios de control comprenden medios para el control de la velocidad de cambio de paso con relacion a una curva no lineal con una pendiente inicial mas alta. Por ello es una realizacion ventajosa conseguida de la invencion.
En un aspecto de la invencion, dichos medios de control comprenden medios para el control de la velocidad de cambio de paso con un transitorio inicial alto desde 0 a cerca de 15 grados/segundo en los primeros pocos segundos, por ejemplo en los primeros cinco segundos tal como entre el primer y el tercer segundo. Por ello, es una realizacion ventajosa conseguida de la invencion.
En un aspecto de la invencion, dicho sistema controla dicha al menos una pala de turbina eolica dentro de valores lfmite de control. Por ello, es una realizacion ventajosa conseguida de la invencion.
En un aspecto adicional de la invencion, dichos medios de calculo incluyen un microprocesador y medios de almacenamiento de ordenador por ejemplo para algoritmos de cambio de paso y valores preestablecidos de dichos valores lfmite de control. El uso de los medios de calculo en los medios de control y en combinacion con sistemas de accionador del paso que reaccionan rapidamente permite a las palas de la turbina eolica girarse contra el viento sin ser danadas durante el giro.
La invencion tambien se refiere a una turbina eolica con al menos unas palas de turbina eolica con control de paso o perdida activa en el rotor y un sistema de control para el control de un sistema accionador del paso y del angulo de paso de dicha al menos una turbina eolica en respuesta a uno o mas valores de realimentacion de la turbina eolica y/o del entorno de la turbina eolica durante un proceso de parada.
En aspectos de la invencion, dicha al menos una pala de turbina eolica es parte de una turbina eolica con dos o tres palas y dicho sistema accionador del paso incluye motores electricos, por ejemplo motores paso a paso electricos que controlan el angulo de paso de dicha al menos una pala de turbina eolica. El uso de motores electricos permite la creacion de sistemas accionadores del paso precisos y que reaccionan rapidamente lo que es ventajoso en conexion con la presente invencion.
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En otros aspectos de la invencion, dicha turbina eolica comprende un mecanismo de oscilacion del rotor y dicho sistema accionador del paso controla los angulos de paso de dicha al menos una pala de turbina eolica individualmente durante cada giro del rotor para obtener una fuerza sustancialmente comun sobre el rotor.
Figuras
La invencion se describira en lo que sigue con referencia a las figuras en las que
la fig. 1
ilustra una gran turbina eolica moderna que incluye tres palas de turbina eolica en el rotor de la turbina eolica,
la fig. 2
ilustra un ejemplo de la distribucion de fuerzas del viento a las que se enfrenta el rotor de la turbina eolica durante el giro,
la fig. 3
ilustra esquematicamente la funcionalidad de un sistema de cambio de paso en una turbina eolica con el paso controlado,
las figs. 4 y 5
ilustran la funcionalidad y velocidad de cambio de paso de un sistema de control bien conocido para el control de las palas de turbina eolica,
la fig. 6
ilustra la estrategia de control del angulo de paso de un sistema de control para el control de las palas de turbina eolica,
las figs. 7 y 8
ilustran la funcionalidad y velocidad de cambio de paso de un sistema de control para el control de las palas de turbina eolica de acuerdo con la invencion,
la fig. 9 ilustra una estrategia de control del angulo de paso de un sistema de control tal como se ha
ilustrado en la fig. 7,
la fig. 10 ilustra esquematicamente una realizacion preferida del sistema de control para el control de las
palas de turbina eolica durante un proceso de parada.
Descripcion detallada
La fig. 1 ilustra una turbina eolica 1 moderna con una torre 2 y una gondola 3 de turbina eolica situada en la parte superior de la torre. Las palas 5 del rotor de la turbina eolica se conectan a la gondola a traves de un arbol de baja velocidad que se extiende fuera del frente de la gondola.
Como se ilustra en la figura, el viento por encima de un cierto nivel activara el rotor y le permitira girar en una direccion perpendicular al viento. El movimiento de giro se convierte en energfa electrica que se suministra normalmente a la red de transmision tal como es conocido por los expertos en la materia dentro del area.
La fig. 2 ilustra la distribucion de las fuerzas del viento a las que se enfrenta el gran rotor 6, por ejemplo fuertes fuerzas del viento en la parte superior del rotor (por ejemplo 10 metros por segundo) y fuerzas decrecientes del viento (por ejemplo desde 8 a 2 metros por segundo) hacia la parte inferior del rotor. La distribucion de fuerzas del viento enfrentadas por el rotor puede dar como resultado un momento muy fuerte sobre la turbina eolica por el que las fuerzas del viento tratan literalmente de desprender la gondola de la torre o la cimentacion. Las palas de la turbina eolica se controlan individualmente para nivelar la distribucion de las fuerzas del viento, es decir, con el paso menos contra el viento en la parte superior que en la parte inferior del movimiento giratorio realizado por el rotor que incluye las palas. Esta tecnica se denomina paso cfclico de las palas de turbina eolica, es decir un cambio cfclico del angulo de paso durante una rotacion completa de una pala.
Las fuerzas de viento asimetricas pueden surgir o incrementarse por cizalladura del viento o estelas de viento desde otras turbinas eolicas en un parque eolico o por condiciones meteorologicas o geograficas.
La fig. 3 ilustra esquematicamente la funcionalidad del sistema de paso en una turbina eolica con el paso controlado. La turbina se ilustra solamente con una pala 5 de turbina eolica. La pala se ilustra en dos posiciones con relacion a la direccion del viento; una posicion de trabajo “a” y una posicion de no aceleracion o no energfa “b”, respectivamente, y (no mostrada) una posicion de aparcamiento. La pala esta en la posicion b con el paso cambiado o girada contra el viento alrededor de su eje longitudinal en un grado tal que una fuerza de aceleracion fac es cero, es decir una posicion de no aceleracion para el rotor de la turbina eolica. La posicion a ilustra la pala 5 de la turbina eolica en cualquier posicion de trabajo normal en la que la pala ha cambiado el paso o girado hacia el viento mediante lo que el viento establece fuerzas de empuje sobre la pala haciendo que el rotor de la turbina eolica y el arbol giren. El angulo O es el angulo desde las posiciones a hasta la b a la posicion de aparcamiento y por ello el angulo desde una posicion de trabajo dada a traves de la posicion de no aceleracion a la posicion de aparcamiento, es decir el angulo al que debe cambiarse la pala de la turbina eolica durante un proceso de parada tal como una
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parada de emergencia de una turbina eolica para protegerla mediante la eliminacion de fuerzas de la pala (y por ello del resto de la turbina eolica).
El viento afecta al perfil de la pala de la pala de turbina eolica con una fuerza dirigida ortogonalmente Femp y una fuerza dirigida en paralelo Farr sobre el perfil de la pala. Hay un excedente de fuerza y la pala de la turbina eolica acelerara si la suma de los componentes del vector apunta hacia adelante. Y desacelerara si la suma de los componentes del vector apunta hacia atras.
Las figs. 4 y 5 ilustran la funcionalidad de un sistema de control previo para el control de las palas de turbina eolica.
La fig. 4 ilustra esquematicamente como un controlador 7 controla el modelo flexible 8 que representa una pala 5 de turbina eolica con el paso controlado del rotor 6 en una turbina eolica 1 durante el proceso de parada. El paso continuamente variable puede operar con un angulo O entre 0 y 90 grados en el que la posicion de aparcamiento representa la pala de la turbina eolica estando sustancialmente contra el viento.
Desde la posicion de operacion normal a la posicion de aparcamiento es el angulo O al que debe girarse la pala de turbina eolica para detener el rotor en su giro. La velocidad angular define el tiempo de cambio de paso desde una posicion de operacion a una posicion de aparcamiento de la pala de turbina eolica.
El cambio de paso de palas del sistema de turbina eolica se lleva a cabo normalmente mediante un sistema hidraulico con tanque y bombas colocados en la gondola, mientras que se colocan servovalvulas y cilindros en el buje. Los cilindros se proveen con aceite presurizado a traves del arbol de baja velocidad hueco y una entrada giratoria de aceite. El control del sistema hidraulico se establece normalmente mediante un sistema de reles electricos.
La fig. 5 ilustra un ejemplo de una curva de relacion de la fuerza aplicada para conseguir una velocidad de cambio de paso angular a lo largo del tiempo en conexion con el controlador de la fig. 4, es decir una curva sobre la aceleracion del sistema.
La curva comprende un primer y un segundo nivel de fuerza aplicada a la pala de la turbina eolica en la que el primer nivel es mas alto que el segundo para iniciar el cambio de paso de la pala y dar como resultado una velocidad de cambio de paso angular sustancialmente lineal o constante desde una posicion de operacion a una posicion de no energfa o aparcamiento. Los niveles se eligen bastante conservadores con un margen significativo para cualquier nivel que pueda producir danos a la pala de la turbina eolica o a otros componentes de la turbina eolica.
Los o/s sobre la figura debenan entenderse como °/s, es decir grados por segundo.
La fig. 6 ilustra la estrategia de control del angulo de paso de un sistema de control para el control de las palas de turbina eolica en un rotor de turbina eolica como el ilustrado en la fig. 4. Cada una de las tres curvas ilustra el comportamiento de una pala de turbina eolica durante un penodo normal y de parada del rotor en el que el proceso de parada se inicia cerca de 360 grados, es decir, un giro del rotor despues del inicio de la curva y cerca de un giro y medio del rotor antes de que se alcance un angulo de paso de 90 grados.
La estrategia comprende el cambio de paso en relacion a la velocidad del viento sobre el area barrida mediante lo que el angulo de paso se cambia dclicamente en cada giro del rotor, es decir las palas barren hacia y contra el viento durante un giro. Cuando se inicia el proceso de parada del rotor se cambia el paso de las palas como se ha ilustrado en las figs. 4 y 5, es decir con una velocidad de cambio de paso lineal a lo largo del tiempo forzando a las palas a seguir las curvas ilustradas en la fig. 6.
Las figs. 7 y 8 ilustran la funcionalidad y velocidad de cambio de paso de un sistema de control para el control de las palas de turbina eolica de acuerdo con la invencion.
La fig. 7 ilustra esquematicamente como el controlador 7 controla el modelo flexible 8 que representa una pala 5 de turbina eolica con el paso controlado del rotor 6 en una turbina eolica 1 durante el proceso de parada. El controlador 7 optimiza la velocidad de cambio de paso de las palas de turbina eolica durante el proceso de parada en respuesta a uno o mas valores de realimentacion desde los medios de realimentacion 9. Los valores de realimentacion se establecen por los sensores en el sistema de la turbina eolica 1 y/o el entorno del sistema de la turbina eolica 1. Los sensores del entorno pueden detectar o supervisar la velocidad del viento, direccion del viento, cizalladura del viento y/o densidad del viento asf como otros valores relevantes del entorno.
La fig. 8 ilustra un ejemplo de una curva de relacion de la fuerza aplicada para conseguir una velocidad de cambio de paso angular a lo largo del tiempo de la presente invencion, es decir una curva sobre la aceleracion del sistema.
La curva incluye una aceleracion de transitorio elevado inicial desde 0 a cerca de 15 grados/segundo en los primeros pocos segundos, por ejemplo en los primeros cinco segundos tal como entre el primer y el tercer segundo. La curva forma una situacion estable despues de la condicion transitoria inicial en la que no se alcanza una posicion de no
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aceleracion. Por ello, se asegura que la velocidad de cambio de paso angular tiene un alto valor inicial y un valor sucesivo mas bajo y por ello forma una curva de velocidad no lineal.
La turbina eolica puede detenerse en una situacion de emergencia (por ejemplo, perdida de la carga de la compafna sobre el generador electrico en el que es inminente una sobre-aceleracion del rotor fatal o en situaciones de fuerte viento) mediante el cambio rapidamente del paso de las palas de la turbina eolica a una “posicion de estabilidad dinamica” en la que las fuerzas de aceleracion de las palas Fac es cero (la posicion de no aceleracion). Las palas pueden llevarse posteriormente a una parada completa a ritmo mas lento. El angulo de paso necesario para la obtencion de la estabilidad dinamica depende de las diferentes velocidades del viento pero es tfpicamente cerca de 10-15°. Las palas de la turbina eolica debenan cambiar el paso individualmente para superar cualquier desequilibrio del rotor, por ejemplo una pala con un sistema de cambio de paso que reaccione mas despacio que otra pala o palas. El enfoque correcto en esta situacion puede ser, por ejemplo, ralentizar los otros sistemas de cambio de paso de palas para evitar cualquier dano estructural a la turbina eolica debido a un desequilibrio en el rotor. El proceso de detencion de la turbina eolica puede continuar posteriormente despues de que se consiga el equilibrio necesario en el rotor.
El o/s en la figura debena entenderse como °/s, es decir grados por segundo.
La fig. 9 ilustra una estrategia de control del angulo de paso preferida en un sistema de control tal como el ilustrado en la fig. 7.
Cada una de las tres curvas ilustra el comportamiento de una pala de turbina eolica durante un penodo normal y uno de parada del rotor en el que el proceso de parada se inicia cerca de 360 grados, es decir un giro del rotor despues del inicio de la curva y cerca de un giro y medio del rotor antes de que se alcance un angulo de paso de 90 grados.
La estrategia comprende el cambio de paso en relacion a la velocidad del viento sobre el area barrida mediante lo que el angulo de paso se cambia dclicamente en cada giro del rotor, es decir las palas oscilan hacia y contra el viento durante un giro. Cuando se inicia el proceso de parada del rotor, las palas se orientan como se ha ilustrado en las figs. 7 y 8 con una velocidad de cambio de paso no lineal a lo largo del tiempo y valores de realimentacion que permiten que el angulo de paso de las palas siga las curvas optimas como las ilustradas en la fig. 9, por ejemplo con un cambio de paso dclico en el proceso de parada.
La fig. 10 ilustra esquematicamente una realizacion preferida de un sistema de control para el control de las palas de turbina eolica durante un proceso de parada.
Los datos de la turbina eolica 1 y/o del entorno de la turbina eolica se miden con medios de sensores 11 tales como sensores de posicion de paso, sensores de carga de palas, sensores de carga de la torre, sensores de la cimentacion, sensores de orientacion y/o sensores del angulo de oscilacion. Los datos de sensores medidos se suministran a unos medios de calculo 11 para convertir los datos en una senal de realimentacion. La senal de realimentacion se usa en el controlador 12 para el control del paso mediante el establecimiento de los valores de control MF para el control de dicha al menos una pala 5 de turbina eolica con valores lfmites de control +MF, -MF. Se considera que la senal de realimentacion y los valores de control MF son senales que controlan el paso de las palas de tal manera que ninguna parte de la turbina eolica es afectada por sobrecargas durante un proceso de parada, por ejemplo, en situaciones extremas tales como una perdida de la red electrica o situaciones de viento elevado.
Los valores de control pueden ser preferentemente valores de fuerza y/o de par de torsion.
Los medios de calculo 11 incluyen preferentemente un microprocesador y medios de almacenamiento de ordenador para que los valores lfmites preestablecidos de dichos valores de control se comparen con los valores de control actuales MF. Mediante la comparacion de forma continua de los valores de control actuales con los valores preestablecidos en un bucle de realimentacion cerrado es posible optimizar los valores de control para (sustancialmente) controlar el rotor en los lfmites de diseno de la turbina eolica y especialmente en los lfmites de diseno de las palas de la turbina eolica.
La invencion se ha ejemplificado anteriormente con referencia a ejemplos espedficos de una turbina eolica con un sistema de control para el control de las palas de turbina eolica durante el proceso de parada. Sin embargo, debena entenderse que la invencion no esta limitada a los ejemplos particulares descritos anteriormente sino que puede disenarse y alterarse en una multitud de variedades dentro del alcance de la invencion tal como se especifica en las reivindicaciones, por ejemplo usando otros datos de medicion como un suplemento o en lugar de los anteriormente mencionados tales como mediciones de temperatura en los componentes relevantes de las turbinas eolicas.
Lista
1. Turbina eolica o sistema de turbina eolica
2. Torre de turbina eolica
3. Gondola de turbina eolica
4. Buje de turbina eolica
5. Pala de turbina eolica
6. Rotor
7. Medios de controlador y algoritmo
8. Modelo flexible, por ejemplo una pala de turbina eolica de paso controlado
9. Medios de realimentacion, por ejemplo incluyendo una senal de angulo de paso, angulo de oscilacion, paso angular o velocidad de oscilacion (0, d0/dt)
10. Medios detectores
11. Medios de calculo que incluyen algoritmos
12. Controlador para paso/oscilacion
13. Sistema de control
a, b. Posicion de trabajo y una posicion de no aceleracion, no energfa o aparcamiento para el rotor de la turbina eolica
Fac. Fuerza de aceleracion para la pala de la turbina eolica Femp. Fuerza de empuje para la pala de la turbina eolica Farr. Fuerza de arrastre para la pala de la turbina eolica
MF. Valores de control
O. Angulo entre una posicion de trabajo dada y una posicion de no aceleracion, no energfa o aparcamiento para
el rotor de la turbina eolica

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    REIVINDICACIONES
    1. Metodo para el control de al menos una pala (5) de turbina eolica durante el proceso de parada del rotor (6) en un sistema de turbina eolica (1), por ejemplo durante situaciones extremas tales como desconexion de una red electrica o fuerte viento,
    en el que dicho metodo optimiza la velocidad de control de las palas de dichas palas al menos hacia una posicion de no fuerza de aceleracion (fac) aplicada al rotor en respuesta a uno o mas valores de realimentacion del sistema y/o el entorno del sistema, estando el metodo
    caracterizado por que
    el angulo de paso de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica se controla en relacion a una curva dclica o una no lineal similar durante cada giro del rotor (6).
  2. 2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho control incluye la regulacion del angulo de paso de una o mas palas de turbina eolica con control de paso o perdida activa desde el valor del inicio del proceso de parada a un valor de dicha posicion de no aceleracion por ejemplo, a sustancialmente 90 grados.
  3. 3. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la regulacion del angulo de oscilacion de un mecanismo de oscilacion del rotor se usa en la obtencion de la no aceleracion de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica.
  4. 4. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los angulos de paso de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica se controlan individualmente durante cada giro del rotor (6) para obtener una fuerza sustancialmente comun sobre el rotor.
  5. 5. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho control incluye una configuracion en bucle cerrado con dichos valores de realimentacion establecidos mediante la medicion de datos mecanicos o ffsicos del sistema de turbina eolica (1) y/o el entorno del sistema tales como datos de medicion de la posicion del paso, carga de palas, carga de la torre, carga de la cimentacion, angulo de oscilacion, azimut, friccion de los cojinetes de pala, velocidad del viento, direccion del viento, cizalladura del viento y/o densidad del viento.
  6. 6. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dichos uno o mas valores de realimentacion dan como resultado valores de control (MF) para el control de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica dentro de valores lfmites de control (-MF, +MF).
  7. 7. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la velocidad de cambio de paso se controla en relacion con una curva no lineal con una pendiente inicial mas alta.
  8. 8. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el control de la velocidad del cambio de paso comprende un transitorio inicial alto desde 0 a cerca de 15 grados/segundo en los primeros pocos segundos, por ejemplo en los primeros cinco segundos tal como entre el primer y el tercer segundo.
  9. 9. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que los angulos de paso de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica se controlan en relacion con una curva dclica o no lineal similar durante cada giro del rotor (6) en relacion con la velocidad del viento en diferentes secciones del area barrida.
  10. 10. Sistema de control (13) para el control de al menos una pala (5) de turbina eolica durante el proceso de parada del rotor (6) en un sistema de turbina eolica (1), por ejemplo durante situaciones extremas tales como la desconexion de una red electrica o fuerte viento, en el que el sistema comprende
    - medios sensores (10) para medir uno o mas valores del sistema y/o el entorno del sistema,
    - medios de calculo (11) para establecer uno o mas valores de realimentacion de dichos valores medidos, y
    - medios de control (12) para controlar dicha al menos una pala (5) de turbina eolica en el que dichos medios optimizan la velocidad de control de palas de dichas palas al menos hacia una posicion de no fuerza de aceleracion (fac) aplicada al rotor en respuesta a dichos uno o mas valores de realimentacion,
    caracterizado por que
    dichos medios controlan el angulo de paso de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica en relacion con una curva dclica o no lineal similar durante cada giro del rotor (6).
  11. 11. Sistema de control (13) de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que dichos medios de control (12) comprenden medios y algoritmos tales como sistemas accionadores del paso para el control del paso desde el valor inicial del proceso de parada a un valor de dicha posicion de no aceleracion, por ejemplo de 90 grados de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica tal como una o mas palas de turbina eolica con control de paso o perdida activa.
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  12. 12. Sistema de control (13) de acuerdo con la reivindicacion 10 u 11, en el que dichos medios de control (12) comprenden un mecanismo de oscilacion que se usa en la obtencion de la no aceleracion de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica.
  13. 13. Sistema de control (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que dichos medios sensores (11) incluyen sensores de posicion de paso, sensores de carga de pala, sensores de azimut, sensores de viento y/o sensores del angulo de oscilacion para la medicion de datos mecanicos o ffsicos del sistema de turbina eolica (1) y/o el entorno del sistema.
  14. 14. Sistema de control (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que dicho sistema incluye una configuracion en bucle cerrado para establecer dichos uno o mas valores de realimentacion.
  15. 15. Sistema de control (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que dichos medios de control (12) comprenden medios para el control de la velocidad de cambio de paso con un transitorio inicial alto desde 0 a cerca de 15 grados/segundo en los primeros pocos segundos, por ejemplo en los primeros cinco segundos tal como entre el primer y el tercer segundo.
  16. 16. Sistema de control (13) de acuerdo con la reivindicacion 15, en el que dichos medios de calculo (11) incluyen un microprocesador y medios de almacenamiento de ordenador, por ejemplo para algoritmos de paso y valores preestablecidos de dichos valores lfmite de control (-MF, +MF).
  17. 17. Turbina eolica (1) con al menos unas palas (5) de turbina eolica con control de paso o perdida activa en el rotor y un sistema de control (13) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16 para el control de un sistema accionador del paso y el angulo de paso de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica en respuesta a uno o mas valores de realimentacion de la turbina eolica y/o el entorno de la turbina eolica durante un proceso de parada.
  18. 18. Turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 17, en la que dicha al menos una pala (5) de turbina eolica es parte de una turbina eolica con dos o tres palas.
  19. 19. Turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 17 o 18 en la que dicho sistema accionador del paso incluye motores electricos, por ejemplo motores paso a paso electricos que controlan el angulo de paso de dicha al menos una pala (5) de turbina eolica.
  20. 20. Turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en la que dicha turbina eolica comprende un mecanismo de oscilacion del rotor.
  21. 21. Uso de un metodo para el control de la posicion de al menos una pala de turbina eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en conexion con la parada de emergencia de un sistema de turbina eolica (1), por ejemplo durante situaciones extremas tales como la desconexion de una red electrica.
  22. 22. Uso de un metodo para el control de la posicion de al menos una pala de turbina eolica de acuerdo con las reivindicaciones 10 a 16 en conexion con la parada de emergencia de un sistema de turbina eolica (1), por ejemplo durante situaciones extremas tales como la desconexion de una red electrica.
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