ES2626599T3 - Procedimiento para la supervisión de una estabilidad estática y/o dinámica de una instalación de energía eólica - Google Patents

Procedimiento para la supervisión de una estabilidad estática y/o dinámica de una instalación de energía eólica Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la supervisión de una estabilidad estática y/o dinámica de una instalación de energía eólica, que presenta una torre, una góndola portada por la torre y un rotor montado en o sobre la góndola con al menos una pala de rotor ajustable alrededor de su eje longitudinal, caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento: - excitación de la instalación de energía eólica a una oscilación en al menos una dirección, - detección de una frecuencia (fm) de la oscilación excitada, - comparación de la frecuencia detectada con una frecuencia predeterminada (fref) y - generación de una señal de alarma cuando la frecuencia detectada se desvía de la frecuencia predeterminada en más de un valor de diferencia (Δf), caracterizado porque la torre se excita de manera reproducible a la oscilación mediante un ajuste de todas las palas de rotor simultáneamente en su ángulo de paso de pala.

Description

DESCRIPCION
Procedimiento para la supervision de una estabilidad estatica y/o dinamica de una instalacion de ene^a eolica
5 La presente invencion se refiere a un procedimiento para la supervision de una estabilidad estatica y/o dinamica de una instalacion de energfa eolica.
Por el documento DE 202 21 562 U1 se conoce una instalacion de energfa eolica con una supervision de la oscilacion de la torre. La instalacion de energfa eolica esta equipada con un dispositivo de control para la gestion del 10 funcionamiento de la instalacion de energfa eolica, asf como con un dispositivo para la deteccion del modo de oscilacion de la torre. La instalacion de energfa eolica esta equipada con medios para detectar una oscilacion de la torre. Cuando se constata que la oscilacion de la torre y/o la desviacion absoluta de la torre sobrepasa un primer valor lfmite predeterminable se modifica la gestion del funcionamiento, de manera que se evita una excitacion adicional de la oscilacion de la torre. Ademas, se conoce medir la primera frecuencia propia de la torre con la ayuda 15 de los medios para la deteccion de la oscilacion de la torre.
Por el documento EP 2 103 915 A1 se conoce un procedimiento para la determinacion de una primera frecuencia propia de la torre. Para ello se evaluan los valores de aceleracion medidos con la ayuda de una transformada de Fourier y se determinan las frecuencias propias de la torre a traves de un vector espectral.
20
Por el documento EP 2 063 110 A1 se conoce un procedimiento para la amortiguacion de las oscilaciones en la torre de una instalacion de energfa eolica. Para ello la velocidad de giro del rotor se modifica en funcion de la oscilacion de la torre mediante la modificacion del angulo de paso de pala.
25 Por el documento DE 10 2007 063 082 A1 se conoce un procedimiento para el funcionamiento de una instalacion de energfa eolica, en el que el angulo de paso de pala se modifica para cada pala de rotor en funcion de una oscilacion lateral de la torre, a fin de amortiguar la oscilacion lateral de la torre inducida por el movimiento del viento exterior.
Por el documento DE 28 23 525 B1 se conoce un procedimiento para la ereccion de una instalacion de energfa 30 eolica, en el que durante la ereccion una torre se soporta mediante cables tensados de manera que su primera frecuencia de oscilacion propia no se excita durante un montaje de la gondola.
Por el documento DE 197 39 164 B4 se conoce una instalacion de energfa eolica con un rotor, en el que se detecta el momento real de guinada y/o cabeceo ejercido sobre el rotor y se reduce mediante el ajuste del angulo de paso 35 de pala.
Por el documento EP 1 959 134 A2 se conoce un procedimiento para el reconocimiento de una aceleracion de torre lateral, que se usa para el reconocimiento de un acumulacion de hielo asimetrica en las palas de rotor. Para ello se compara la aceleracion lateral de la torre con la frecuencia de las palas de rotor.
40
Por el documento EP 1 643 122 A2 se conoce un procedimiento para la amortiguacion de las oscilaciones de una instalacion de energfa eolica, en el que el momento del generador se regula en funcion de la velocidad de giro del generador y una frecuencia de resonancia.
45 Por el documento US 7,400,055 B2 se conoce una instalacion de energfa eolica, en la que se mide una oscilacion de la torre lateral y se amortigua mediante la regulacion del momento para el generador y del angulo de paso de pala.
Por el documento US 6,891,280 B1 se conoce un procedimiento para el funcionamiento de una instalacion de energfa eolica offshore, en el que una velocidad de giro, que puede conducir a una excitacion de la frecuencia propia 50 cntica de la torre, se evita mediante un control de la instalacion de energfa eolica.
La invencion tiene el objetivo de crear un procedimiento para la supervision de una estabilidad estaticas y/o dinamica de una instalacion de energfa eolica, que reconoce de forma fiable errores y modificaciones en la estabilidad con los medios mas sencillos posibles.
55
Segun la invencion el objetivo se resuelve mediante un procedimiento con las caractensticas de la reivindicacion 1. Configuraciones ventajosas forman el objetivo de las reivindicaciones independientes.
El procedimiento segun la invencion sirve para la supervision de una estabilidad estatica y/o dinamica de una
instalacion de ene^a eolica. La instalacion de ene^a eolica presenta una torre, una gondola portada por la torre y un rotor montado en o sobre la gondola con palas de rotor ajustables alrededor de su eje longitudinal. Segun la invencion estan previstas las siguientes etapas del procedimiento:
5 En una primera etapa se realiza una excitacion de la instalacion de energfa eolica para una oscilacion en al menos una direccion. En una segunda etapa siguiente se detecta una frecuencia de la oscilacion excitada de la instalacion de energfa eolica. En una tercera etapa se realiza una comparacion de la frecuencia detectada con una frecuencia predeterminada. En una cuarta etapa se genera una senal de alarma, cuando la frecuencia detectada se desvfa de una frecuencia predeterminada en mas de un valor de diferencia. La invencion se basa en el conocimiento de que el 10 cambio de la estabilidad estatica y/o dinamica de la instalacion de energfa eolica conduce a una modificacion de una frecuencia propia de la instalacion de energfa eolica. Por ello el procedimiento segun la invencion preve medir una frecuencia propia de la instalacion de energfa eolica durante una oscilacion y comparar la frecuencia medida con una frecuencia predeterminada. De esta manera se puede constatar si se han producido modificaciones en la estabilidad de la instalacion de energfa eolica y en particular de su torre. Una modificacion de la estabilidad de la 15 instalacion de energfa eolica conduce obligatoriamente a una modificacion de la frecuencia con la que reacciona la instalacion de energfa eolica a una excitacion de oscilaciones. Al contrario que en los procedimientos conocidos por el estado de la tecnica, que usan una frecuencia propia medida para la gestion del funcionamiento de la instalacion de energfa eolica, en el procedimiento segun la invencion se usa una frecuencia medida para el examen de la estabilidad de la instalacion de energfa eolica y de forma independiente de la gestion del funcionamiento de la 20 instalacion de energfa eolica y de los parametros predeterminados por la gestion del funcionamiento se genera una senal de alarma que muestra las modificaciones en la estabilidad de la instalacion de energfa eolica.
En el procedimiento segun la invencion se realiza simultaneamente un ajuste del angulo de paso de pala de todas las palas de rotor, por lo que se modifica la fuerza de cizallamiento que actua sobre la instalacion de energfa eolica y 25 por consiguiente la torre se excita de forma reproducible a una oscilacion. De este modo la oscilacion se realiza principalmente en la direccion perpendicular a la superficie barrida por la pala de rotor. La frecuencia de la oscilacion asf excitada de la instalacion de energfa se detecta y evalua en el procedimiento segun la invencion. Segun la invencion se ajusta no solo el angulo de paso de pala de una pala de rotor, sino por razones de una excitacion reproducible de la oscilacion de la instalacion de energfa eolica se ajustan todas las palas de rotor simultaneamente 30 en su angulo de paso de pala.
En una forma de realizacion preferida, el angulo de paso de pala se ajusta en al menos un angulo predeterminado, por ejemplo 45°, para la excitacion de la oscilacion. Preferiblemente la pala de rotor se ajusta completamente a su posicion de bandera.
35
Para excitar suficientemente la instalacion de energfa eolica con su torre para una oscilacion, en el caso de la modificacion del angulo de paso de pala se selecciona una velocidad de regulacion de pala predeterminada que es tan grande que la torre se excita a una oscilacion cuya amplitud permita una evaluacion.
40 Para la deteccion de la frecuencia de la oscilacion excitada de la instalacion de energfa eolica se usa preferiblemente un sensor de aceleracion dispuesto en la gondola. Los valores de aceleracion detectados por el sensor de aceleracion para la gondola se convierten de manera conocida en sf en una frecuencia de la oscilacion. En este caso la frecuencia detectada se puede pasar por un filtro paso bajo para suprimir las influencias perturbadoras.
45
La frecuencia predeterminada, con la que se compara la frecuencia detectada, es preferiblemente la primera frecuencia propia de la torre. Las frecuencias propias de la torre de la instalacion de energfa eolica son conocidas muy exactamente por el calculo teorico, de modo que una desviacion de la frecuencia detectada de una frecuencia propia de la torre calculada en la fase inicial ofrece una indicacion de que la estabilidad real de la instalacion de 50 energfa eolica se desvfa de la estabilidad esperada.
Preferiblemente el procedimiento segun la invencion preve que solo se genere una senal de alarma luego cuando la frecuencia detectada se desvfe de la frecuencia predeterminada en mas de una diferencia predeterminada. Preferiblemente para ello esta previsto un primer valor de diferencia, en el que la frecuencia detectada debe ser 55 mayor que la frecuencia predeterminada y un segundo valor de diferencia en el que la frecuencia detectada debe ser menor que la frecuencia predeterminada.
En una configuracion preferida la senal de alarma se genera igualmente cuando la frecuencia detectada queda por debajo de una distancia minima respecto a una frecuencia de excitacion predeterminada, por ejemplo, una
frecuencia de excitacion 1P o una 3P. La excitacion 1P se origina, por ejemplo, debido a masas centnfugas excentricas. La excitacion 3P designa la excitacion de la instalacion de energfa por el movimiento de las palas de rotor debido a una distribucion de la velocidad del viento desigual que puede ser producida, por ejemplo, por la torre, rafagas, gradientes de altura en la velocidad del viento y afluencia oblicua.
5
Para garantizar una evaluacion fiable de la frecuencia detectada tambien se detecta la amplitud de la oscilacion excitada y solo se genera una alarma luego cuando la amplitud sobrepasa un valor mmimo predeterminado. En esta configuracion del procedimiento se desechan aquellas oscilaciones que no conducen a un valor de amplitud suficientemente grande en la oscilacion de la torre.
10
La invencion se explica mas en detalle a continuacion mediante los dibujos. Muestran:
Fig. 1 a un desarrollo temporal del ajuste del angulo de paso,
15 Fig. 1 b un desarrollo temporal de una oscilacion de la torre,
Fig. 2 un diagrama de flujo para la evaluacion de las senales de aceleracion detectadas, y Fig. 3 una instalacion de energfa eolica en una vista esquematica desde un lado.
20
Las fig. 1 a y b muestran cada vez en un diagrama la excitacion de oscilacion de una instalacion de energfa eolica
respecto al tiempo t. En la fig. 1 a esta representado el ajuste del angulo de paso de pala 10 respecto al tiempo.
Mediante un ajuste rapido de un pequeno angulo de paso de pala de aproximadamente 0° a un angulo de paso de pala de aproximadamente 90° se excita la instalacion de energfa eolica a una excitacion en la direccion Z. A este 25 respecto, la direccion Z es aquella direccion que esta perpendicular al plano fijado por las palas de rotor. La oscilacion se capta con la ayuda de un sensor de aceleracion, cuyos valores de aceleracion estan representados como la curva 12 en la fig. 1 b. Se produce una oscilacion sinusoidal que esta trazada respecto al tiempo t. Para obtener un valor de frecuencia significativo se somete la senal 12 a un filtro paso bajo. De este modo se garantiza que se supriman las fluctuaciones de alta frecuencia en la senal de aceleracion 12. Ademas, para los valores de 30 aceleracion 12 detectados se garantiza que los valores de amplitud posean una tamano suficiente para poderse evaluar. Para ello puede estar definido que se debe sobrepasar un valor mmimo para la cuantfa de un valor de amplitud. Para excluir errores puede estar previsto ademas que tampoco se debe sobrepasar un valor maximo para la cuantfa de un valor de amplitud.
35 La fig. 2 muestra el desarrollo del procedimiento segun la invencion para el desencadenamiento de la senal de alarma. El procedimiento comienza con la etapa 14. En la etapa 15 se excita una oscilacion de la torre de la instalacion de energfa eolica. Las senales de aceleracion se detectan en la etapa 16 y en otra etapa 18 se pasa por un filtro paso bajo. Con una consulta 20 subsiguiente se verifican las senales de aceleracion filtradas respecto a su evaluabilidad. A este respecto, se examina si la amplitud maxima ha sobrepasado un primer valor lfmite 40 predeterminado. Para el caso de que el valor maximo de la amplitud ha sobrepasado el valor lfmite se verifica a continuacion si el valor mmimo de la amplitud ha sobrepasado un valor lfmite inferior. Cuando ambas condiciones se cumplen, el valor satisface los requisitos y se puede procesar posteriormente en la etapa 22. Por lo demas en la etapa 15 se excita una nueva oscilacion de la torre de la instalacion de energfa eolica.
45 En la etapa 22 las senales de aceleracion detectadas se convierten en una frecuencia detectada fm. A este respecto se determina de manera conocida en sf la frecuencia como valor inverso de la longitud del periodo de las senales detectadas. En esta configuracion se puede prescindir de una transformada de Fourier y un costoso analisis de Fourier de las senales. En una etapa 24 siguiente se examina si la frecuencia detectada fm es menor que una frecuencia maxima predeterminada y si la frecuencia detectada fm es mayor que una frecuencia minima 50 predeterminada. De esta manera las frecuencias detectadas, que no se basan evidentemente en una oscilacion propia de la torre, se pueden excluir de un procesado posterior. Si el valor detectado fm satisface los requisitos, entonces en la etapa 30 se realiza una decision de si el valor se debe almacenar en la etapa 32. Esta decision depende de una entrada manual o un preajuste correspondiente en la etapa 28. A continuacion en la etapa 34 el valor de la diferencia entre los valores de frecuencia fm y fref aplicados se compara con un valor de diferencia Af. Los 55 valores para fref y Af se introducen en la etapa 26 y ya estan almacenados. Si los valores de frecuencia fm y fref se desvfan uno de otro en mas de un valor de diferencia Af predeterminado, entonces en la etapa 36 se desencadena una alarma. De no ser asf en la etapa 36 no se desencadena una alarma y finaliza el desarrollo del programa. Si para una torre, por ejemplo, la primera frecuencia propia de la torre es de f = 0,3 Hz, entonces el valor de diferencia Af predeterminado se puede poner, por ejemplo, en +/- 5% de la primera frecuencia propia de la torre, es decir, Af =
15 mHz.
La frecuencia de la excitacion 1P se produce en este caso por la velocidad de giro dividida por 60, dado que la velocidad de giro se indica habitualmente en revoluciones por minuto y la frecuencia en oscilaciones por segundo.
5 La excitacion 3P, que se aviva en particular en el caso de intensidades de viento desiguales, se produce en el triple de la excitacion 1P. En la etapa 34 se puede comparar adicionalmente la frecuencia detectada fm con las frecuencias de la excitacion 1P y la 3P, para generar asf una senal de alarma si la frecuencia propia real de la torre queda por debajo de un valor predeterminado respecto a la frecuencia de excitacion 1P o 3P.
10 En la fig. 2 en la etapa 32 se almacena la frecuencia predeterminada fref, por ejemplo, una frecuencia propia de la torre precalculada. Alternativamente en la etapa 32 tambien es posible almacenar una de las frecuencias propias de la torre medidas en ultimo termino o un valor promedio de estas frecuencias propias de la torre, a fin de realizar asf una comparacion respecto a la frecuencia fm detectada en ultimo termino.
15 La fig. 3 muestra una instalacion de energfa eolica en una vista esquematica desde el lado. La instalacion de energfa eolica posee una torre 40, que porta en su extremo superior una gondola 42. El extremo inferior de la torre 40 esta anclado sobre una cimentacion (no representada), pudiendose tratar de una cimentacion anclada en tierra u offshore. En la gondola 42 el rotor esta montado con sus palas de rotor. El rotor 44 posee tres palas de rotor, de las que en la vista lateral se pueden reconocer dos. Las oscilaciones generadas por un ajuste rapido del angulo de paso
20 de pala conducen a un movimiento de la gondola 42 esencialmente perpendicularmente al plano fijado por las palas de rotor a lo largo de la flecha doble 46. La direccion de oscilacion 46 pude estar superpuesta con otras amplitudes de oscilaciones mas pequenas, de modo que el movimiento de la gondola no se realiza por fuerza de forma unidimensional en la direccion de la flecha doble 46, sino que tambien puede presentar oscilaciones transversales con una amplitud transversal mas pequena.
25

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la supervision de una estabilidad estatica y/o dinamica de una instalacion de ene^a eolica, que presenta una torre, una gondola portada por la torre y un rotor montado en o sobre la gondola
    5 con al menos una pala de rotor ajustable alrededor de su eje longitudinal, caracterizado por las siguientes etapas del procedimiento:
    - excitacion de la instalacion de energfa eolica a una oscilacion en al menos una direccion,
    - deteccion de una frecuencia (fm) de la oscilacion excitada,
    10 - comparacion de la frecuencia detectada con una frecuencia predeterminada (fref) y
    - generacion de una senal de alarma cuando la frecuencia detectada se desvfa de la frecuencia predeterminada en mas de un valor de diferencia (Af),
    caracterizado porque
    15
    la torre se excita de manera reproducible a la oscilacion mediante un ajuste de todas las palas de rotor simultaneamente en su angulo de paso de pala.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el angulo de paso de pala se ajusta 20 en al menos un angulo predeterminado.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque la al menos una pala de rotor se ajusta a su posicion de bandera.
    25 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la al menos una pala
    de rotor se ajusta con una velocidad de ajuste de pala predeterminada, que se selecciona tan grande que la torre se excita a una oscilacion.
  4. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la frecuencia de la 30 oscilacion excitada se detecta mediante la evaluacion de una senal de sensor de un sensor de aceleracion dispuesto
    en la gondola.
  5. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la frecuencia detectada se pasa por un filtro paso bajo.
    35
  6. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque esta prevista una primera frecuencia propia de la torre como frecuencia predeterminada.
  7. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la senal de alarma se
    40 genera cuando la frecuencia detectada es mayor que la frecuencia predeterminada en mas de un primer valor de
    diferencia o es menor que la frecuencia predeterminada en mas de un segundo valor de diferencia.
  8. 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la senal de alarma se
    genera cuando la frecuencia detectada queda por debajo de una distancia minima respecto a una frecuencia de
    45 excitacion predeterminada.
  9. 10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se detecta una amplitud de la oscilacion excitada y la senal de alarma solo se genera luego cuando la amplitud sobrepasa un valor mmimo predeterminado.
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