ES2627908T3

ES2627908T3 - Aerogenerador con reserva de potencia ajustable

Info

Publication number: ES2627908T3
Application number: ES10743045.6T
Authority: ES
Inventors: Thomas KRÜGER
Original assignee: Senvion GmbH
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2017-08-01
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: DK2464862T3; WO2011018222A3; EP2464862B1; EP2464862A2; US20120139247A1; CA2770540A1; CN102498290A; CN102498290B; US9366229B2; CA2770540C; DE102009037239B4; DE102009037239A1; WO2011018222A2

Abstract

Aerogenerador con un generador accionado por un rotor para la producción de energía eléctrica y con un sistema de control (3) que presenta un módulo pitch (31) para la regulación de un ángulo de inclinación de palas (21) del rotor (2), presentando el sistema de control (3) una entrada para una reserva de potencia requerida y determinando el mismo en dependencia de un punto de funcionamiento del aerogenerador un ángulo de inclinación teórico, previéndose además un regulador de inclinación secundario que comprende un módulo offset dinámico y que se diseña para determinar un valor para un ajuste del ángulo de inclinación, estando el sistema de control dotado de un elemento sumador (40) que varía el ángulo de inclinación teórico en un ajuste de ángulo de inclinación, caracterizado por que el regulador de inclinación secundario comprende un detector (43) para una potencia disponible y por que al módulo offset dinámico se aplican señales de entrada para la potencia disponible determinada por el detector, la reserva de potencia requerida y la energía eléctrica producida.

Description

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DESCRIPCION

Aerogenerador con reserva de potencia ajustable

La invencion se refiere a un aerogenerador con un generador accionado por un motor para la generacion de potencia electrica. Mejor dicho, se refiere a un aerogenerador con un rotor cuyas palas se pueden regular en cuanto a su inclinacion y cuyo angulo de inclinacion es controlado por un sistema de control del aerogenerador. El sistema de control determina el angulo de inclinacion en dependencia de un punto de funcionamiento del aerogenerador y de una senal de entrada aplicada para una reserva de potencia a mantener.

Con la creciente propagacion de aerogeneradores, estos se emplean tambien cada vez mas para la regulacion y el aseguramiento de la red de transmision de energfa. Por lo tanto, el espectro funcional de los aerogeneradores no se limita solo a la mera produccion de energfa electrica, sino que se amplfa incluyendo la puesta a disposicion de los asf llamados servicios del sistema que los operadores de la red necesitan para el mantenimiento de un funcionamiento estable de la red. Entre estos servicios del sistema cuentan, ademas de la alimentacion de potencia ciega, la puesta a disposicion de una reserva de potencia (la asf llamada reserva de potencia). Si en una red la toma de energfa sobrepasa la produccion de energfa, la frecuencia de red baja; a la inversa, la frecuencia de red sube si la energfa aportada sobrepasa la extrafda. Dado que estas variaciones de frecuencia son algo que no se desea, se reacciona a las mismas mediante la aportacion de potencia adicional (en caso de subfrecuencia) o mediante la descongestion de la potencia (en caso de sobrefrecuencia). Para poder reaccionar en breve plazo con rapidez, es necesario mantener permanentemente las correspondientes capacidades de la central electrica (la asf llamada reserva de segundos). Esto se complementa con capacidades de la central electrica que en caso de necesidad se pueden aumentar rapidamente (la asf llamada reserva de minutos). La construccion y el funcionamiento de estas centrales electricas (especialmente en el ambito de la reserva de segundos) son relativamente caros. Precisamente en caso de redes alimentadas, ademas de por las centrales electricas convencionales, por un numero relativamente elevado de aerogeneradores, surge por lo tanto la necesidad de utilizar los aerogeneradores tambien para el mantenimiento de la reserva de potencia. Una dificultad especial radica en que los aerogeneradores sf pueden reducir su suministro de potencia (DE 100 22 974 A1), pero, al contrario que las centrales electricas convencionales, no pueden aumentar facilmente su potencia, dado que la maxima potencia disponible queda limitada por el aire disponible y, por lo tanto, vana de forma estocastica.

Para poder recurrir, a pesar de ello, a los aerogeneradores para el mantenimiento de potencia de control, se han dado a conocer diversos planteamientos en el estado de la tecnica En una propuesta divulgada se aprovecha el hecho de que los aerogeneradores se suelen agrupar en parques eolicos. Aqrn un aerogenerador (aerogenerador de referencia) funciona a plena potencia determinada por las respectivas condiciones de viento, tomandose la energfa electrica generada por el mismo como referencia para otros aerogeneradores del parque. En funcion de la reserva de potencia deseada, estos otros aerogeneradores se hacen funcionar de forma estrangulada de modo que, mediante la anulacion de la estrangulacion, se puede movilizar en caso de necesidad rapidamente potencia adicional. En principio, este concepto funciona de forma bastante simple, aunque presenta el inconveniente de que las diferencias de la maxima capacidad de rendimiento entre los distintos aerogeneradores del parque eolico respecto a las condiciones encontradas en el aerogenerador de referencia no se tienen en cuenta. Por consiguiente no se puede garantizar que la potencia de control pretendida este realmente disponible, sino que mas bien depende del azar.

Tambien es conocido medir por medio de un anemometro la velocidad de viento real y determinar, a la vista de una curva caractenstica determinada para el respectivo aerogenerador la potencia disponible con este viento (DE 10 2007 036 446 A1). Este valor representa la potencia disponible, de la que se deduce cierta cantidad como potencia a mantener en reserva (potencia de control). El sistema de control de funcionamiento del aerogenerador ajusta este valor resultante como valor teorico de potencia modificado. El procedimiento puede registrar una alta transparencia como ventaja a su favor, pero presenta el inconveniente de que los errores cometidos en la medicion de la velocidad del aire se reflejan plenamente en el resultado. Esta circunstancia adquiere una importancia especial dado que, como es sabido, la medicion de la velocidad del aire en el aerogenerador con ayuda de un anemometro montado en la gondola es inexacta. Por lo tanto se pueden producir inestabilidades, especialmente cuando las diferencias se van acumulando a lo largo de un espacio de tiempo prolongado. Esto se refiere en especial a la regulacion secundaria, puesto que se refiere a un horizonte de tiempo mas largo que la rapida regulacion primaria (definida tambien como reserva de segundos).

Para la rapida movilizacion de potencia adicional se conoce ademas el metodo de aprovechar la energfa cinetica que se encuentra en el rotor. Esto se lleva a cabo generando, mediante la subida del par del generador, mas energfa electrica que la que el rotor proporciona dadas las circunstancias. De hecho se puede movilizar muy rapidamente potencia adicional, practicamente de forma independiente de las condiciones de aire actualmente existentes. Sin embargo, como se tiene que aceptar al mismo tiempo un descenso del numero de revoluciones del rotor, solo es posible hacerlo durante un espacio de tiempo muy corto. El empleo de este procedimiento se limita, por lo tanto, al campo de la regulacion primaria.

Tambien se conoce el procedimiento de hacer funcionar los aerogeneradores no con los valores determinados por el sistema de control de funcionamiento para el respectivo punto de funcionamiento, especialmente para el angulo de inclinacion, sino hacerlo aqrn con un margen de seguridad (Prillwitz, F. et al.: Regulacion primaria con aerogeneradores, Workshop ETG “Nuevas estructuras de suministro descentralizadas”, 19-20 de febrero de 2003,

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Francfort del Meno). Para el caso del angulo de inclinacion esto significa que el aerogenerador funciona con un angulo de inclinacion reducido en valor fijo /margen de seguridad). Dado que de este modo el aerogenerador no funciona con el angulo de inclinacion optimo, resulta una reserva de potencia que mediante el ajuste del angulo de inclinacion se puede movilizar con el valor optimo. Un inconveniente de este procedimiento consiste en que, debido a la reduccion estatica del angulo de inclinacion en un valor fijo, las reservas de potencia vanan respectivamente en funcion del punto de funcionamiento del aerogenerador. Mientras que para la regulacion primaria en la gama de segundos esto todavfa puede ser aceptable (puesto que el punto de funcionamiento normalmente no cambia o solo cambia poco a lo largo de unos pocos segundos), un comportamiento de este tipo se considera claramente perjudicial para la regulacion secundaria centrada en un horizonte de tiempo mas largo.

Partiendo del estado de la tecnica mencionado en ultimo lugar, la invencion tiene por objeto perfeccionar un aerogenerador del tipo inicialmente senalado en lo que se refiere a la puesta a disposicion de potencia de control, especialmente evitar inestabilidades.

La solucion segun la invencion consiste en las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Las variantes ventajosamente perfeccionadas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

En un aerogenerador con un generador accionado por un rotor para la produccion de energfa electrica y con un sistema de control que presenta un modulo pitch para la variacion de un angulo de inclinacion de las hojas de rotor, comprendiendo el sistema de control una entrada para una reserva de potencia a mantener y determinando el mismo en dependencia de un punto de funcionamiento del aerogenerador un angulo de inclinacion teorico, se preve segun la invencion un regulador pitch secundario que comprende un detector para una potencia disponible y un modulo offset dinamico, aplicandose al modulo offset dinamico senales de entrada para la reserva de potencia disponible determinada por el detector, la reserva de potencia requerida y la energfa electrica producida, y configurandose el modulo para determinar un valor para un angulo de inclinacion, previendose ademas un elemento de seguimiento para variar el angulo de inclinacion teorico en la medida del ajuste del angulo de inclinacion.

La idea principal de la invencion es la de determinar un valor para la potencia disponible y emplearlo, mejor dicho, emplear la diferencia respecto a la potencia realmente producida, para el calculo de un ajuste variable del angulo de inclinacion. Gracias a esta combinacion, especialmente a la variabilidad del ajuste del angulo de inclinacion, se puede determinar el ajuste necesario para la potencia de control deseada teniendo en cuenta el punto de trabajo actual del aerogenerador. Esto permite una adaptacion optima del ajuste del angulo de inclinacion a las respectivas condiciones de funcionamiento del aerogenerador. Con esta adaptacion optimizada se evita con seguridad el inconveniente inherente a un ajuste estatico, en concreto la necesidad de elegirlo innecesariamente grande para que resulte suficiente para cada eleccion de funcionamiento. En conjunto se consigue asf un optimo aprovechamiento de la potencia del aerogenerador.

Otra ventaja de la invencion consiste en la alta estabilidad de la regulacion. Sorprendentemente se ha comprobado que al actuar sobre el angulo de inclinacion, en lugar de una variacion directa de la potencia teorica requerida, la regulacion de hecho se produce solo de forma indirecta (en concreto a traves del ajuste del angulo de inclinacion), pero que los errores de medicion y las imprecisiones de medicion en las senales de entrada (especialmente a causa de los ruidos de valores de medicion inevitables) se notan en una medida mucho menor que en las especificaciones directas de la potencia conocidas por el estado de la tecnica. De este modo la regulacion de la reserva de potencia es mas estable y tambien mas cuidadosa en el funcionamiento, dado que como consecuencia de la menor influencia de los ruidos se reduce la actividad de regulacion del accionamiento pitch. Esto se refiere especialmente al empleo como regulacion secundaria que hasta ahora ha sido muy problematica para los aerogeneradores. Finalmente conviene mencionar que el esfuerzo adicional es reducido. Los reguladores y detectores necesarios se pueden implementar con poco esfuerzo en el sistema de control de funcionamiento, y gracias a la regulacion indirecta cuidadosa el accionamiento de regulacion para el angulo de inclinacion tampoco se tiene que reforzar adicionalmente.

Para el detector se preve preferiblemente un modulo de estimacion del viento concebido para determinar la potencia disponible en base a la velocidad del viento estimada. Con una estimacion basada en un modelo como este de la velocidad del viento se evitan imprecisiones y fallos como los que se registran en una medicion autentica por medio de un anemometro. Sorprendentemente se ha comprobado que los datos obtenidos presentan, gracias a su espectro de ruidos mucho mas reducido en comparacion con los valores de medicion autenticos, una calidad considerablemente mayor para la determinacion de la potencia disponible. Siguiendo esta idea, un elemento de determinacion para la potencia realmente producida se configura preferiblemente de manera que se base igualmente en modelos, se pueden poner en practica las mismas ventajas en relacion con la potencia realmente producida. Segun otro aspecto se prefiere especialmente que el mismo modelo sirva de base para ambas medidas, la estimacion de la potencia disponible y la de la potencia realmente producida. Esto ofrece en especial la ventaja de que ciertos errores de modelo (que debido a las simplificaciones necesarias para el modelo son practicamente inevitables) se corrijan en parte. De este modo se logra una especie de rechazo en modo comun, con lo que todo el modelaje gana claramente en estabilidad a largo plazo. Esto permite ademas trabajar con modelos relativamente sencillos, por lo que se pueden evitar las dificultades que se producen con frecuencia con modelos complicados, especialmente los problemas de estabilidad.

El empleo de una formula cerrada se considera conveniente para el modelaje, determinandose la potencia total a partir del grado de eficacia total, de la densidad del aire, de la superficie circular del rotor, del mdice de marcha

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rapida y del angulo de inclinacion, teniendo en cuenta la tercera potencia de la velocidad del viento estimada. Una formula cerrada como esta permite un calculo exacto sin recursiones. Sin embargo, alternativamente tambien se puede prever el empleo de una Look-up-Table (LUT). Esto ofrece especialmente la ventaja de una elevada velocidad de procesamiento.

El modulo offset dinamico comprende convenientemente un regulador I. Este ofrece la ventaja de una alta precision estacionaria. Cualquier ruido de las senales de entrada se amortigua fuertemente gracias a la integracion, por lo que el accionamiento de regulacion para el angulo de inclinacion se cuida en la forma debida. Gracias al concepto segun la invencion del control indirecto a traves del angulo de inclinacion, un regulador I de este tipo tambien es lo suficientemente rapido, por lo que no se necesita ningun elemento P. No obstante, tampoco se debe excluir la posibilidad de dotar al regulador de un componente P adicional, asf como de un componente D.

En un parque eolico con varios aerogeneradores, de los que al menos uno presenta la determinacion segun la invencion de la potencia de control, se preve convenientemente que esta determinacion se lleve a cabo por medio del “parkmaster”. Esto tiene la ventaja de un procesamiento centralizado, lo que conviene especialmente en el suministro de valores correspondientes para la regulacion a varios aerogeneradores. Para ello se preve en el parkmaster un modulo compensador. El mismo se disena para distribuir la potencia de control requerida por el parque eolico entre los distintos aerogeneradores. El modulo compensador presenta preferiblemente una unidad de ponderacion que sirve para prever el porcentaje del respectivo aerogenerador a la vista de la potencia nominal del aerogenerador individual.

Sin embargo, tambien se puede prever que el modulo compensador se conciba para accionar distintos aerogeneradores del parque eolico en regimen de barrena y para utilizarlos para la potencia de control. Por funcionamiento en regimen de barrena se entiende que el aerogenerador gire, pero sin producir potencia efectiva o produciendo solo muy poca potencia efectiva (una potencia de diez menor que las demas). Estos aerogeneradores se emplean despues para la reserva de potencia, dado que con ellos se puede incrementar considerablemente la potencia realmente demandada. Este concepto ofrece ventajas especialmente cuando en un parque eolico se producen condiciones de viento muy diferentes a lo largo del parque, por lo que los aerogeneradores de zonas con viento flojo se pueden utilizar perfectamente para la puesta a disposicion de la reserva de potencia, minimizandose las mermas de potencia efectiva realmente producida en el funcionamiento normal. Para unificar la carga tambien se puede prever que la distribucion de la potencia de control se lleve a cabo en funcion de la disponibilidad de los aerogeneradores.

La invencion se explica a continuacion con referencia al dibujo adjunto en el que se representa un ejemplo de realizacion ventajoso. Se ve en la:

Figura 1 una vista esquematica de un aerogenerador segun un ejemplo de realizacion de la invencion;

Figura 2 una vista en bloque que muestra un dispositivo para la regulacion de la inclinacion;

Figura 3 diagramas que muestran el desarrollo del angulo de inclinacion y de la potencia requerida y la potencia realmente suministrada;

Figura 4 un parque eolico con varios aerogeneradores y con un parkmaster segun la invencion y

Figura 5 un diagrama en bloque que muestra una regulacion de la inclinacion segun el estado de la tecnica.

Un aerogenerador 1 segun un ejemplo de realizacion de la invencion comprende una torre 10 en cuyo extremo superior se dispone una gondola 11 que puede girar en direccion acimutal. Por la cara frontal de la gondola 11 se dispone de forma giratoria un rotor eolico 2. Este impulsa a traves de un eje de rotor un generador 13 que transforma la potencia mecanica suministrada por el rotor 2 en energfa electrica. El generador 13 se configura en el ejemplo de realizacion representado como maquina asincronica de doble alimentacion que a traves de un estator se conecta directamente a una lmea de conexion 15 y con su rotor, a traves de un convertidor 14, indirectamente a la lmea de conexion 15. La lmea de conexion 15 conduce a un transformador del aerogenerador 16 dispuesto preferiblemente en la zona de la base de la torre 10. El transformador del aerogenerador 16 se conecta a una red de transmision de energfa, tratandose en la mayona de los casos de una red interna del parque eolico. En la gondola 11 se dispone ademas un sistema de control de funcionamiento 3. El mismo sirve para vigilar y controlar todo el funcionamiento del aerogenerador. La gondola comprende un modulo pitch 31 concebido para controlar un angulo de ataque (angulo de inclinacion 0) de las palas de rotor 21 del rotor eolico 2. El modulo pitch 31 colabora con un sistema pitch 22 dispuesto en el cubo del rotor eolico 2. El sistema comprende un dispositivo de regulacion para el ajuste del angulo de inclinacion determinado por el modulo pitch 31 por medio de un accionamiento pitch (no representado) que vana el angulo de inclinacion 0 de las palas de rotor 21.

El sistema de control de funcionamiento 3 con el modulo pitch 31 se disena para ajustar el angulo de inclinacion 0 respectivamente de manera que se obtenga un valor optimo para el asf llamado mdice de marcha rapida A (la relacion entre la velocidad de la punta de la pala y la velocidad del viento). De este modo se puede conseguir un rendimiento de energfa maximo del rotor eolico 2 en las respectivas condiciones de viento. El sistema de control de funcionamiento 3 proporciona el mdice de marcha rapida optimo Aopt como parametro para el modulo pitch 31.

La construccion y el funcionamiento del sistema de control 3 con el modulo pitch 31 se explican a continuacion mas detalladamente a la vista de la ilustracion esquematica de la figura 2. El sistema de control de funcionamiento 3

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determina a partir del mdice de marcha rapida A el valor para el angulo de inclinacion Oopt que, por debajo de una velocidad de viento nominal, conduce a un funcionamiento del rotor eolico 2 con el mdice de marcha rapida optimo Aopt: por encima de la velocidad de viento nominal el sistema de control de funcionamiento determina el angulo de inclinacion Oopt que da lugar al mantenimiento de la gama de revoluciones admisible. Este angulo de inclinacion optimo Oopt se emite y se transmite a una entrada del sistema pitch 22 del rotor eolico 2, mejor dicho, a un regulador de inclinacion 23 del sistema pitch 22. El regulador de inclinacion 23 activa un motor de regulacion 24 del sistema pitch 22 que varia el angulo de ataque O de las palas de rotor 21. Este mecanismo de activacion en si conocido se ha ampliado en el estado de la tecnica (vease figura 5), con lo que el valor teorico Oopt para el angulo de inclinacion optimo se cambia en el valor de una diferencia del valor de inclinacion AO que se puede preestablecer, y que se suma al valor calculado para un angulo de inclinacion optimo. Con un valor estatico preestablecido como este para la diferencia AO del angulo de inclinacion se puede lograr un funcionamiento del aerogenerador en la gama suboptima, como se ha explicado como introduccion en un debate acerca del estado de la tecnica y que, por razones de claridad, se representa solo esquematicamente en la figura 5.

El concepto basico con la indication del angulo de inclinacion optimo al regulador de inclinacion 23, que a su vez regula las palas de rotor 21 a traves de un accionamiento de regulacion 24, es el que se representa en el ejemplo de realization de la invention en la figura 2. No obstante, la determination de un offset para el angulo de inclinacion se produce de manera completamente distinta, como se explicara a continuation de forma mas detallada. El regulador de inclinacion secundario dinamico identificado en su conjunto con el numero 4 comprende un modulo de estimation de viento 41, un elemento de determinacion para una energia electrica producida 42, un detector para una energia electrica disponible 43 y un dispositivo de control secundario 44. El modulo de estimacion de viento 41 se disena para calcular a partir de los datos existentes en el sistema de control de funcionamiento 3 un valor estimado para la velocidad del viento actual. Una particularidad del modulo de estimacion de viento 41 radica en que no se necesitan sensores independientes, sino que puede funcionar simplemente con los datos de medicion existentes de por si en el sistema de control de funcionamiento 3 (o sea, de forma pasiva). El valor determinado por el modulo de estimacion de viento 41 para la velocidad del viento estimada ve se aplica al detector 43 para la potencia disponible como uno de los valores de entrada. Como otro valor de entrada se aplica al detector 43 el valor facilitado por el sistema de control de funcionamiento para un angulo de inclinacion optimo Oopt. El detector 43 calcula a partir del mismo la energia electrica teoricamente disponible que con una regulacion optima se extrae del viento a traves del rotor eolico 2 en las condiciones de viento actuales y que se podria transferir a traves del generador/sistema de conversion 13, 14. Para el calculo del valor para la potencia disponible Pv el detector 43 presenta preferiblemente un modelo 45 para el aerogenerador. El modelo 45 es preferiblemente un modelo no lineal simplificado. Esto permite una determinacion tanto exacta como rapida de la potencia disponible, dado que resulta inmediata y, por consiguiente, estable. La potencia disponible se determina mediante aplicacion de la formula

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siendo n el grado de eficacia total, p la densidad del aire, A la sueprficie circular del rotor, A el mdice de marcha rapida y Oopt el angulo de ajuste de pala optimo, y correspondiendo el valor ve a la velocidad del viento estimada como parametro de entrada del modelo 45. Basandose en un valor estimado apoyado en un modelo de este tipo, el detector 43 calcula un valor para la potencia disponible Pv, emitiendolo en su salida y aplicandolo a una entrada del dispositivo de control secundario 44.

Por medio del modulo de determinacion para la potencia realmente producida 42 se determina la potencia realmente producida y transmitida por el generador/sistema de rotor 13, 14. En el caso mas sencillo se disponen a estos efectos sensores para la tension y la corriente 17, 18 en la lmea de conexion 15, conectando sus valores al elemento de determinacion 42. El elemento de determinacion 42 realiza una multiplication y determina la potencia realmente producida de Pr. Este caso sencillo con empleo de los sensores 17, 18 se representa con lmeas de puntos en la figura 2.

En una forma de realizacion preferida de la invencion, la determinacion de la potencia realmente producida Pr se puede llevar a cabo con referencia al valor para la velocidad del viento estimada ve proporcionado por el modulo de estimacion de viento 41. Para ello el elemento de determinacion para la potencia realmente producida 42 presenta tambien un modelo 47 del aerogenerador. Preferiblemente el modelo 47 se configura de acuerdo con el modelo 45 para el detector 43. Al elemento de determinacion 42 se aplica ademas, por parte del sistema pitch 22, un valor para el angulo de inclinacion realmente ajustado Or (veanse las lmeas discontinuas de la figura 2). A partir de estos valores se determina, por medio del modelo y segun la siguiente formula

P„ =

npAc v!

2 CP(*,®r)VE

la potencia realmente producida Pr, siendo Pr la potencia realmente producida y Or el angulo de pala realmente ajustado. Tambien es posible determinar la potencia realmente producida Pr por medio de sensores o de datos del sistema de control de funcionamiento 3.

La potencia realmente transmitida Pr asi determinada se aplica a traves de la salida del elemento de determinacion 42 a una entrada del dispositivo de control secundario 44. A otra entrada del dispositivo de control secundario 44 se

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aplica un valor para la cantidad de reserva de potencia Pd a mantener. El dispositivo de control secundario 44 presenta en el ejemplo de realizacion representado un antefiltro 48 y un nucleo de regulacion 49. Al antefiltro 48 se aportan, como senales de entrada, los dos valores para la potencia realmente producida Pr y la potencia disponible Pv. A partir de los mismos se determina un valor diferencial para el exceso de potencia Pb que se compara con el valor aplicado para la potencia de control Pd requerida. El antefiltro determina, como senal de salida, un valor para una diferencia de potencia PA. El valor se aplica como magnitud de entrada para el antefiltro 48 al propio nucleo de regulacion. El nucleo de regulacion se disena para determinar a partir de este valor un valor para el angulo de error de inclinacion ©A. Este valor lo emite el dispositivo de control secundario 44 y se anade a traves de un elemento sumador 40, con el signo correcto, al valor proporcionado por el sistema de control de funcionamiento para el angulo de inclinacion optimo ©opt. Como consecuencia se obtiene un valor modificado para el angulo de inclinacion exigido que se aplica como valor de entrada al regulador de inclinacion 23 en sf conocido.

Asf se consigue que a partir de los valores determinados por el elemento de determinacion a la vista de la velocidad de viento estimada para la potencia disponible y la potencia realmente producida, se pueda calcular como diferencia una potencia de control realmente disponible que se compara con la reserva de potencia requerida. Si se produce una diferencia, el nucleo de regulacion 49 del dispositivo de control secundario 44 genera un angulo de inclinacion adicional ©A que se suma al angulo de inclinacion optimo ©opt proporcionado por el sistema de control de funcionamiento. Con el accionamiento de regulacion 24 del sistema pitch 22 se ajusta este nuevo angulo de regulacion, con lo que la potencia realmente producida cambia de forma correspondiente. El bucle de regulacion se cierra.

Se han obtenido buenos resultados al realizar el regulador contenido en el nucleo de regulacion 49 del dispositivo de control secundario 44 preferiblemente como simple regulador integral. Se logra asf una precision estacionaria excelente, habiendose comprobado sorprendentemente que la velocidad alcanzable tambien es lo suficientemente grande. La invencion se ha dado cuenta de que, a pesar del empleo de un simple regulador integral, tambien se mantiene la estabilidad dado que, gracias al empleo de un valor estimado para la velocidad del aire, los elementos de determinacion para la potencia realmente producida y disponible se desacoplan de los ruidos de medicion por lo demas inevitables en la medida necesaria para poder emplear el regulador integral sin peligro en caso de perdida de estabilidad. Conviene hacer constar que el regulador tambien se puede realizar de otra manera, por ejemplo, como PI o como regulador PID o como regulador de estado.

Para completar se anade que la senal para la reserva de potencia requerida Pd se sigue aportando al sistema de control de funcionamiento para reducir el valor teorico de potencia aplicando este valor. Esto se conoce por lo que no es necesario explicarlo en detalle.

El efecto de la invencion se explica a continuacion con referencia a la figura 3. La figura representa un simulacro de una curva de potencia en caso de una rapida reduccion de la reserva de potencia requerida. La figura 3a muestra el angulo de inclinacion © y la figura 3b muestra con una lmea continua la reserva de potencia requerida y con la lmea discontinua la reserva de potencia realmente existente, mostrando la figura 3c la energfa electrica Pr realmente producida. Se supone que en el momento T=5 la reserva de potencia requerida se reduce de 200 kW a 0 kW. La base la constituye un aerogenerador con una potencia nominal de 2000 kW que a una velocidad del viento de 9 ms en funcionamiento a carga parcial produce una potencia de aprox. 850 kW. En estas condiciones se consigue un funcionamiento optimo cuando el angulo de inclinacion © presenta un valor de - 1°.

Al principio la reserva de potencia requerida es de 200 kW. Para facilitarla se elige para el angulo de ajuste © de las palas de rotor 21 no el angulo optimo de - 1°, sino un angulo de + 4°. Con este angulo se producen en las condiciones indicadas realmente unos 850 kW de energfa electrica. Con la reduccion de la reserva de potencia requerida a 0 kW, comenzando en el momento T=5 ms, se reduce el angulo de ajuste de la pala © a la maxima velocidad (1° / seg.) del accionamiento de regulacion 24 hasta alcanzar finalmente el optimo angulo de inclinacion ©opt de - 1°. Debido a la velocidad de regulacion de inclinacion finita se dispone todavfa durante cierto tiempo (aprox. 3 s) de una potencia de reserva que no se requiere (vease la lmea discontinua de la figura 3b). La potencia realmente producida aumenta de forma constante al activar el accionamiento de inclinacion 24 hasta alcanzar, al llegar al angulo de inclinacion optimo, un maximo de 1200 kW y ajustarse despues a un valor de unos 1050 kW. A la vista de la diferencia entre los aprox. 1050 kW y el valor inicial de 850 kW se puede comprobar que el aerogenerador ha proporcionado realmente la potencia de reserva de 200 kW originalmente requerida. La superacion de un maximo de potencia mostrado en la figura 3c se puede evitar en la regulacion por medio de un modulo de limitacion de gradientes de potencia 25 que limita la velocidad de regulacion de inclinacion en dependencia de la velocidad medida o estimada del aumento de potencia. De este modo se consigue que no se aporte potencia excesiva a la red y que se evite cualquier riesgo de desestabilizacion de la red a causa de fenomenos transitorios.

En los diagramas se puede ver que la regulacion en relacion con el angulo de inclinacion se produce de manera muy armonica y que esta libre de sobreoscilaciones y de permanentes accionamientos que implican el desgaste del material. En especial no se producen inestabilidades. La invencion ofrece asf la ventaja de que con medios relativamente sencillos y sin necesidad de un hardware adicional se pueda proporcionar una reserva de potencia segun las necesidades. Por lo tanto el aerogenerador se puede emplear junto con la red en el marco de servicios del sistema, especialmente de la regulacion secundaria. La solucion segun la invencion es sencilla y se puede emplear de forma descentralizada en el aerogenerador, siendo unicamente necesaria una simple senal de regulacion emitida por un puesto de control de la red o por un parkmaster. Como se puede ver en la ilustracion de la figura 3c, la

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reserva de potencia requerida se puede mantener segun la invencion con bastante exactitud en todos los puntos de servicio gracias a los dos elementos de determinacion. La regulacion segun la invencion tampoco tiende a desestabilizarse. Esto se considera ventajoso no solo para el comportamiento del aerogenerador durante el funcionamiento, sino tambien en relacion con el cuidado del accionamiento de regulacion de inclinacion 24, por lo que no hace falta reforzarlo.

En la forma de realizacion representado en la figura 4 la invencion se muestra en el ejemplo de un parque eolico. El mismo se compone de varios aerogeneradores 1, 1' unidos entre sf a traves de una red de suministro interna 51 y conectados a la red publica 9. El parque eolico comprende ademas un parkmaster 5 que asume la funcion de control de los aerogeneradores 1, 1' con sus sistemas de control de funcionamiento y que esta conectado a los mismos a traves de una red de senalizacion 52. El parkmaster 5 comprende en este ejemplo de realizacion el dispositivo de control secundario 4 para los distintos aerogeneradores 1, 1' del parque eolico. El parkmaster 5 comprende ademas un modulo compensador 54 que sirve para distribuir una reserva de potencia Pdp requerida por el operador de la red entre los distintos aerogeneradores 1, 1'. Los valores de salida correspondientes para los diferentes valores se conectan al dispositivo de control secundario 4 para los distintos aerogeneradores 1. El modulo compensador 54 puede interactuar con un modulo de ponderacion 55 configurado para recurrir preferiblemente a los aerogeneradores 1, 1' que en este momento producen poca potencia y que por lo tanto presentan todavfa una reserva para proporcionar la reserva de potencia. Tambien se puede prever un modulo de barrena 56 que emplee determinados aerogeneradores 1', que solo producen una decima parte o menos de la potencia media de los demas aerogeneradores, para la puesta a disposicion de la potencia de regulacion.

El parkmaster 5 puede presentar adicionalmente un modulo estatico 58 asf como una entrada de senales 57. Si a la entrada de senales se aplica una senal para la regulacion de frecuencia f-Ctrl, se activa una potencia de reserva Pdp predeterminable para los aerogeneradores. En el modulo estatico 58 se almacena una funcion para determinar con que reducciones o aumentos de potencia tiene que reaccionar el parque eolico a las diferencias de la frecuencia real fi respecto a la frecuencia teorica fs y se deben modificar los datos de potencia y/o la potencia de reserva de acuerdo con la funcion en los aerogeneradores 1.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Aerogenerador con un generador accionado por un rotor para la produccion de ene^a electrica y con un sistema de control (3) que presenta un modulo pitch (31) para la regulacion de un angulo de inclinacion de palas (21) del rotor (2), presentando el sistema de control (3) una entrada para una reserva de potencia requerida y determinando el mismo en dependencia de un punto de funcionamiento del aerogenerador un angulo de inclinacion teorico, previendose ademas un regulador de inclinacion secundario que comprende un modulo offset dinamico y que se disena para determinar un valor para un ajuste del angulo de inclinacion, estando el sistema de control dotado de un elemento sumador (40) que vana el angulo de inclinacion teorico en un ajuste de angulo de inclinacion, caracterizado por que el regulador de inclinacion secundario comprende un detector (43) para una potencia disponible y por que al modulo offset dinamico se aplican senales de entrada para la potencia disponible determinada por el detector, la reserva de potencia requerida y la energfa electrica producida.
2. Aerogenerador segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el detector (43) presenta un modulo de estimacion de viento (41) configurado para determinar a base de la velocidad del viento estimada la potencia disponible por medio de un modelo.
3. Aerogenerador segun la reivindicacion 2, caracterizado por que se preve un elemento de determinacion (42) para la energfa electrica producida que se basa en un modelo.
4. Aerogenerador segun la reivindicacion 3, caracterizado por que el elemento de determinacion (42) se basa en el mismo modelo que el detector (43).
5. Aerogenerador segun una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que el modelo se basa en una formula.
6. Aerogenerador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el modulo offset dinamico (44) presenta un regulador I.
7. Aerogenerador segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el modelo offset dinamico (44) presenta una salida a la que se acopla la potencia de regulacion y que como senal de correccion se aplica al sistema de control de funcionamiento (3).
8. Parque eolico con varios aerogeneradores segun la reivindicacion 1, caracterizado por que un modulo compensador (54) que se encarga de una distribucion de la potencia de regulacion entre los aerogeneradores por medio de su potencia nominal se dispone en un parkmaster (5) al que se conecta el aerogenerador.
9. Parque eolico segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el modulo compensador (54) se concibe para hacer funcionar algunos de los aerogeneradores (1') del parque eolico en regimen de barrena y para recurrir preferiblemente a estos para la potencia de regulacion.
10. Parque eolico segun la reivindicacion 8 o 9, caracterizado por que en el parkmaster (5) se preve ademas el modulo offset dinamico (44).
11. Parque eolico segun una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que el modulo compensador (54) interactua con un modulo de ponderacion (55) que sirve para distribuir la potencia de regulacion segun la disponibilidad de los aerogeneradores.
12. Parque eolico segun una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que se preve un modulo estatico (58) que en dependencia de una diferencia entre una frecuencia de red real y una frecuencia de red teorica aumenta o reduce la potencia de regulacion.