ES2628177T3 - Dispositivo de control para sistemas de inclinación de aerogeneradores - Google Patents

Abstract

Dispositivo de control para un dispositivo de inclinación (2) para aerogeneradores con una batería (21) y con un accionamiento de regulación (3) con un motor, caracterizado por que se prevé un módulo de control de solicitación (5) que conmuta el accionamiento de regulación (3) entre un modo de funcionamiento y un modo de comprobación, formando el accionamiento de regulación (3) con su motor en el modo de comprobación una carga definida preseleccionable para la batería (21).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de control para sistemas de inclinacion de aerogeneradores

La invencion se refiere a un dispositivo de control para sistemas de inclinacion de aerogeneradores. Dicho mas concretamente se refiere a aerogeneradores con un rotor, con un generador accionado por el mismo para la generacion de energfa electrica, presentando el rotor al menos una pala que se puede ajustar con un dispositivo de inclinacion, comprendiendo el dispositivo de inclinacion un suministro de energfa por medio de una batena y un accionamiento de regulacion y previendose una unidad de control para la batena del dispositivo de inclinacion.

Los aerogeneradores del tipo citado al principio presentan palas de rotor ajustables que pueden variar con respecto al angulo de incidencia del viento. Los sistemas de inclinacion de este tipo permiten dos funciones diferentes, en concreto, por una parte, un funcionamiento variable en cuanto al numero de revoluciones y, por otra parte, una detencion del aerogenerador. Esta ultima se produce gracias a que las palas de rotor se colocan en una posicion de bandera en la que el viento ya no las hace girar. Precisamente esta ultima funcion es realmente importante, dado que esta actua como funcion de frenado. Esta representa un aspecto especialmente cntico en cuanto a la seguridad para el aerogenerador. A fin de poder garantizar mediante el ajuste de la inclinacion una detencion en caso de cafda del suministro de corriente del aerogenerador, se preven para el dispositivo de inclinacion en la mayona de los casos sistemas de acumulador propios. Estos garantizan el suministro de corriente del dispositivo de inclinacion tambien en caso de cafda de la corriente. Como acumuladores de energfa se utilizan acumuladores recargables convencionales o tambien condensadores con una capacidad especialmente alta (s.g. Ultra-Caps). Independientemente del tipo de construccion que se utilice en concreto para los acumuladores, estos conllevan no obstante el inconveniente comun de que son piezas de desgaste. A causa de la funcionalidad cntica en cuanto a la seguridad, para evitar de forma segura un fallo del dispositivo de inclinacion debido a un acumulador probablemente defectuoso, los acumuladores se comprueban en intervalos de tiempo regulares. Por el estado de la tecnica se conocen distintos procedimientos con esta finalidad.

Por el documento DE 10 2005 030 709 se conoce la posibilidad de prolongar la vida util de los acumuladores optimizando los procesos de solicitacion y de carga, aplicando medidas de limitacion de corriente, supervisando la temperatura de los acumuladores y midiendo la tension en los bornes de los distintos acumuladores.

Otro ejemplo del estado de la tecnica se conoce por el documento EP1739807.

La invencion se basa en la tarea de proponer, partiendo del metodo citado, un dispositivo de control o un procedimiento mejorado que sea menos propenso a sufrir fallos.

La solucion segun la invencion se basa en las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

En un aerogenerador con un rotor, con un generador accionado por el mismo para la generacion de energfa electrica, presentando el rotor al menos una pala ajustable por medio de un dispositivo de inclinacion, y comprendiendo el dispositivo de inclinacion una unidad de suministro de energfa con una batena y un accionamiento de regulacion, asf como una unidad de control, se preve, segun la invencion, un modulo de solicitacion que conmuta el accionamiento de regulacion entre un modo de funcionamiento y un modo de comprobacion, formando el accionamiento de regulacion en el modo de comprobacion una carga definida seleccionable para la batena. Con esta es posible aplicar carga a la batena y comprobar su comportamiento bajo esta solicitacion a carga (prueba de Stress).

Por una batena se entiende un acumulador para energfa electrica. En especial puede tratarse de un acumulador recargable o de un condensador de gran capacidad (Ultra-Cap).

La invencion se basa en la idea de crear con el accionamiento de regulacion en el modo de comprobacion unas condiciones marco definidas con las cuales sea posible comprobar la calidad de la unidad de suministro de energfa del dispositivo de inclinacion. Con la conexion adicional de una carga conocida determinada se pueden crear unas condiciones reproducibles para la prueba. De este modo existe la posibilidad de poder comparar entre sf las sucesivas mediciones. Asf pueden detectarse las variaciones en las batenas a lo largo del tiempo y tenerlas en cuenta en la determinacion del momento propicio para la sustitucion. Las mediciones reproducibles ofrecen ademas la ventaja de que se pueden establecer valores lfmite mas precisos. Esto no solo aumenta la calidad de la medicion, sino que tambien permite la supresion de margenes de seguridad como tampones frente a variaciones del medio ambiente no influenciables, de manera que las batenas se puedan utilizar hasta el verdadero momento propicio para la sustitucion. Por consiguiente, el cambio realizado convencionalmente por motivos de seguridad en caso de duda mas bien antes de tiempo ya no es necesario, lo que disminuye los costes. Al mismo tiempo, gracias a las condiciones reproducibles se evita que las batenas en sf listas para el recambio aun se clasifiquen erroneamente como aptas para el uso en virtud de unas condiciones de pruebas favorables para la misma. Hasta ahora, una clasificacion erronea como esta se asociaba a un riesgo de seguridad considerable en relacion con la seguridad de parada del aerogenerador, evitandose ahora gracias a la invencion. La invencion une, por lo tanto, las ventajas con respecto a costes de funcionamiento mas economicos con una mayor seguridad.

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El accionamiento de regulacion presenta preferiblemente una resistencia conmutable en su entrada. La prevision de esta resistencia significa un esfuerzo que se puede pasar por alto.

Resulta preferible cuando el accionamiento de regulacion comprende un convertidor y un motor de corriente continua, configurandose el modulo de solicitacion a carga para solicitar el motor de corriente continua con una corriente predeterminable segun la carga definida. La invencion se aprovecha del hecho de que por regla general en los aerogeneradores modernos el accionamiento de regulacion de los dispositivos de inclinacion presenta de todas maneras un convertidor y un motor, en la mayona de los casos un motor de corriente continua. En este sentido no se produce ningun coste adicional. Conectando el convertidor con el motor alimentado por el mismo de manera que este actue como carga fija, es posible aplicar una solicitacion elevada fija y deseada sin costes adicionales con respecto al hardware. Con el convertidor es posible comprobar la batena incluso en caso de una corriente elevada. De este modo se puede llevar a cabo tanto una prueba rapida, como tambien una prueba de Stress que posee una alta fiabilidad con respecto a la idoneidad de la batena. Otra ventaja del uso del convertidor consiste en que la solicitacion a aplicar sobre la batena no esta limitada por una resistencia ni por su capacidad de carga por unidad de potencia. Para aplicar, si se desea, una solicitacion a carga aun mayor, se activa convenientemente un freno del accionamiento de regulacion contra el cual actua el accionamiento de regulacion. Esto permite realizar la prueba de la batena independientemente de la posicion de las palas de rotor. De este modo no es necesario colocar la pala de rotor en una posicion lfmite en la que se ajuste, por ejemplo, a un tope. Por consiguiente, la prueba de solicitacion se puede emplear de manera mas universal. En especial, la prueba tambien se puede realizar durante el funcionamiento del aerogenerador, en concreto mientras que el mismo este en regimen de funcionamiento a carga parcial. Para un posterior aumento de la carga de la batena se puede prever ademas que se aplique adicionalmente corriente a la resistencia en la entrada del accionamiento de regulacion. Para evitar una sobrecarga precisamente en caso de grandes corrientes de prueba se preve preferiblemente un sistema de control de temperatura en el convertidor y/o en la resistencia.

Segun una variante perfeccionada preferida de la invencion se preve un modulo de control de descarga concebido para reducir la tension que actua en el accionamiento de regulacion al comienzo de la prueba a un nivel de tension predeterminable. Por regla general se trata del nivel de tension de batena a la que se descarga el circuito intermedio. Sin embargo tambien se puede descargar la batena. Esto conviene cuando para garantizar una seguridad suficiente la unidad de suministro de energfa se debe concebir de modo que no solo pueda provocar una regulacion de las palas de rotor en caso de una batena ideal completamente cargada, sino tambien con la batena cargada solo parcialmente.

El modulo de solicitacion interactua preferiblemente tambien con un seccionador de proteccion que separa la batena de un suministro de red. Con el seccionador de proteccion se consigue evitar una carga de la batena a traves del suministro de red durante la prueba, con lo que se contrarresta un riesgo de falsificacion de los resultados de prueba por parte del suministro de red.

Se preve ademas preferiblemente un modulo de control que supervisa el estado, especialmente la temperatura de la resistencia, la posicion de la pala de rotor (o el funcionamiento del freno) y/o del motor de corriente continua y que en caso necesario interrumpe la prueba. Asf se contrarresta el riesgo de que especialmente en caso de pruebas con corrientes altas se produzca una sobrecarga de los componentes empleados para la prueba. Los danos que se podnan producir no solo tendnan el inconveniente de provocar fallos de los componentes, sino que incluso podnan dar lugar a una parada del aerogenerador (lo que significa un coste elevado) dado que se trata en este caso de componentes cnticos en cuanto a la seguridad.

Con ventaja se preve un modulo de deteccion de carga que determina un estado de carga del aerogenerador y que en caso de superar un umbral bloquea el modulo de control de solicitacion. Por bloqueo se entiende que el modulo de control de solicitacion pasa a un estado en el que no se realiza ninguna prueba de la batena. Se ha comprobado que la invencion permite en principio probar el aerogenerador en funcionamiento, lo que sin embargo no debena hacerse con plena carga o con una elevada carga parcial, dado que en estas gamas sena necesaria una regulacion de la inclinacion por parte del motor de inclinacion. Las cargas adicionales aplicadas a causa de la prueba de la batena pueden dar lugar en caso de viento mas fuerte a que el dispositivo de inclinacion se someta a fuerzas de regulacion excesivamente altas. Para excluir el riesgo de deterioros o fallos, el modulo de deteccion de carga detecta la aparicion de una situacion con una carga elevada e impide la ejecucion de la prueba de batena o la interrumpe siempre que durante la prueba de batena se detecte una carga elevada, por ejemplo, por medio del numero de revoluciones, de la potencia y/o de la velocidad del viento.

El modulo de deteccion de carga colabora convenientemente con un temporizador que provoca en intervalos predeterminables una comprobacion y que vigila los ciclos durante la prueba. De esta manera se puede llevar a cabo un control en gran medida automatizado del aerogenerador durante el funcionamiento autarquico.

El modulo de control de solicitacion segun la invencion se puede disenar preferiblemente para controlar la pala de rotor con el freno activado y detectar una variacion de inclinacion. Si la pala de rotor se mueve a pesar del accionamiento del freno durante la ejecucion de la prueba de solicitacion, esto significa un error del freno por lo que se emite una senal correspondiente que se transmite al sistema de control de funcionamiento del aerogenerador. Esto tambien se puede llevar a cabo de forma espedfica. Para la comprobacion del estado del freno se puede prever adicionalmente una unidad de comprobacion de frenos que aplica corriente electrica al accionamiento de regulacion con un momento de comprobacion determinado. El momento de comprobacion se elige de modo que sea

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menor que el momento de retencion aplicable por parte del freno. Si el freno resbala a pesar de ello, el freno esta defectuoso y se emite una senal de error.

Preferiblemente se preve ademas un modulo de monitorizacion que comprueba la funcionalidad del controlador de batena. Por lo tanto, se puede realizar un control propio. De este modo se evita especialmente la situacion de riesgo de clasificar aun erroneamente como "aptas" batenas que ya no son capaces de funcionar como consecuencia de un modulo de control de solicitacion que funciona de manera defectuosa. Con esta finalidad, el modulo de monitorizacion presenta convenientemente un detector que al comienzo de la prueba controla la tension de batena en relacion con una cafda y que en caso de falta de la misma emite una senal de error. Tambien en caso de batenas aptas se produce una cafda de tension debido a la elevada carga al comienzo de la prueba. Si esta cafda no se produce significa que el control de la tension funciona de forma defectuosa o que la batena aun se alimenta a traves de la red. En ambos casos no es posible una prueba y se emite de forma correspondiente una senal de error.

Un primer metodo de control consiste en comprobar la tension del acumulador bajo carga. Para ello se activa el dispositivo de inclinacion, tomando corriente del acumulador y determinandose la cafda de tension que se produce. En un segundo metodo de control que sigue a continuacion no solo se comprueba la magnitud de la cafda de tension, sino que tambien se controla el desarrollo en el tiempo. Con esta finalidad se preve un controlador de batena que se elige para tolerar brevemente una cafda de la tension durante la solicitacion y comprobar a continuacion en la curva de tension si la tension se vuelve a recuperar despues de finalizar la solicitacion dentro de un penodo de tiempo definido. Si no se cumplen aqrn unos valores lfmite predefinidos, el acumulador se clasifica como ya no apto. Un inconveniente de estos metodos radica en la dependencia de factores externos. Asf puede darse el caso de que aumente el consumo de corriente del accionamiento de regulacion a causa de la dureza del engranaje debido a una carga del viento desfavorable o a temperaturas muy fnas. Un mayor consumo de corriente condicionado por estas circunstancias da lugar a una cafda de tension mayor y mas prolongada, de manera que estos acumuladores en sf aun utiles aparezcan bajo esta solicitacion excesiva como listos para la sustitucion. Por lo demas tambien puede suceder que en caso de una carga de viento determinada la solicitacion se reduzca en tal medida que los acumuladores en sf desgastados solo presenten una cafda de tension reducida y, por consiguiente, se clasifiquen como aun aptos para el empleo.

Segun otra forma de realizacion ventajosa de la invencion que en su caso adquiere una proteccion independiente preve un modulo de control de comprobacion. Este se configura para conectar adicionalmente una caractenstica de comprobacion seleccionable en el accionamiento de regulacion. Con esta finalidad el modulo de control de comprobacion presenta una memoria con varias caractensticas de control de comprobacion de las que se elige una para utilizarla en la comprobacion por medio del modulo de control de solicitacion. La memoria contiene como perfiles preferiblemente al menos tres caractensticas de comprobacion. Un primer perfil que forma una solicitacion con una resistencia fija, un segundo perfil que forma una solicitacion con una corriente constante y un tercer perfil que forma una solicitacion con una potencia constante. La solicitacion con una resistencia constituye el caso mas sencillo que requiere la menor instalacion de hardware. La solicitacion con potencia constante ofrece la ventaja de que es la que mas se corresponde a la solicitacion en el funcionamiento real. La solicitacion con corriente constante ofrece la ventaja de que proporciona los resultados que mejor se pueden valorar, dado que las variaciones de tension de la batena durante la solicitacion se pueden utilizar directamente como medida. En este caso, el accionamiento de regulacion se acciona de manera que se conduzca una corriente constante a traves del motor. Aqrn el accionamiento de regulacion actua con su convertidor como un transformador para corriente continua, siendo posible modificar la relacion de transformacion por medio del control. Esto ocurre generalmente gracias a que el modulo de control de comprobacion controla el accionamiento de regulacion con un grado de modulacion predeterminable. Este puede modificar de forma correspondiente la solicitacion respectivamente deseada. Por consiguiente, la resistencia en sf fija del propio motor se convierte por el lado de la batena en una resistencia regulable. Por lo tanto, con una minima instalacion adicional de hardware se consiguen dos ventajas esenciales, concretamente, por una parte, que la solicitacion de la batena se puede modificar de forma variable y regular y, por otra parte, que las variaciones de la resistencia del motor se pueden compensar facilmente, por ejemplo, estaticamente mediante dispersiones unitarias o dinamicamente mediante un aumento de la resistencia en virtud del calentamiento. Convenientemente el modulo de control de comprobacion se configura con esta finalidad de manera que registre parametros reales del motor y presente una unidad de compensacion que compense las variaciones de los parametros de un valor normal.

En los aerogeneradores de mayor tamano se utilizan a menudo motores de excitacion mixta como accionamientos de regulacion que disponen de un devanado en serie o un devanado shunt. Se ha demostrado que para la comprobacion de la solicitacion, el funcionamiento como puro motor devanado en serie resulta mas favorable. El modulo de control de comprobacion interactua convenientemente con un modulo de conmutacion de excitacion que durante la comprobacion aplica corriente al devanado en serie y separa el devanado shunt.

A fin de que la solicitacion adicional lo mas reducida posible sea suficiente para los componentes del accionamiento de regulacion se preve preferiblemente un modulo de seleccion de direccion. Este se configura para determinar durante el funcionamiento del aerogenerador una direccion de solicitacion de la pala de rotor y actuar de tal manera sobre el modulo de control de comprobacion que el accionamiento de regulacion active la pala en direccion contraria. De este modo, la solicitacion previa de la pala procedente de fuerzas aerodinamicas se utiliza favorablemente como carga adicional de manera que en este aspecto el accionamiento de regulacion y el freno queden libres de la misma.

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Preferiblemente se preve una unidad de protocolo que se configura para protocolizar datos y senales de estado para la realizacion de la prueba, asf como resultados. Esta se conecta ventajosamente al sistema de control de funcionamiento del aerogenerador y/o de un sistema de control del dispositivo de inclinacion. Puede llevarse a cabo una valoracion y una transmision, de manera que en caso de fallo se pueda transmitir un aviso de error correspondiente a una instancia superior (parkmaster u operador de red o empresa de mantenimiento). Esta puede reaccionar al fallo y subsanar el problema.

La invencion tambien se refiere a un dispositivo de control para un dispositivo de inclinacion para aerogeneradores con una batena y con un accionamiento de regulacion, comprendiendo el dispositivo de control un controlador de batena, previendose segun la invencion un modulo de control de solicitacion que conmuta el accionamiento de regulacion entre un modo de funcionamiento y un modo de comprobacion, formando el accionamiento de regulacion en el modo de comprobacion una solicitacion definida preseleccionable.

Por otra parte la invencion se refiere a un procedimiento para el control de un dispositivo de inclinacion de aerogeneradores, presentando el dispositivo de inclinacion una batena y un accionamiento de regulacion y controlando durante la prueba una tension de batena en caso de carga y conmutando segun la invencion el accionamiento de regulacion entre un modo de funcionamiento y un modo de comprobacion, utilizandose el accionamiento de regulacion en el modo de comprobacion para la generacion de una carga definida.

En relacion con una explicacion mas detallada se hace referencia a las explicaciones de arriba.

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

Figura 1 un aerogenerador segun un ejemplo de realizacion de la invencion en una vision general esquematica;

Figura 2 una representacion ampliada del cubo con un dispositivo de inclinacion del aerogenerador representado en la figura 1;

Figura 3 un diagrama funcional para una regulacion de un accionamiento de regulacion del dispositivo de inclinacion; Figura 4 un diagrama en bloques para la conexion electrica del dispositivo de inclinacion con unidad de control; y Figuras 5a-d diagramas referentes al desarrollo de tensiones y corrientes.

Un aerogenerador segun un ejemplo de realizacion de la invencion comprende una gondola 11 que puede bascular sobre una torre 10 en direccion acimutal, disponiendose de forma giratoria en una de sus caras frontales un rotor de viento 12. El rotor de viento 12 comprende un cubo 13 y una o varias palas de rotor 14. Este acciona un generador 15 por medio de un arbol de rotor (no representado). Este convierte la potencia mecanica generada por el rotor de viento 12 a partir del viento en potencia electrica. En el caso del generador 15 se trata de una maquina asincronica de doble alimentacion (aunque tambien pueden preverse otros modelos de generador). A este se conecta un convertidor 16. Al generador 15 y al convertidor 16 se conecta una lmea 17 que transporta la potencia electrica generada a traves de la torre 10 a un transformador de tension media 18 dispuesto en el pie allf situado para su transmision a una red (no representada). Ademas se dispone en la gondola 11 un sistema de control de funcionamiento 19 que controla el funcionamiento de todo el aerogenerador.

Para el ajuste del angulo de paso de las palas de rotor 14 se preve en el cubo 13 un dispositivo de inclinacion identificado en su totalidad con el numero de referencia 2. Este comprende una unidad de suministro de energfa 20 que comprende una batena 21, asf como una conexion a una fuente de alimentacion interna de la instalacion 22. La misma alimenta al menos un accionamiento de regulacion 3 que comprende fundamentalmente un circuito intermedio 34, una resistencia 30, un convertidor 31, asf como un motor de corriente continua 32 como actuador. Este ultimo provoca, a traves de un juego de engranajes configurado como engranaje recto 33, un giro de las palas de rotor alrededor de su eje longitudinal, a fin de modificar asf el angulo de paso 0. Un sensor 38 en la corona dentada registra dicho angulo, asf como la velocidad de ajuste n. El juego de engranajes 33 se realiza preferiblemente de manera que dispongan de un bloqueo automatico. Aqrn se entiende que bajo la influencia de cargas aerodinamicas la pala de rotor 14 no es capaz (o solo en pequena medida) de girar el motor de corriente continua 32 por medio del engranaje recto 33. Hay que anadir que tambien pueden preverse otros modelos de engranaje, por ejemplo, un engranaje helicoidal para el aumento del bloqueo automatico. Para conseguir en todos los estados de funcionamiento un posicionamiento seguro de las palas de rotor 14 con respecto a su angulo de paso 0 se preve ademas un freno 39. Este se puede realizar de un modo en sf conocido como un tipo de pinza portapastillas o como freno electromagnetico.

Para el control del dispositivo de inclinacion 2 se preve una unidad de control 4. Esta se conecta a traves de lmeas de senalizacion (no representadas) a los otros componentes del dispositivo de inclinacion y recibe por su parte sus senales de grna a traves de lmeas de senalizacion (tampoco representadas) del sistema de control de funcionamiento 19 y transmite a la inversa las senales de estado y los avisos de error a la misma.

El funcionamiento para el ajuste del angulo de paso se explica en relacion con la figura 3. Un valor teorico para el angulo de paso 0 se aplica a una entrada de valor teorico de la regulacion para el angulo de paso. Dicho mas concretamente este se aplica a la entrada positiva de un elemento sumador 41. A su entrada negativa se aplica un valor de medicion determinado por el sensor 38 para el angulo de paso real. A partir de aqrn se forma una diferencia

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y se aplica a un regulador de situacion, de angulo o de posicion 42. Este determina una velocidad de ajuste n que se limita por medio de un elemento de valor Kmite 43. De esta velocidad teorica se resta a su vez en el punto de suma 44 el valor determinado por el sensor 38 para la velocidad y la diferencia resultante se aplica a un regulador de numeros de revoluciones 45. Este determina una medida de corriente para el momento solicitado por el motor 32. La medida de corriente se conecta a un limitador 46. La medida de corriente asf limitada se aplica como valor teorico a un punto de suma 47 a cuya entrada negativa se aplica una medida para la corriente real del motor. La diferencia que resulta se aplica a la entrada de un regulador de corriente 48 que determina una senal para la longitud de los impulsos de conexion de los conmutadores activos del convertidor 3l. Esta senal se limita a su vez por medio del limitador de maximo y mmimo y se aplica a continuacion a la entrada de control del modulador de duracion de impulsos 35. Este controla la conexion del elemento activo del convertidor 31. En esta estructura se produce el problema de que, con el motor 32 bloqueado, una variacion del valor teorico para la situacion angular da lugar a que los valores teoricos correspondientes para el numero de revoluciones y la corriente del motor lleguen al lfmite. Para evitarlo de antemano puede reducirse adicionalmente la regulacion de corriente del regulador del numero de revoluciones 45 mediante una senal de retorno y concretamente a lfmites superiores e inferiores para la corriente del motor. Esto se puede llevar a cabo en el marco de un sistema de control previo 50 como el que se reproduce en la figura 3. El sistema de control previo 50 se configura con la finalidad de generar un valor teorico de corriente de motor correspondiente para una corriente de batena deseada. De este modo se evita que los reguladores 42, 45 y 48 lleguen a la saturacion durante la prueba.

A la unidad de control 4 se conecta un controlador de batena 40. Este se configura para controlar el estado de carga de la batena 21. La batena 21 se puede cargar en principio durante el funcionamiento normal a traves de la fuente de alimentacion 22 interna de la instalacion, de manera que la misma en caso de una interrupcion de la corriente pueda garantizar un suministro de energfa suficiente para el dispositivo de inclinacion 2. Esta se dimensiona de manera que las palas de rotor 14 puedan desplazarse bajo todas las condiciones de forma segura en la posicion de bandera neutral. Se entiende que las batenas 21 deben presentar para ello una capacidad suficiente y no haber perdido por defecto o como consecuencia del desgaste tanta capacidad que la carga almacenada por las mismas ya no sea suficiente para el desplazamiento de las palas de rotor 14 a la posicion de bandera segura. La funcionalidad de las batenas se comprueba por medio del controlador de batena 40 en intervalos regulares.

En primer lugar se explica mas detalladamente por medio de la figura 4 la estructura del accionamiento de regulacion 3 con su interactuacion con la batena 21. El convertidor 31 alimenta el motor de corriente continua 32 que se realiza como un motor de excitacion mixta con un devanado en serie 36 y un devanado shunt 37. El convertidor 31 es alimentado a su vez por un circuito intermedio 34 con un condensador filtrador 35. El circuito intermedio 34 se alimenta con energfa electrica de dos formas diferentes. Por una parte esta disponible una fuente de alimentacion 22 que se puede conectar a traves de un contactor de separacion 24 a una cara de entrada del circuito intermedio. Por otra parte se preve una batena 21 que a traves del contactor de batena 23 se conecta a la cara de entrada del circuito intermedio 34. La fuente de alimentacion 22 sirve, por una parte, para el suministro directo del convertidor 31 con el motor de corriente continua 32, pero tambien para la carga de la batena 21. Como ya se ha explicado antes, en caso de un fallo de red la batena 21 se encarga del suministro, de manera que por medio del convertidor 31 sea posible controlar asf el motor de corriente continua 32 para desplazar las palas de rotor a una posicion segura. En el circuito intermedio 34 se dispone un sensor de tension 25 entre el contactor de batena 23 y el convertidor 31. Ademas se conecta opcionalmente al circuito intermedio 34 una resistencia fija conmutable 30 paralelamente a la entrada del convertidor 31. Con esta se puede solicitar el circuito intermedio 34 y, por consiguiente, la batena 21. La unidad de control activa los contactores 23, 24, asf como el convertidor 31.

La unidad de control 4 interactua con un modulo de control de solicitacion 5, con un modulo de deteccion de carga 6, asf como con un modulo de control de comprobacion 7. El modulo de control de solicitacion 5 comprende un modulo de control de descarga 51, un modulo de control 52, un temporizador 53, un modulo de monitorizacion 54 y un detector 55. El modulo de control de comprobacion 7 comprende una memoria 70, un emisor de grado de modulacion 71, asf como una unidad de medicion 72 para la determinacion de los parametros reales del motor de corriente continua 32, una unidad de compensacion 73, una unidad de comprobacion de frenos 74, un modulo de seleccion de direccion 75 y un modulo de conexion de excitacion 76. La memoria 70 contiene varios perfiles para distintas solicitaciones. En el modo de comprobacion puede elegirse uno de los perfiles y accionarse de forma correspondiente el convertidor 31, de manera que el motor de corriente continua bloqueado 32 genere la solicitacion de acuerdo con el perfil elegido. En este caso el modulo de control de comprobacion 7 activa el modulo de conexion de excitacion 76 que se configura para separar en el modo de comprobacion el devanado shunt 37. Esto significa que la excitacion solo se provoca en el modo de comprobacion por medio del devanado en serie 36. El par de giro del motor de corriente continua 32 es, por lo tanto, independiente de la tension de batena, de modo que puede conseguirse un mejor comportamiento del motor de corriente continua 32 en el modo de comprobacion. El convertidor 31 actua aqrn como un transformador para corriente continua, siendo posible variar la relacion de transformacion a traves del control del convertidor 31 mediante el emisor de grado de modulacion 71. La resistencia en sf fija del motor de corriente continua 32 se muestra asf en el circuito intermedio 34 y por consiguiente para la batena 21 como resistencia (de carga) variable.

Una prueba de la batena 21 se demanda en la mayona de los casos a traves del sistema de control de funcionamiento 19. No obstante tambien se puede prever que la unidad de control 4 ejecute la prueba de forma autarquica o que requiera una realizacion de la prueba en el sistema de control, por ejemplo, a traves del

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temporizador 53. Asf la prueba puede llevarse a cabo en intervalos de tiempo regulares, por ejemplo, semanalmente, en funcion de la solicitacion de la batena, por ejemplo, despues de cada diez procesos de carga o en situaciones especiales como, por ejemplo, al volver la tension despues de un fallo de red o a peticion manual por parte del personal de servicio.

En un primer paso de la prueba se establecen condiciones iniciales definidas. Para ello el modulo de control de solicitacion 5 acciona el modulo de control de descarga 51 de manera que a traves de la resistencia fija 30 el circuito intermedio 34 se descargue a un nivel de tension previamente definido, por regla general al nivel de tension de la batena. La intensidad de la tension se determina a traves del sensor de tension 25 y del controlador de batena 40. De este modo se crean unas condiciones definidas para la prueba que garantizan una reproducibilidad. Mediante el modulo de control de comprobacion 7 se determina que tipo de prueba se va a realizar.

A modo de ilustracion esto se explica en un caso sencillo no conforme a la invencion en el que se produce una solicitacion definida provocada por la resistencia fija 30. Para la prueba se activa la resistencia fija 30. Una corriente electrica pasa de la batena 21 al circuito intermedio 34 y a la resistencia 30. Por medio del sensor de tension 25 el controlador de batena 40 mide la tension de la batena y comprueba si existe una cafda de tension. Si no se alcanza un umbral de tension previamente establecido, el controlador de batena 40 detecta un error. La unidad de control 4 devuelve una senal de error correspondiente al sistema de control de funcionamiento 19.

La solicitacion con una resistencia pasiva tambien se puede simular por medio del convertidor 31 en combinacion con el motor 32, por lo que no se necesita ninguna resistencia fija especial 30. Para ello se descarga de la memoria 70 el perfil para la resistencia fija. El modulo de control de comprobacion 7 activa el convertidor 31 de acuerdo con este perfil, de modo que el motor de corriente continua 32 en el circuito intermedio 34 y, por consiguiente, para la batena 21 se comporte como una resistencia fija.

Tambien es posible emplear para el aumento de la solicitacion de batena en la prueba el motor de corriente continua 32 con el perfil de “resistencia fija” junto con la resistencia fija 30 a modo de carga. De esta manera se puede ajustar una corriente de solicitacion muy alta sin sobrecargar los componentes empleados. Este conjunto presenta especialmente una capacidad de absorcion de energfa termica considerablemente mayor que la de una resistencia fija. El modulo de control de comprobacion 7 activa, como se ha descrito antes, el convertidor 31 de forma que este se comporte como una resistencia fija. Como consecuencia se produce una solicitacion similar que se puede valorar de la manera antes descrita facilmente por medio del sensor de tension 25 y del controlador de batena 40.

Para evitar una torsion no deseada de la pala de rotor 14 durante la aplicacion de corriente al motor de corriente continua 32, el modulo de control de solicitacion 5 activa el freno 39. Asf se garantiza que el angulo de paso 0 se mantenga. Convenientemente el angulo de paso 0 se vigila por medio de sensores (no representados). Si a pesar del freno activado 39 se produce una variacion del angulo de la pala, esto es una senal de que el freno 39 esta defectuoso. Una unidad de comprobacion de freno 74 lo controla y transmite en caso de error una senal de error correspondiente a la unidad de control 4 y esta la envfa a su vez al sistema de control de funcionamiento 19. Los momentos de regulacion que se producen pueden ser considerables. En conjunto, la prueba supone una solicitacion notable. Para poder facilitar informacion segura sobre el estado de la batena 21 conviene que la corriente tomada supere durante un tiempo determinado una corriente espedfica. Los valores no son constantes y dependen del respectivo estado de funcionamiento. Como orden de magnitud se puede indicar para un aerogenerador de 2 MW una duracion minima de aproximadamente 7 segundos y al menos 50 amperios; con ello se tomana aproximadamente 0,1 Ah. Convenientemente por medio de sensores de temperatura (no representados) se vigila la temperatura tanto de la resistencia conmutable 30 como la del motor de corriente continua 32 para evitar un sobrecalentamiento. A estos efectos se preve el modulo de control 52.

Con el modulo de monitorizacion 55 se comprueba ademas si el controlador de batena 40 esta listo para el servicio. Se aplica una carga tal o se descarga la batena en la medida que al aplicar la carga se produzca una cafda de tension a la que reacciona el controlador de batena. Si a pesar de ello no reacciona, es probable que el controlador de batena 40 no funcione correctamente. Si se detecta un error, por ejemplo, un bloqueo de un contacto de conmutacion de manera que siempre indique “apta”, la prueba se da por finalizada.

La memoria 70 tambien puede contener otros perfiles. Se han obtenido buenos resultados con perfiles para la solicitacion con corriente constante y para la solicitacion con potencia constante. Esta ultima opcion ofrece la ventaja de que acerca al menos aproximadamente la solicitacion de la batena 21 durante el funcionamiento real en el desplazamiento de las palas de rotor 14 a la posicion de bandera. El perfil para la solicitacion con corriente constante en cambio ofrece la ventaja de permitir una mejor evaluacion a traves del modulo de control de comprobacion 5. Esto se explicara a continuacion con mayor detalle.

Para el modo de comprobacion con corriente constante se tiene que medir la corriente de batena manteniendola constante por medio de un sistema de regulacion. Para ello es necesario determinar el flujo de corriente. A estos efectos se puede disponer un sensor de corriente 28 en el circuito intermedio 34. Para evitar el sensor de corriente adicional 28, la corriente de batena se puede determinar mediante una primera estimacion a partir de otros valores ya existentes. Para ello se aprovecha el conocimiento de que el balance de potencia se tiene que compensar a traves de la batena 21 y del motor 32 en el modo de comprobacion cuando el contactor de separacion 24 esta abierto para la alimentacion de red 22. El producto de la tension de batena y de la corriente de batena debe ser por

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

lo tanto igual al producto de la tension de motor y de la corriente de motor. Por consiguiente, la corriente que carga la baterfa es antiproporcional a las respectivas tensiones, es dedr,

Ibatt = Imotor x Umotor / Ubatt.

El valor correspondiente a la tension de baterfa existe de por si en la unidad de control 4 y el valor para la tension del motor Umotor lo determina el convertidor 31, concretamente en dependencia del accionamiento de sus elementos de conmutacion activos. La medida para el accionamiento es el grado de modulacion M. Desde el punto de vista tecnico se trata de una senal de salida de un modulador de duracion de impulsos 35 que controla el

convertidor 31. El grado de modulacion M esta disponible de por si como parametro del sistema de control del

convertidor. Por consiguiente, la determinacion de la corriente de baterfa se simplifica quedando en

Ibatt = Imotor x M.

Conviene hacer constar que, segun la definicion, M e Imotor siempre presentan el mismo signo, con lo que independientemente de la direccion de momentos del motor de corriente continua 32 siempre resulta un valor positivo para la corriente de baterfa. Por lo tanto, la direccion de giro puede ser cualquiera en el modo de comprobacion. Para mantener reducida la solicitacion del freno 39, el modulo de seleccion de direccion 75 determina el momento que actua en conjunto sobre el freno 39 teniendo en cuenta las demas cargas, especialmente aerodinamicas, que actuan sobre la pala de rotor 14. Tambien determina en que direccion de giro el freno 39 esta sometido a una solicitacion menor (dado que la carga aerodinamica actua en contra del par de giro del motor de corriente continua 32), seleccionando esta direccion de giro.

La unidad de medicion 72 se disena para determinar a partir de los valores de la tension de motor y de la corriente

de motor la resistencia activa del motor de corriente continua 32. Para ello emplea la relacion

Rmotor = Umotor / Imotor.

Si se producen cambios bruscos y/o graves, esto indica un error en forma de errores de contacto, interrupcion, contacto a tierra o cortocircuitos. Por otra parte, a traves del valor de resistencia se pueden sacar conclusiones en relacion con el calentamiento del motor de corriente continua 32, pudiendose abandonar el modo de comprobacion y, por lo tanto, finalizar la prueba al rebasarse determinados lfmites junto con el modulo de comprobacion. De este modo por medio de la prueba se reduce al mfnimo el riesgo de una sobrecarga de los componentes. De esta manera las pruebas no solo se pueden llevar a cabo durante la parada del aerogenerador sino tambien durante su funcionamiento, en cualquier caso a carga parcial.

El efecto de la invencion se explicara a la vista de la figura 5. La curva de la tension de baterfa se esboza en la figura 5a). En el momento t0 la prueba comienza aplicandose una carga a la baterfa a comprobar. Se ve que la tension cae primero de forma brusca y despues bastante plana hasta el final de la carga de prueba en el momento T1. La corriente de motor correspondiente Imotor se representa en la figura 5b). Se ve que la corriente es tanto mas alta cuanto mas cae la tension de baterfa. Debido al efecto de transformador del convertidor 31, la corriente Ibatt de la baterfa 21 se diferencia claramente. Segun la figura 5c) la corriente de baterfa no presenta una subida tan marcada al caer la tension. El motivo es que para la compensacion se varfa el grado de modulacion M, tal como se representa en la figura 5d).

La unidad de comprobacion de frenos 74 se ha disenado para comprobar el freno 39. Para ello el motor de corriente continua 32 se hace funcionar, como se ha descrito antes, como carga, empleandose el par de giro generado por el mismo como momento de comprobacion. La unidad de comprobacion de frenos 74 incrementa el par de giro hasta un valor que aun queda por debajo o como maximo iguala el momento de retencion del freno 39. El freno no debe resbalarse en este momento. Si esto se produce a pesar de ello, se genera un mensaje de error que se envfa al sistema de control de funcionamiento 19. Para que la influencia de la pala de rotor 14 y de las cargas que actuan sobre la misma sea reducida, se emplea en la forma debida el modulo de seleccion de direccion 77. Tambien se puede prever realizar sucesivamente de forma rapida sendas mediciones por direccion de giro y proceder a base de las mismas al menos a una valoracion cualitativa de apto/no apto.

Los parametros determinados del modo antes descrito se pueden aportar a la unidad de compensacion 73. Esta sirve para determinar cambios en los parametros y para emitir las correspondientes senales de compensacion. Asf se puede controlar la resistencia del motor y emitir, en caso de aumento, una senal de correccion acerca del grado de modulacion M por lo que la reduccion de la corriente del motor resultante del aumento de la resistencia se compensa. De manera correspondiente tambien se pueden detectar y compensar diferencias en virtud de dispersiones ejemplares. La calidad de la prueba se puede incrementar de esta forma lo que da lugar a una mayor seguridad de funcionamiento de los aerogeneradores.

Se preve ademas una unidad de protocolo 8. Esta misma se dispone en el sistema de control de inclinacion 2. La misma se concibe para recibir y almacenar senales de estado y valores de medicion del modulo de control de comprobacion y del modulo de monitorizacion. Tambien puede realizar una valoracion y en caso necesario transmitir senales de error correspondientes a una instancia superior como el sistema de control de funcionamiento.

Claims (13)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo de control para un dispositivo de inclinacion (2) para aerogeneradores con una batena (21) y con un accionamiento de regulacion (3) con un motor, caracterizado por que se preve un modulo de control de solicitacion (5) que conmuta el accionamiento de regulacion (3) entre un modo de funcionamiento y un modo de comprobacion, formando el accionamiento de regulacion (3) con su motor en el modo de comprobacion una carga definida preseleccionable para la batena (21).
2. 2. Aerogenerador con un rotor (12) y con un generador (15) accionado por el mismo para la generacion de energfa electrica, presentando el rotor (12) al menos una pala (14) ajustable por medio de un dispositivo de inclinacion (2) y comprendiendo el dispositivo de inclinacion (2) una unidad de suministro de energfa con una batena (21) y un accionamiento de regulacion (3) con un motor y ademas una unidad de control (4), caracterizado por que se preve un dispositivo de control segun la reivindicacion 1.
3. 3. Aerogenerador segun la reivindicacion 2, caracterizado por que el accionamiento de regulacion (3) presenta en su entrada una resistencia conmutable (30) y por que la resistencia actua como carga fija adicional.
4. 4. Aerogenerador segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado por que el accionamiento de regulacion (3) comprende un convertidor (31) y un motor de corriente continua (32) y por que el modulo de control de solicitacion (5) se configura de manera que el motor de corriente continua (32) se solicite con una corriente predeterminable que corresponda a la solicitacion definida.
5. 5. Aerogenerador segun la reivindicacion 4, caracterizado por que se activa un freno (39) contra el que actua el accionamiento de regulacion (3) y especialmente controlando el modulo de control de solicitacion (5) con el freno (39) activado las variaciones de inclinacion de la pala (14) y emitiendo una senal de error.
6. 6. Aerogenerador segun una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por que se preve un modulo de control de descarga (51) que al comenzar la prueba reduce la tension que actua en el accionamiento de regulacion (3) a un nivel de tension predeterminado.
7. 7. Aerogenerador segun una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado por que se preve un modulo de deteccion de carga (6) que determina un estado de carga del aerogenerador y que bloquea el modulo de control de solicitacion (5) al rebasar un umbral.
8. 8. Aerogenerador segun una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado por que se preve un modulo de control de comprobacion (7) que conecta adicionalmente una caractenstica de comprobacion seleccionable en el accionamiento de regulacion (3).
9. 9. Aerogenerador segun la reivindicacion 8, caracterizado por que se preve una memoria (70) en la que se almacenan perfiles, preferiblemente para una resistencia pasiva, una corriente constante y una potencia constante y/o por que el modulo de control de comprobacion (7) presenta un modulador de duracion de impulsos (35) que se configura para regular la corriente suministrada por el accionamiento de regulacion (3) de modo que se regule el grado de modulacion deseado y/o por que el modulo de control de comprobacion (7) presenta una unidad de medicion (72) para el registro de parametros reales del motor de corriente continua (72) y una unidad de compensacion (73) que compensa las variaciones de los parametros de un valor normal y/o por que el modulo de control de comprobacion (7) interactua con un modulo de conexion de excitacion (76) que solo aplica corriente a un devanado en serie (36) y separa un devanado shunt (37) y/o por que el modulo de control de comprobacion (7) presenta un modulo de seleccion de direccion (75) que durante el funcionamiento del aerogenerador determina una direccion de carga de la pala (14), actuando sobre el modulo de control de comprobacion de manera que el accionamiento de regulacion (3) active la pala (14) en direccion contraria.
10. 10. Aerogenerador segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el modulo de control de comprobacion (5) presenta una unidad de comprobacion de frenos (74) que por medio del accionamiento de regulacion (3) genera un momento de comprobacion determinado.
11. 11. Aerogenerador segun la reivindicacion 10, caracterizado por que la unidad de comprobacion de frenos (74) lleva a cabo una comprobacion bidireccional mediante la activacion del motor de corriente continua (32) en ambas direcciones del par de giro contra el freno y realizandose por medio de un clasificador una deteccion de apto/no apto.
12. 12. Aerogenerador segun una de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado por que se preve adicionalmente al menos uno de los siguientes dispositivos:

    un modulo de control de descarga (51) que al comienzo de la prueba reduce la tension que actua en el accionamiento de regulacion (3) a un nivel de tension predeterminado;

    un controlador de batena (40) que controla la batena especialmente con respecto a su estado de tension;

    un modulo de control (52) que controla el estado, especialmente la temperatura de la resistencia (30) y/o del motor de corriente continua (32);

    un temporizador (53) en el modulo de control de solicitacion (5) que provoca en intervalos predeterminables una prueba y que vigila los ciclos durante la prueba;

    5 un modulo de deteccion de carga (6) que determina un estado de carga del aerogenerador y que al rebasar un umbral bloquea el modulo de control de solicitacion (5);

    un modulo de monitorizacion (54) para el controlador de batena (40) que controla su funcionalidad.
13. 13. Procedimiento para el control de un dispositivo de inclinacion de aerogeneradores, presentando el dispositivo de 10 inclinacion (2) una batena (21) y un accionamiento de regulacion (3) y que durante la prueba controla una tension de batena en caso de carga, caracterizado por que el accionamiento de regulacion (3) conmuta entre un modo de funcionamiento y un modo de comprobacion, utilizandose el accionamiento de regulacion en el modo de comprobacion bajo una carga definida para la batena (21).

    15 14. Procedimiento segun la reivindicacion 13, caracterizado por la utilizacion de una unidad de control segun una de

    las reivindicaciones 2 a 12.