ES2633816T3 - Método de operación de una turbina eólica y turbina eólica - Google Patents

Método de operación de una turbina eólica y turbina eólica Download PDF

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Abstract

Un método de operación de una turbina eólica (19), que comprende las etapas de: recibir (13) múltiples señales de sensores que son indicativas del estado de la turbina eólica; analizar (14) las múltiples señales de sensores para determinar si se cumple una condición de alarma específica, tal como se predefine en uno de una pluralidad de escenarios de alarma predefinidos (30) diferentes; analizar adicionalmente (15) al menos una de las múltiples señales de sensores de acuerdo con etapas de análisis, tal como se predefine en el escenario de alarma (30) para el que se cumple la condición de alarma específica, para determinar (16) si la turbina eólica (19) ha de ponerse en cualquiera de entre un modo seguro predefinido, un modo de detención o un modo de un operación continuada; en el que las etapas de análisis comprenden la simulación de un estado teórico de la turbina eólica (19), comprendiendo adicionalmente el método la etapa de controlar la turbina eólica (19) en el modo seguro, basándose en el estado teórico simulado de la turbina eólica (19), en el que el modo seguro hace que la turbina eólica (19) se opere con una salida de potencia reducida.

Description

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DESCRIPCION
Metodo de operacion de una turbina eolica y turbina eolica Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un metodo de operacion de una turbina eolica y, en particular, a un metodo de operacion de una turbina eolica en situaciones espedficas.
Antecedentes de la invencion
Hoy en dfa, las turbinas eolicas son plantas de generacion complejas y caras. Para operar una turbina eolica de una forma rentable, es importante que los periodos de parada sean tan cortos como sea posible. Sin embargo, este requisito no puede satisfacerse facilmente, dado que la turbina eolica ha de protegerse frente a danos, resultantes, por ejemplo, de fuertes cargas provocadas por elevadas velocidades del viento, o por fallos de la turbina eolica en sf. Para proteger a una turbina eolica en condiciones de fuerte viento es conocido en general detener la turbina eolica en caso de que la velocidad del viento exceda un cierto lfmite.
Mas aun, por el documento US 7.476.985 B2 es conocido operar una turbina eolica de modo seguro en el caso de que la velocidad del viento exceda un cierto lfmite. En el modo seguro se reduce la potencia de salida de la turbina eolica.
Por el documento EP 2 026 160 A1 se conoce decidir acerca de la detencion de una turbina eolica, basandose en un evento que se presente, tal como formacion de hielo, integridad estructural de las piezas de la turbina eolica, etc.
Mas aun, por el documento EP 1 531 376 B1 se conoce un sistema de mantenimiento predictivo, que genera alarmas con relacion a fallos o avenas de componentes mecanicos de la turbina eolica, basandose en un analisis de vibraciones.
El documento de HAMZEED Z ET AL: “Condition monitoring and fault detection of wind turbines and related algorithms: A review", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elseviers Science, Nueva York, NY, Estados Unidos, vol. 13, n.° 1, 1 de enero de 2009 (2009-01-01), paginas 1-39, XP025496619, ISSN: 1364-0321, DOI: 10.1016/J.RSER.2007.05.008 describe la supervision de la condicion y deteccion de defectos de las turbinas eolicas y los algoritmos relacionados.
El documento de ROTHENHAGEN K ET AL: “Advanced sensor fault detection and control reconfiguration of wind power plants using doubly fed induction generators", Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE, IEEE, Piscataway, NJ, Estados Unidos, 15 de junio de 2008, paginas 913- 919, XP031300089, ISBN: 978-14244-1667-7 describe deteccion avanzada de defectos en los sensores y reconfiguracion del control para plantas de generacion eolica usando generadores de induccion doblemente alimentados.
Es un objeto de la presente invencion proporcionar un metodo de operacion de la turbina eolica y una turbina eolica que proporcionen una disponibilidad mejorada de la turbina eolica.
Sumario de la invencion
De acuerdo con un primer aspecto, la invencion proporciona un metodo de operacion de una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 1.
De acuerdo con un segundo aspecto, la invencion proporciona una turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 10.
Los aspectos adicionales de la invencion se exponen en las reivindicaciones dependientes, en la siguiente descripcion y en los dibujos.
Breve descripcion de los dibujos
Se explican realizaciones de la presente invencion por medio de ejemplos con respecto a los dibujos adjuntos, en los que:
la Fig. 1 ilustra una curva tfpica de una variable de proceso de una turbina eolica bajo el uso de un control de tolerancia a defectos de acuerdo con la presente invencion;
la Fig. 2 muestra un diagrama de flujo de una realizacion del metodo para la operacion de una turbina eolica de acuerdo con la presente invencion;
la Fig. 3 ilustra esquematicamente una realizacion de una turbina eolica de acuerdo con la presente invencion; la Fig. 4 ilustra esquematicamente un control para el control de una turbina eolica de la Fig. 3; y
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la Fig. 5 ilustra esquematicamente un escenario de alarma tal como se usa en algunas realizaciones de la presente invencion.
Descripcion detallada de realizaciones
La Fig. 1 muestra un ejemplo de una operacion en modo seguro de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. Antes de una descripcion detallada de las realizaciones, se dan explicaciones generales.
Como se ha senalado al comienzo, las turbinas eolicas son plantas de generacion caras y se pretende operar una turbina eolica de tal manera que el tiempo de parada global sea tan corto como sea posible. Sin embargo, la turbina eolica ha de protegerse frente a danos, resultantes, por ejemplo, de fuertes cargas provocadas por elevadas velocidades del viento, o frente a fallos de la turbina eolica en sf, tales como defectos en el tren de accionamiento, generador, sistema hidraulico, etc.
Como tambien se ha indicado al comienzo, en general, es conocido detener o parar una turbina eolica en el caso de que una velocidad del viento exceda un cierto valor. Sin embargo, esta tecnica simple no es fiable en algun caso. Por ejemplo, un sensor de la velocidad del viento podna ser defectuoso de modo que la turbina eolica tambien se pare en condiciones atmosfericas permitidas. Mas aun, la parada completa de una turbina eolica podna ser no ser necesaria en algun caso, cuando una velocidad del viento exceda un cierto valor.
El documento US 7.476.985 B2, mencionado al comienzo, opera una turbina eolica en un “modo seguro”, es decir en un modo con produccion de potencia reducida. La turbina eolica se opera en el modo seguro en el caso, por ejemplo, de que una velocidad del viento exceda un cierto lfmite de, por ejemplo 25 m/s, y/u otras variables que estan asociadas, por ejemplo, con el viento que exceden tambien un valor predeterminado.
Sin embargo, tal como ha sido identificado por el inventor, la pura determinacion de si las variables exceden un valor predeterminado no tiene en cuenta, por ejemplo, que la variable no refleja el “verdadero” estado de la turbina eolica, por ejemplo debido a defecto del sensor. Mas aun, no es posible evaluar que estado operativo tiene la turbina eolica y como se desarrolla el estado operativo.
La decision acerca de la detencion de una turbina eolica tambien puede basarse en un evento que se presente, tal como formacion de hielo, integridad estructural de piezas de la turbina eolica, ensuciamiento o erosion de las palas del rotor de la turbina eolica, aflojamiento de conexiones, problemas en el control de temperatura, tal como se divulga en el documento EP 2 026 160 A1, mencionado al comienzo. El evento se detecta mediante el analisis de medicion de patrones de senal, tal como el ruido emitido por la turbina eolica, la produccion de potencia de la turbina eolica, etc.
El documento EP 1 531 376 B1 mencionado al comienzo pertenece a un sistema de mantenimiento predictivo que genera alarmas relacionadas con fallos o avenas de los componentes mecanicos de una turbina eolica, basandose en un analisis de vibraciones.
El presente inventor identifico que, por ejemplo, la disponibilidad de una turbina eolica puede mejorarse cuando se analiza el estado de la turbina eolica y se opera dependiendo de una pluralidad de diferentes escenarios de alarma predefinidos de acuerdo con los que podnan tener lugar danos de la turbina eolica y de acuerdo con los que en la tecnica anterior generalmente se detendna la turbina eolica, tal como con altas velocidades de viento.
En las realizaciones, por ejemplo, un controlador de una turbina eolica, recibe multiples senales de sensores, que son indicativas del estado de la turbina eolica. Las multiples senales de sensores se analizan para determinar si se cumple una condicion de alarma espedfica tal como se ha predefinido en al menos uno de una pluralidad de diferentes escenarios de alarma predefinidos. Una condicion de alarma puede ser, por ejemplo, que una senal de sensor cumple con un valor predefinido, tal como una velocidad del viento que esta por encima de un lfmite predefinido. La senal de sensor, que es una velocidad del viento puede determinarse, por ejemplo, a partir de una senal del sensor de velocidad de viento o desde otras senales, a partir de las que puede deducirse una velocidad del viento, tales como la velocidad del rotor, o similares.
En el caso de que se cumpla una condicion de alarma espedfica, se procesan “reglas” predefinidas adicionales del escenario de alarma, para el que se cumple la condicion de alarma. Dichas reglas pueden comprender, por ejemplo, reglas en la forma de etapas de analisis predefinidas de acuerdo con las que ha de analizarse al menos una de las multiples senales de sensores. El analisis de la al menos una de las multiples senales de sensores se realiza de acuerdo con etapas de analisis tal como se predefinen en el escenario de alarma, para el que se cumple la condicion de alarma espedfica, para determinar si la turbina eolica ha de ser puesta en cualquiera de entre un modo seguro predefinido, un modo de detencion o un modo de operacion continuada.
Otras reglas, que se predefinen en el escenario de alarma, comprenden, por ejemplo, reglas para decidir en cual de los modos debena operarse adicionalmente la turbina eolica y/o reglas que definen el modo seguro en sf, por ejemplo en la forma de una estrategia de control de acuerdo con la que debena operarse la turbina eolica durante el
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modo seguro.
El modo seguro puede ser un modo en el que la turbina eolica se opera con produccion de potencia reducida, pero puede ser tambien un modo en el que, por ejemplo, se realicen etapas de analisis adicionales, tal como un analisis de fallo del sensor o similar y la operacion de la turbina eolica se continua con una potencia de salida plena. El modo seguro puede comprender tambien la realizacion de una operacion de enderezado de cables, realizacion de una operacion de refrigeracion, supervision de al menos una senal de sensor para detectar si se ha excedido un valor de umbral, etc.
El modo de detencion puede realizarse, por ejemplo, mediante el ajuste de las palas a una posicion en la que no generan empuje, mediante el ajuste de las palas a una posicion de perdida, y/o el accionamiento de un freno y/u orientando la gondola fuera del viento, etc.
En algunas realizaciones la decision de en que modo ha de operarse la turbina eolica (modo seguro, de detencion o de operacion continuada) se toma en un proceso en dos etapas. En una primera etapa se analiza si se cumple una condicion de alarma y en una segunda etapa se analiza adicionalmente el estado de la turbina eolica representado por las senales de sensores recibidas de acuerdo con etapas de analisis predefinidas en los escenarios de alarma respectivos. Mediante este analisis adicional es posible reaccionar de una forma flexible a estados de operacion de la turbina eolica, que pudieran ser cnticos en el sentido de que podnan producir danos. Mas aun, en algunas realizaciones, es posible operar la turbina eolica incluso en el modo de operacion normal sin reducir potencia, en casos en los que de acuerdo con las soluciones de la tecnica anterior la turbina eolica se detiene o se pone en un modo seguro. Mas aun, en algunas realizaciones es posible acometer cualquier caso de estado espedfico de la turbina eolica proporcionando la pluralidad de diferentes escenarios de alarma predefinidos, que podnan en principio conducir a danos y para prever un analisis espedfico y estrategia de modo seguro para dicho estado espedfico. De ese modo, en algunas realizaciones puede reducirse el numero de paradas de la turbina eolica durante la operacion, lo que puede conducir a una reduccion del tiempo de parada global y por ello a una maximizacion de la produccion de potencia.
En algunas realizaciones, una comparacion de una o mas senales de sensor, con un umbral solo se usa en la primera etapa para decidir si se cumple una condicion de alarma espedfica, tal como en el caso de la velocidad del viento mencionada anteriormente. En el analisis adicional de la segunda etapa, se analiza adicionalmente el estado de la turbina eolica mediante el analisis adicional de al menos uno de los multiples sensores. Por ejemplo, en el caso del ejemplo de velocidad del viento, pueden analizarse las cargas sobre las palas y la torre mediante el analisis de senales de sensores respectivos. Basandose en este analisis, es posible analizar adicionalmente el estado de la turbina eolica y deducir, por ejemplo, que clase de modo seguro puede seleccionarse para operar adicionalmente la turbina eolica y, por ejemplo, con que potencia de salida reducida es posible un modo de operacion seguro justificable con respecto a las cargas esperadas sobre la turbina eolica.
En algunas realizaciones, la al menos una de las multiples senales de sensores que se analizan en la etapa de analisis adicional es diferente de las multiples senales de sensores que conducen a la determinacion de que se cumple una condicion de alarma espedfica. Por ejemplo, en el caso de que una senal de velocidad del viento exceda un valor de umbral, se cumple la condicion de alarma del escenario de alarma de alta velocidad del viento. El escenario de alarma de alta velocidad del viento define senales de sensores adicionales, tales como senales de velocidad del rotor y senales de potencia de salida, con las que puede deducirse al menos una estimacion de la velocidad del viento.
En algunas realizaciones, las etapas de analisis comprenden la determinacion de un defecto del sensor. Por ejemplo, mediante la comparacion de la velocidad del viento medida directamente con la velocidad del viento estimada, tal como se ha explicado anteriormente, es posible determinar si el sensor de velocidad del viento es defectuoso o no. Tfpicamente, en las realizaciones, las turbinas eolicas tienen multiples sensores para la supervision de la operacion y el estado de la turbina eolica, tal como sensores para la medicion de la temperatura (ambiente, en la gondola, en el tren de accionamiento, del aceite hidraulico, etc.), velocidad del viento y direccion del viento, angulo de paso de palas, posicion de las palas, etc. Dado que las senales de sensor desde uno de los sensores pueden no ser fiables, por ejemplo en el caso de una avena del sensor, pueden analizarse multiples senales de sensores desde diferentes sensores para la determinacion de la avena en el sensor y/o para el analisis del (verdadero) estado de la turbina eolica.
Las etapas de analisis comprenden la simulacion de un estado teorico de la turbina eolica. Con referencia al ejemplo de la velocidad del viento, la simulacion del estado teorico de la turbina eolica puede basarse en senales de potencia de salida, senales de corriente del generador y senales de velocidad del rotor y modelar los parametros que caracterizan la turbina eolica. Mediante la simulacion de la turbina eolica, basandose en los parametros del modelo, y usando la potencia de salida, corriente del generador y senales de velocidad del rotor, es posible deducir un estado teorico de la turbina eolica y calcular la velocidad del viento que conducina a este estado de la turbina eolica.
El estado teorico simulado de la turbina eolica se usa para el control de la turbina eolica en el modo seguro. Por ejemplo, en el caso de que un sensor tenga una avena, puede simularse un estado teorico respectivo de la turbina
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eolica y basandose en esta simulacion puede generarse un valor, que podna en caso contrario deducirse de las senales de sensor del sensor defectuoso. Por ello, en algunas disposiciones es posible operar adicionalmente la turbina eolica en el modo seguro, por ejemplo sin reducir la salida de potencia mediante la sustitucion de las senales del sensor defectuosas con los valores o senales deducidos de la simulacion del estado teorico de la turbina eolica.
En algunas realizaciones, el valor deducido de la simulacion de un estado teorico de la turbina eolica se compara con una senal del sensor de la turbina eolica. La comparacion puede incluir, por ejemplo, un calculo de una desviacion entre la senal del sensor y el valor. En dichas realizaciones, la decision de poner la turbina eolica en el modo seguro puede basarse en la desviacion calculada entre la senal del sensor y el valor.
En algunas realizaciones, el modo seguro depende de un escenario de alarma predefinido. El modo seguro se predefine, por ejemplo, en el escenario de alarma o el escenario de alarma incluye reglas de acuerdo con las que puede generarse un modo seguro. Asf, en algunas realizaciones, para cada escenario de alarma puede predefinirse un modo seguro espedfico, de modo que puedan acometerse los varios diferentes estados operativos cnticos de la turbina eolica.
En algunas realizaciones, los escenarios de alarma predefinidos incluyen cada uno al menos una informacion de condicion de alarma espedfica que define, para un resultado de analisis de senales del sensor, que se cumple la condicion de alarma, informacion acerca de las etapas de analisis, informacion de en que caso ha de ponerse la turbina eolica en modo seguro, en modo de detencion o en modo de operacion continuada, e informacion acerca del modo seguro a ser realizado por la turbina eolica. Por ello, como se ha mencionado anteriormente, los escenarios de alarma pueden comprender una serie completa de reglas, de acuerdo con las que puede manejarse una pluralidad de diferentes situaciones cnticas, que pudieran ocurrir durante la operacion de la turbina eolica, sin tener que detener la turbina eolica.
En algunas realizaciones, los multiples escenarios de alarma predefinidos incluyen al menos uno de entre: alta temperatura ambiente de la turbina eolica, alta temperatura en el generador de la turbina eolica, alta temperatura en el tren de accionamiento de la turbina eolica, parada con alta velocidad del viento, error de desviacion en el paso de palas de la turbina eolica, error en todos los sensores de viento de la turbina eolica, error en la posicion del paso de palas de la turbina eolica, alta temperatura en un sistema hidraulico de la turbina eolica.
En algunas realizaciones, las multiples senales de sensores incluyen senales que son indicativas de al menos una de entre: velocidad del viento, direccion del viento, temperatura ambiente, temperatura del generador de la turbina eolica, temperatura del tren de accionamiento de la turbina eolica, temperatura del sistema hidraulico de la turbina eolica, posicion de palas, tension de red, numero de giros del cable, potencia de salida, temperatura de la gondola, error en el rele termico, cargas en la torre, vibraciones de la torre, velocidad del rotor, angulo de paso, cargas de las palas, capacidad de refrigeracion, presion de aceite, corriente del generador.
Las multiples senales del sensor o informacion deducida de las mismas pueden recibirse tambien desde otras turbinas eolicas, que estan, por ejemplo, adyacentes a la turbina eolica, que debena operarse. Por ello, en algunas realizaciones, la informacion acerca del estado operativo de al menos una turbina eolica vecina puede usarse para control u operacion de la turbina eolica en consideracion. Por ejemplo, las senales de sensores defectuosos, tales como senales de sensores de velocidad del viento, pueden sustituirse por las senales de sensores de velocidad del viento respectivas de la turbina eolica vecina que se supone son al menos similares a los defectuosos. En el caso de la velocidad del viento, se supone que la velocidad del viento medida en la turbina eolica vecina es similar a la velocidad del viento de la turbina eolica con el sensor defectuoso.
El termino “senal”, tal como se usa en el presente documento, puede ser una senal que sea, por ejemplo, producida directamente por un sensor o que pueda ser una senal que se base en una senal de sensor producida directamente por un sensor.
Mediante el uso de una pluralidad de escenarios de alarma diferentes predefinidos y multiples senales de sensor, es posible acometer muchas situaciones de alarma que pueden tener lugar durante la operacion de una turbina eolica y proporcionar para cada situacion de alarma predefinida estrategias de control o modo seguro que se definen en los escenarios de alarma respectivos. En algunas realizaciones, los escenarios de alarma pueden tener diferentes prioridades que dependen, por ejemplo, de la intensidad del dano que pudiera esperarse debido al aviso de defecto espedfico o, por ejemplo, si se incumplen requisitos que han de satisfacerse necesariamente, tal como un requisito de una red a la que se conecta la turbina eolica y que solo permite que la corriente suministrada al interior de la red tenga una cierta tension.
De acuerdo con un escenario de alarma espedfico, puede generarse una senal de alarma espedfica. La senal de alarma puede transferirse, por ejemplo, a un control remoto que indique al personal que esta presente una situacion de alarma respectiva y, por ejemplo, que ha de hacerse mantenimiento de la turbina eolica.
Algunas realizaciones se refieren a una turbina eolica que esta adaptada para realizar el (los) metodo(s) anteriormente descrito(s). La turbina eolica comprende partes tfpicas, tales como una torre, una gondola, un rotor
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con al menos una pala, un control para el control de la operacion de una turbina eolica. El control incluye una memoria para almacenamiento de multiples escenarios de alarma predefinidos; y se conecta a multiples sensores (que pueden ser parte de dicha turbina eolica y/o incluso otras turbinas eolicas) y que se disponen para producir senales de sensores que son indicativas de un estado operativo de la turbina eolica (o de otras turbinas eolicas). El control analiza las multiples senales de sensores para determinar si se cumple una condicion de alarma espedfica tal como se ha predefinido en uno de la pluralidad de diferentes escenarios de alarma predefinidos. El control analiza adicionalmente al menos una de las multiples senales de sensores de acuerdo con las etapas de analisis, tal como se predefine en el escenario de alarma para el que se cumple la condicion de alarma espedfica, para determinar si la turbina eolica ha de ser puesta en cualquiera de entre un modo seguro predefinido, un modo de detencion o un modo de operacion continuado como se ha explicado anteriormente.
En algunas realizaciones, los multiples sensores incluyen al menos uno de entre: sensor de velocidad del viento, sensor de temperatura de la gondola, sensor de posicion de palas, sensor de vibracion de la torre, sensor de temperatura del aceite hidraulico, sensor de temperatura ambiente, sensor de temperatura del generador, sensor de velocidad del rotor, sensor de direccion del viento, sensor de tension del generador, sensor de giros del cable, sensor de temperatura del tren de accionamiento, cargas sobre el sensor de la torre, sensor de capacidad de refrigeracion, sensor de presion de aceite, sensor de corriente del generador u otros sensores que son conocidos por el experto en la materia y que se usan para la supervision y medicion del estado de una turbina eolica.
En algunas realizaciones, la turbina eolica retrocede a un modo de operacion seguro, cuando es aplicable y necesario, en lugar de pararse cuando tiene lugar un defecto y a continuacion permanece en este modo seguro hasta que por ejemplo, se ha clarificado la razon de este error. Despues de la clarificacion, vuelve, por ejemplo, a la operacion normal. Naturalmente, las avenas cnticas que pudieran conducir a danos graves dan como resultado una detencion de la turbina eolica, en algunas realizaciones. En algunas realizaciones, la turbina eolica usa una estrategia de control, durante el modo seguro.
Volviendo a la Fig. 1, se muestra en ella un ejemplo de una estrategia de control realizada durante una operacion de modo seguro con finalidades de ilustracion. Una variable de proceso de una turbina eolica 19 (Fig. 3), tal como una senal de velocidad del viento, vana con el tiempo y la curva resultante se indica con 1. Existen dos umbrales para la variable de proceso. Un primer umbral 2 en el que se genera una alarma y un segundo umbral 3 en el que se para la turbina. Como puede verse por la Fig. 1, la variable del proceso incrementa su valor con el tiempo. La variable del proceso se analiza y en un punto 4 se cumple una condicion de alarma espedfica de un escenario de alarma 30 espedfico (Fig. 5). Se realiza en 5 un analisis adicional o diagnostico de las senales del sensor. El analisis del sensor se define en 4 en un escenario de alarma espedfico para el que se ha cumplido la condicion de alarma espedfica. Basandose en el analisis de las senales del sensor, tal como se define en las etapas de analisis del escenario de alarma 30, se selecciona en 6 una estrategia de control y la turbina eolica 19 se pone en un modo de operacion seguro en 6.
En el punto 6 la curva 1 muestra dos distribuciones diferentes. La distribucion de lmea discontinua 10 muestra el desarrollo adicional de la variable del proceso bajo el control de tolerancia a defectos definido en el escenario de alarma. La estrategia de control durante el modo seguro permite operar adicionalmente la turbina eolica, por ejemplo, con una produccion de potencia reducida, de modo que una variable de proceso defectuosa permanezca bajo el primer y segundo umbral 2, 3.
La distribucion de lmea continua de la curva 1 despues del punto de decision 6 muestra como variana la variable del proceso en el caso de que la turbina eolica no se pusiera en el modo seguro. En este caso, la variable del proceso excedena el umbral 2 en 9 en el que se genera una alarma y tambien el segundo umbral 3 en 11 en el que la turbina se detendna, tal como se hace, por ejemplo, de acuerdo con la tecnica anterior.
Volviendo a las Figs. 2 y 3, se ilustra en ellas una realizacion de un metodo para la operacion de una turbina eolica
19 (Fig. 3), como se describe como ejemplo en conexion con la Fig. 1 anterior. El metodo se realiza, por ejemplo, mediante un control 24 de la turbina eolica 19. La turbina eolica 19 tiene una torre 23 sobre la que se monta una gondola 22. La gondola 22 puede girarse alrededor de su eje vertical. Mas aun, se coloca un rotor 21 con tres palas
20 en la gondola 22, impulsando un tren de accionamiento, un engranaje y un generador para la generacion de corriente (no mostrado), tal como es conocido para un experto en la materia.
El control 24 se situa en la gondola 22 y recibe senales de sensor desde multiples sensores. En realizaciones alternativas, el control 24 puede localizarse en la torre o fuera de la turbina eolica 19.
De modo ejemplar, en la Fig. 3 se muestran un sensor de velocidad del viento 25a, un sensor de temperatura de la gondola 25b, un sensor de posicion de palas 25c y un sensor de vibracion de la torre 25d, que proporcionan senales de sensores al control 24. Tfpicamente, como tambien se ha mencionado anteriormente, se localizan muchos mas sensores en la turbina eolica 19 para supervisar y medir el estado de una turbina eolica.
Para la operacion de la turbina eolica 19, el control 24 realiza el metodo tal como se ha ilustrado en la Fig. 2. En 12, se inicia el metodo y el control 24 recibe multiples senales de sensor, por ejemplo desde los sensores 25a-d, que
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son indicativas del estado de la turbina eolica. Dado que el control 24 conoce tambien donde esta localizado un sensor respectivo desde el que recibe senales de sensor respectivas, el control 24 tiene una informacion de localizacion y una informacion ffsica acerca de la turbina eolica 19, cuando recibe una senal de sensor espedfica, tal como la temperatura en la gondola 22 desde el sensor de temperature de gondola 25b, una velocidad del viento actual en la parte superior de la gondola 22 desde el sensor de velocidad del viento 25a, una posicion de la pala para una pala espedfica 20 desde el sensor de posicion de la pala 25c y senales indicativas de vibraciones de la torre desde el sensor de vibracion de la torre 25d.
El control 24, vease tambien la Fig. 4, recibe las multiples senales de sensores, tal como se entregan desde los sensores 25a-d, a traves de una lrnea de entrada 28. En 14, el control 24 analiza las senales de sensores recibidas y determina si se cumple una condicion de alarma espedfica, tal como se ha predefinido en uno de una pluralidad de escenarios de alarma predefinidos.
Las senales de sensores pueden recibirse desde un sensor o multiples sensores, tal como una matriz de sensores, o un grupo de sensores, que proporcionan senales que son indicativas de una caractenstica espedfica del estado de la turbina eolica, tal como una temperatura en una localizacion espedfica (gondola, ambiente, aceite hidraulico), una velocidad/direccion del viento, vibraciones de la torre, posicion de la pala, posicion de la gondola, etc.
Los escenarios de alarma predefinidos se almacenan en una memoria 26 del control 24. Un escenario de alarma 30 de ejemplo se representa en la Fig. 5. El escenario de alarma 30 incluye informacion, que puede formatearse, por ejemplo en campos de datos 31 a 35.
Tfpicamente, un escenario de alarma incluye informacion 31 acerca del tipo para el que se proporciona la situacion cntica del escenario de alarma, tal como un escenario de alarma de alta velocidad de viento, escenario de alarma de alta temperatura en el generador, etc. Mas aun, cada escenario de alarma espedfico 30 tiene una informacion de condicion de alarma 32 espedfica, que predefine que condiciones deben satisfacerse por las senales de sensor analizadas de modo que sea relevante el escenario de alarma espedfico. Cada escenario de alarma espedfico 30 tiene una informacion de la etapa de analisis 33, que predefine que etapas de analisis han de realizarse y de acuerdo con las que las senales de sensores recibidas se analizan adicionalmente. Cada escenario de alarma espedfico 30 tiene tambien informacion 34 de en que caso la turbina eolica debe ponerse en el modo seguro, modo de detencion o en modo de operacion continua. Adicionalmente, el escenario de alarma 30 tiene informacion 35 acerca del modo seguro a ser realizado por la turbina eolica, tal como informacion de estrategia de control (informacion de control de defectos), informacion acerca de la reduccion de potencia, etc. A continuacion, se describen con mas detalle diez escenarios de alarma predefinidos de ejemplo.
Por ello, cuando se analizan las multiples senales de sensores recibidas, el control 24 pasa a traves de los escenarios de alarma 30 almacenados en la memoria 26 y determina si se cumple una condicion de alarma espedfica, por ejemplo, mediante la comparacion de senales de sensor desde un sensor o desde un grupo de sensores con un umbral predefinido, tal como un umbral de velocidad del viento, definido en una condicion de alarma espedfica 32 respectiva.
En caso de que se cumpla una condicion de alarma espedfica 32, el control 24 selecciona y procesa adicionalmente el escenario de alarma respectivo 30, para el que se cumple la condicion de alarma 32.
En 15, el control 24 analiza adicionalmente al menos una de las senales de sensores recibidas de acuerdo con la informacion de etapas de analisis 33, tal como se ha definido en el escenario de alarma actualmente en proceso. La informacion de etapas de analisis 33 define, por ejemplo, que senales de sensor debenan analizarse, da reglas para la simulacion de un estado teorico de la turbina eolica, define un analisis de sensor defectuoso, etc., tal como se ha descrito anteriormente.
El analisis de sensor defectuoso puede realizarse, por ejemplo, comparando las senales del sensor desde un sensor a ser comprobado, con otras senales de sensor o con un valor calculado, que se base en una simulacion teorica del estado de la turbina eolica 19 y/o un valor deducido de otras senales de sensores, que sean diferentes de las senales de sensores usadas para la decision de que se cumple la condicion de alarma espedfica.
Por ello, el control 24 compara en algunas realizaciones senales de sensores que son directamente indicativas de una caractenstica de la turbina eolica 19, con senales, que son indirectamente indicativas de una caractenstica de la turbina eolica, tal como la produccion de potencia, velocidad del rotor o similares, o que se simulan.
Mas aun, en algunas realizaciones, el control 24 analiza, basandose en la informacion de etapas de analisis 33, senales de sensores que son indicativas de una primera caractenstica del estado operativo de la turbina eolica 19, tal como la velocidad del viento y/o que cumplen la condicion de alarma, y senales de sensores que son indicativas de una segunda caractenstica del estado operativo de la turbina eolica 19, tal como cargas en la torre 23, para obtener mas informacion acerca del estado de la turbina eolica 19.
Despues de que el control 24 haya analizado las senales de sensores de acuerdo con la informacion de etapas de
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analisis 33, decide en 16, basandose en el resultado del analisis, si la turbina eolica 19 debena ponerse en un modo seguro, si puede continuarse la operacion normal o si la turbina eolica 19 debena detenerse. Las reglas de en que caso la turbina eolica 19 debe ponerse en el modo seguro se definen en el campo de informacion 34 del escenario de alarma 30. Tambien el tipo de modo seguro, que incluye como debena operarse la turbina eolica, si se supervisan senales de sensores adicionales, que estrategia de control debena realizarse pueden definirse en la informacion 35 acerca del modo seguro a ser realizado por la turbina eolica 19.
El control 24 produce la salida de una senal de control a traves de una lmea 29 de acuerdo con la decision tomada en 16, de modo que la turbina eolica 19 se pone en cualquiera de un modo seguro, un modo de operacion normal o un modo de detencion.
La senal de control incluye informacion del modo de control adicional, por ejemplo acerca del modo seguro, haciendo que la turbina eolica 19 se opere con salida de potencia reducida, etc. La cantidad de reduccion en la salida de potencia puede definirse tambien en el escenario de alarma 30, por ejemplo en el campo 35, o se determina, por ejemplo, basandose en mediciones de carga y/o calculos/simulaciones, que se esperan en un escenario de alarma espedfico con un modo seguro espedfico.
El control 24 tambien puede producir una senal de alarma traves de la lmea 29, que es indicativa, por ejemplo, de un escenario de alarmas espedfico 30 que esta actualmente en proceso. Mas aun, la senal de alarma u otra senal, que es producida por el control 24, puede incluir informacion de servicio, informacion de defectos de sensores u otra informacion deducida cuando se procesa un escenario de alarma espedfico 30.
La informacion de servicio puede usarse para decidir si y/o cuando la turbina eolica ha de mantenerse. De ese modo, pueden disminuirse los costes de servicio en algunas realizaciones. Mas aun, el control 24 puede producir una senal residual que indica, por ejemplo, una desviacion de las senales del sensor medidas y senales de otros sensores y/o que se basan en una simulacion de la turbina eolica. La senal residual puede usarse tambien para investigacion y desarrollo.
Las senales producidas por el control 24 pueden transferirse tambien, por ejemplo, a un control remoto para analisis adicional del estado de la turbina eolica, para ser usada en proyectos de investigacion, por problemas de servicio, etc.
El control 24 continua generalmente la operacion segun se indica en 18 despues de que se haya realizado un escenario de alarma predefinido; en caso contrario, la operacion finaliza en 17.
En lo que sigue, se describen con mas detalle ocho escenarios de alarma espedficos, que se usan al menos en algunas realizaciones.
Escenario de alarma de alta temperatura ambiente
Este escenario de alarma se activa en el caso de que se detecte una senal de sensor de alta temperatura ambiente resultante de una medicion de la temperatura ambiente.
La finalidad del escenario de alarma de alta temperatura ambiente es disminuir el numero de paradas de la turbina eolica cuando la temperatura ambiente excede un cierto lfmite de temperatura.
Para analizar el estado de la turbina eolica se comprueban la temperatura ambiente, la temperatura de la gondola y la produccion de potencia mediante el analisis de senales respectivas de sensores que representan la temperatura ambiente, la temperatura de la gondola y la produccion de potencia.
Las diferentes mediciones de sensores y las senales respectivas de sensores se usan para fusion de sensores y se genera una estimacion de la temperatura del generador. Basandose en este analisis se decide si esta presente un defecto en el sensor y se genera una senal de salida respectiva, que indica si esta presente un defecto del sensor o que la temperatura ambiente esta realmente incrementandose.
En el caso de que este presente un defecto del sensor o que la temperatura ambiente este incrementandose realmente, la turbina eolica se pone en modo de operacion seguro en el que se reduce la produccion de potencia. El modo seguro es valido hasta que la temperatura ambiente disminuye a un valor permisible. En este caso, la turbina eolica se conmuta de vuelta a un modo de operacion normal con produccion de potencia normal. En el caso de que la temperatura aun se incremente, se para la turbina eolica.
En algunas realizaciones, se excede el intervalo de temperatura de los componentes, lo que puede dar como resultado la reduccion del rendimiento y perdida de funcionalidades. Mas aun, en algunas realizaciones se registra la temperatura ambiente. La informacion de temperatura puede usarse, por ejemplo, para analisis de la carga de temperatura sobre los componentes de la turbina eolica, tales como el generador, etc.
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De acuerdo con el escenario de alarma de alta temperatura ambiente, se produce la salida de una senal de alarma e informacion del modo de control. La informacion de control se usa para reducir la produccion de potencia de la turbina eolica.
Escenario de alarma de alta temperatura en el generador
La finalidad del escenario de alarma de alta temperatura en el generador es disminuir el numero de paradas de la turbina eolica cuando se incrementa la temperatura del generador por encima de un valor de umbral dado.
El escenario de alarma de alta temperatura en el generador se activa, por ejemplo, en el caso de que la temperatura del generador medida exceda un cierto umbral.
Se usan senales de sensores de entrada: senales de error del rele termico, senales de temperatura del generador, senales de potencia, senales de temperatura de la gondola y senales de temperatura ambiente. En algunas realizaciones, por ejemplo, tambien puede usarse al menos una de entre las senales de corriente del generador, senales de capacidad de refrigeracion o similares ademas de o en un lugar de al menos una de las senales de sensores de entrada anteriormente mencionadas.
Se analizan las senales de sensores que indican la temperatura ambiente, la temperatura de la gondola, la temperatura del generador y la produccion de potencia y se combinan las diferentes mediciones de sensores para realizar una fusion de sensores y para de ese modo obtener una estimacion de la temperatura de generador “real”. En otras realizaciones, solo se analizan algunas de estas senales de sensores y/o se analizan senales de sensores adicionales, tal como se ha mencionado anteriormente.
Basandose en el resultado del analisis, puede generarse una senal de control, que indica o bien un defecto del sensor o bien un incremento real en la temperatura del generador.
En algunas realizaciones, la turbina eolica se pone en un modo seguro en el que se reduce la potencia en el caso de un incremento real en la temperatura del generador, basandose en una evaluacion del punto de trabajo de la turbina eolica. Para esta evaluacion, puede usarse una curva de potencia-corriente del generador.
Mas aun, es posible poner la turbina eolica en un modo seguro en el que la produccion de potencia se reduce para disminuir la temperatura de los componentes de potencia.
La temperatura del generador se supervisa adicionalmente durante la operacion en modo seguro y en el caso de que aun se incremente la temperatura del generador se para la turbina eolica.
En algunas realizaciones, ha de supervisarse el generador, dado que la operacion del generador a altas temperaturas podna provocar danos en el generador y, mas aun, podna reducirse la vida util del aislamiento.
De acuerdo con el escenario de alarma de alta temperatura en el generador se produce la salida de una senal de alarma e informacion del modo de control que incluye informacion acerca de la potencia disminuida.
Escenario de alarma de alta temperatura en el tren de accionamiento
La finalidad del escenario de alarma de alta temperatura en el tren de accionamiento es disminuir el numero de paradas de la turbina eolica en el caso de que se incremente la temperatura del tren de accionamiento por encima de un cierto valor de umbral.
Como senales de entrada se usan: senales de error del rele termico, senales de temperatura del generador, senales de potencia, senales de temperatura de la gondola y senales de temperatura ambiente. En otras realizaciones, por ejemplo tambien se usa al menos una de entre senales de temperatura de cojinetes, senales de velocidad del rotor y senales de capacidad de refrigeracion o similares ademas de o en lugar de al menos una de estas senales de entrada.
Las senales de temperatura ambiente y temperatura de la gondola se usan para analizar la situacion de la temperatura. Mas aun, se comprueba el ensuciamiento del refrigerador de aceite y si el refrigerador de aceite esta fijado para funcionamiento automatico o si esta desconectado. Se analizan diferentes senales de medicion de sensores y se realiza la fusion de sensores para obtener una estimacion de la temperatura del tren de accionamiento. En otras realizaciones, solo se analizan algunas de estas senales de sensores y/o se analizan senales de sensores adicionales, tal como se ha mencionado anteriormente.
Se genera una senal de control que lleva informacion de defectos, que puede usarse para indicar un defecto del sensor o un incremento real en la temperatura del tren de accionamiento.
Dependiendo del resultado del analisis, la turbina eolica se pone en un modo seguro, en el que se usan las
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siguientes estrategias de control:
Cuando la temperatura de la gondola es baja, por ejemplo < 10 °C, se controlan los ventiladores de refrigeracion, por ejemplo se arrancan.
En el caso de que la temperatura de la gondola sea alta, por ejemplo > 30 °C, y/o se detecten enfriadores sucios, la potencia de salida y la velocidad del tren de accionamiento se reducen y se selecciona una estrategia de pausa, que se basa, por ejemplo, en el tiempo de operacion dentro del que no se esperan danos (graves).
Si la temperatura del tren de accionamiento aun se incrementa, se para la turbina eolica.
En algunas realizaciones, la operacion de la turbina eolica puede continuarse en una escala a corto plazo, tal como en 10-30 minutos, sin ningun dano en el tren de accionamiento. Sin embargo, en algunas realizaciones, se espera oxidacion en una escala a largo plazo para el aceite de engranajes, un espesor de la pelfcula de aceite reducido, incremento del desgaste y reduccion del tiempo de vida util por fatiga. Estos efectos pueden tenerse en cuenta, por ejemplo, en una planificacion de mantenimiento.
En algunas realizaciones, se realiza adicionalmente una medicion de la temperatura en el sistema de aceite de retorno y se tiene en cuenta la senal respectiva de sensores cuando se analiza el estado operativo de la turbina eolica.
De acuerdo con el escenario de alarma de alta temperatura en el tren de accionamiento se produce la salida de una senal de alarma e informacion del modo de control que incluye informacion acerca de la potencia de salida disminuida.
Escenario de alarma de alta velocidad del viento
La finalidad del escenario de alarma de alta velocidad del viento es disminuir el numero de paradas de la turbina eolica cuando la velocidad del viento esta por encima de un umbral cntico, tambien llamada velocidad del viento de corte.
Como senales de entrada se usan: senales de velocidad del viento, mediciones (estimaciones) de carga con relacion a la torre, senales de vibracion de la torre, senales de potencia de salida y senales de velocidad del rotor. En otras realizaciones, por ejemplo, se usan tambien al menos una de las senales de carga de palas, senales de angulo de paso, y densidad del aire ambiente o similares ademas de o en lugar de al menos una de estas senales de entrada.
Durante el analisis del estado de la turbina eolica se comprueban las mediciones de la velocidad del viento. En algunas realizaciones se usa un estimador del viento para verificar que no hay defecto en la medicion del viento. En otras realizaciones, se analizan algunas de estas senales de sensores y/o se analizan senales de sensores adicionales, tal como se ha mencionado anteriormente.
Durante el modo seguro, se comprueba el nivel de carga de la turbina eolica y las vibraciones de la torre para supervisar la estrategia de operacion.
En el modo seguro, se usan las siguientes estrategias de control:
Se analizan la velocidad del viento y las cargas. Para cada subsistema que esta afectado por altas velocidades del viento se analiza si es permisible una operacion en modo seguro.
En el caso de que se permita para los subsistemas una operacion en modo seguro, la produccion de potencia se disminuye, por ejemplo hasta un valor por debajo del 50 %, y los giros por minuto del rotor se reducen en etapas en funcion de la medicion de la velocidad del viento y/o la salida del resultado de velocidad del viento por parte del estimador de velocidad del viento.
En algunas realizaciones, este modo seguro permite la operacion continuada de la turbina eolica a velocidades del viento por encima de 25 m/s mediante la disminucion de la potencia de salida y/o los giros por minuto del rotor en consecuencia. La disminucion de la potencia de salida puede realizarse continuamente y/o en saltos discretos.
En algunas realizaciones, se supervisan las cargas sobre la torre y las vibraciones de la torre, para parar la turbina eolica en el caso de que se excedan los valores de umbral permisibles. Esta supervision es util en algunas realizaciones para deteccion de cargas de fatiga extremas y grandes, especialmente en operaciones de inclinacion, guinada y agitacion.
En algunas realizaciones, se usan sensores/estimadores de carga adicionales y/o acelerometros en la torre, las palas del rotor, tren de accionamiento etc., y se tienen en cuenta las senales de los sensores para analisis del estado operativo de la turbina eolica.
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De acuerdo con el escenario de alarma de alta velocidad del viento se produce la salida de una senal de alarma e informacion del modo de control que incluye informacion acerca de la produccion de potencia disminuida.
Escenario de alarma de error de desviacion del paso
La finalidad del escenario de alarma de error en la desviacion del paso es disminuir el numero de paradas de la turbina eolica cuando hay una desviacion detectada en el sistema de paso.
Se usan las senales de medicion del angulo de paso como senales de entrada.
Para analisis del estado operativo, se realiza una secuencia de comprobacion del sistema tanto de sensores del angulo de paso como de accionadores del paso, es decir una comprobacion de la funcionalidad de los sensores. Se comprueba, por ejemplo, si esta funcionado una valvula proporcional del sistema hidraulico y los sensores de posicion. Si estan funcionando apropiadamente, la turbina eolica se conmuta al modo seguro.
En el modo seguro pueden usarse las siguientes estrategias de control en algunas realizaciones:
Se controla el angulo de paso, basandose en las cargas, por ejemplo de las palas, y no en errores de posicion. Por ello, se controlan para cada pala las cargas de inclinacion y guinada y de ese modo se corrige el angulo de paso.
Se realiza una estimacion de la carga para ajustar los lfmites de alarma, es decir, valores de umbral para el angulo de paso en el que se usa el escenario de alarma.
Mas aun, en algunas realizaciones, se usa una estrategia que predice tasas de paso alto esperadas en el futuro, es decir, durante la operacion en modo seguro.
Adicionalmente, en algunas realizaciones se utiliza un controlador alrededor del punto de trabajo de la turbina eolica y las desviaciones de paso respectivas.
En algunas realizaciones, las consecuencias de la operacion continua en funcion del tiempo podnan ser cargas incrementadas, en una escala a corto plazo podna tener lugar un incremento de las cargas extremas y en una escala a largo plazo podna tener lugar un incremento de las cargas de fatiga. Estos problemas pueden acometerse, por ejemplo, mediante una planificacion de mantenimiento respectiva.
En algunas realizaciones, se usa un robusto sistema de sensores de carga que es fiable y preciso para reducir el riesgo de errores de desviacion del paso y situaciones de sobrevelocidad asf como para reducir los desequilibrios aerodinamicos que podnan conducir a operaciones de inclinacion y guinada extremas.
De acuerdo con el escenario de alarma de error en la desviacion del paso se produce la salida de una senal de alarma e informacion del modo de control que incluye referencias de paso.
Escenario de alarma de error en todos los sensores de viento
La finalidad del escenario de alarma de error en todos los sensores de viento es disminuir el numero de paradas de la turbina eolica cuando hay un error en todos los sensores de viento.
Como senales de entrada se usan: senales de velocidad del viento, senales de direccion del viento, senales de estimacion del viento, senales de velocidad del generador, senales de velocidad del rotor y senales de potencia de salida. En otras realizaciones, por ejemplo, tambien se usa al menos una de entre senales de carga de palas, senales de angulo de paso y senales de densidad del aire ambiente o similares ademas de o en lugar de al menos una de estas senales de entrada.
Durante la operacion del analisis del estado, se lleva a cabo una secuencia de comprobacion del sistema sobre los sensores de viento, es decir velocidad del viento y sensores de direccion del viento. En otra realizacion, solo se analizan algunas de estas senales de sensores y/o se analizan senales de sensores adicionales, tal como se ha mencionado anteriormente.
En el caso de que se detecten errores en los sensores de viento, la turbina eolica se conmuta al modo de seguro.
En algunas realizaciones, durante el modo seguro se realizan las siguientes estrategias de control:
Para determinar la velocidad del viento se usa un estimador del viento. Adicionalmente, pueden usarse mediciones de carga para evaluar errores de guinada cnticos y velocidades de viento cnticas.
Mas aun, en algunas realizaciones se usan tecnologfas alternativas de medicion de viento, por ejemplo un anemometro de copa (por ejemplo, una veleta) y un sensor ultrasonico. Estos sensores de viento se soportan entre
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s^ durante el funcionamiento, dado que uno de los sensores podna tener un mejor rendimiento en una condicion de operacion espedfica que el otro. Por ejemplo, el sensor ultrasonico es capaz de reaccionar mas rapido con condiciones de viento cambiantes que un anemometro. Mas aun, el sensor ultrasonico no es sensible a la formacion de hielo como un anemometro de copa.
En el caso de que la turbina eolica se localice proxima a otra turbina eolica, como es el caso en un parque eolico, puede hacerse uso de mediciones de sensores de viento de otra turbina eolica, que este, por ejemplo, en la vecindad. En dichas realizaciones, las turbinas eolicas pueden comunicarse entre sf, por ejemplo directa o indirectamente sobre un control central (del parque eolico).
En algunas realizaciones, podnan tener lugar situaciones de alta velocidad del viento y errores de guinada extremos y en tales casos la turbina eolica puede pararse.
Mas aun, una curva de salida de velocidad de rotor de potencia predefinida puede estar fuera de un intervalo de operacion normal y, por ello, en algunas realizaciones, la curva de salida de velocidad de rotor de potencia se utiliza tambien para la operacion en modo seguro de acuerdo con el escenario de alarma de error en todos los sensores de viento.
De acuerdo con el escenario de alarma de error en todos los sensores de viento se produce una senal de alarma e informacion del modo de control incluyendo la estimacion del viento.
Escenario de alarma de error en la posicion del paso
La finalidad del escenario de alarma de error en la posicion del paso de palas es disminuir el numero de paradas de la turbina eolica cuando es defectuosa la medicion de la posicion del paso.
Las senales de medicion del angulo de paso se usan como senales del sensor de entrada.
Durante el analisis del estado de la turbina eolica se realiza una secuencia de comprobaciones sobre la funcion del sensor de posicion del paso.
En el caso de que el sensor de posicion del paso sea defectuoso, la turbina eolica se pone en un modo seguro, por ejemplo con una produccion de potencia disminuida. En el caso de que el (los) sensor(es) de posicion del paso este(n) funcionando, la turbina eolica se pone en un modo seguro. En este caso, se usan las siguientes estrategias de control en el modo seguro:
En algunas realizaciones, las diferentes senales de medicion del sensor de posicion del paso y otras senales de sensores, tales como senales del sensor del angulo de paso, se integran y se realiza una fusion de sensores para obtener una estimacion de la posicion de paso real.
En algunas realizaciones, una consecuencia de la operacion continuada en funcion del tiempo con el error de posicion del paso podna consistir en elevadas cargas en la turbina eolica, que se tienen en cuenta, por ejemplo, cuando se realiza el mantenimiento de la turbina eolica.
De acuerdo con el escenario de alarma de error en la posicion del paso se produce una senal de alarma e informacion del modo de control incluyendo informacion del angulo de paso.
Escenario de alarma de alta temperatura en el sistema hidraulico
La finalidad del escenario de alarma de alta temperatura en el sistema hidraulico es disminuir el numero de paradas de la turbina cuando la temperatura del sistema hidraulico se incrementa por encima de un valor de umbral predefinido. El sistema hidraulico de la turbina eolica se usa tfpicamente para el control de paso de las palas.
Como senales de entrada se usan: senales de temperatura hidraulica, senales de temperatura de la gondola y senales de temperatura ambiente. En otras realizaciones, por ejemplo, tambien se usa al menos una de entre senales de actividad del paso, senales de presion del aceite hidraulico y senales de capacidad de refrigeracion o similares ademas de o en lugar de al menos una de estas senales de entrada.
Para analizar el estado de la turbina eolica, se realiza una secuencia de comprobaciones del sistema. La turbina eolica puede ponerse en un modo seguro cuando el control de paso esta funcionando sobre valores estimados o puede funcionar con una estrategia de control de paso disminuida. Los valores estimados pueden comprender, por ejemplo, una estimacion de la temperatura del sistema hidraulico. En algunas realizaciones, la estimacion de la temperatura del sistema hidraulico tiene en cuenta variaciones de paso y la presion del aceite hidraulico. Por ejemplo, en casos de frecuentes variaciones del paso y elevadas presiones del aceite hidraulico se espera una temperatura del sistema hidraulico mas alta que en casos de raras variaciones del paso y presion de aceite hidraulico normal. Por ello, a partir de la frecuencia de las variaciones del paso y de la presion del aceite hidraulico,
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por ejemplo en combinacion con al menos uno de los valores de temperatura anteriormente mencionados (temperatura hidraulica, de gondola y ambiente) puede deducirse una estimacion de la temperatura del sistema hidraulico. En otras realizaciones, solo se analizan algunas de estas senales de sensores y/o se analizan senales de sensores adicionales, tal como se ha mencionado anteriormente.
Si se detecta que la frecuencia de variacion del paso es baja y que la presion del aceite hidraulico esta en un intervalo normal, se supone un defecto del sensor de temperatura hidraulica en algunas realizaciones y el control de paso se opera adicionalmente de modo normal. En el caso de que la presion del aceite hidraulico sea baja y la variacion del paso frecuente, el control de paso puede reducir la frecuencia de variacion del paso para reducir la temperatura hidraulica y para evitar la parada de la turbina eolica.
En otras realizaciones, se supervisa la temperatura hidraulica estimada y la turbina eolica se para solamente cuando la temperatura hidraulica estimada es mayor que un segundo valor de umbral.
En algunas realizaciones, una consecuencia de la operacion continuada en funcion del tiempo de acuerdo con el escenario de alarma de alta temperatura en el sistema hidraulico podna ser la destruccion del aceite. Por ello, en algunas realizaciones, se tiene en cuenta el aceite hidraulico cuando se realiza el mantenimiento de la turbina eolica.
De acuerdo con el escenario de alarma de alta temperatura en el sistema hidraulico se produce una senal de alarma e informacion del modo de control que incluye informacion acerca de la temperatura del aceite hidraulico.
Como es evidente para los expertos en la materia, los escenarios de alarma anteriores son solo de ejemplo y pueden usarse tambien otros escenarios de alarma dentro del alcance de la presente invencion tal como se expone en las reivindicaciones.

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de operacion de una turbina eolica (19), que comprende las etapas de:
    recibir (13) multiples senales de sensores que son indicativas del estado de la turbina eolica;
    analizar (14) las multiples senales de sensores para determinar si se cumple una condicion de alarma espedfica,
    tal como se predefine en uno de una pluralidad de escenarios de alarma predefinidos (30) diferentes;
    analizar adicionalmente (15) al menos una de las multiples senales de sensores de acuerdo con etapas de
    analisis, tal como se predefine en el escenario de alarma (30) para el que se cumple la condicion de alarma
    espedfica, para determinar (16) si la turbina eolica (19) ha de ponerse en cualquiera de entre un modo seguro
    predefinido, un modo de detencion o un modo de un operacion continuada;
    en el que las etapas de analisis comprenden la simulacion de un estado teorico de la turbina eolica (19), comprendiendo adicionalmente el metodo la etapa de
    controlar la turbina eolica (19) en el modo seguro, basandose en el estado teorico simulado de la turbina eolica (19), en el que el modo seguro hace que la turbina eolica (19) se opere con una salida de potencia reducida.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la al menos una de las multiples senales de sensores que se analizan en la etapa de analisis adicional (15) es diferente de las senales de sensores anteriores para las que se determina que se cumple la condicion de alarma espedfica.
  3. 3. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las etapas de analisis comprenden la determinacion de un defecto del sensor.
  4. 4. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el modo seguro depende del escenario de alarma predefinido.
  5. 5. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los escenarios de alarma predefinidos (30) incluyen cada uno al menos informacion de la condicion de alarma espedfica (31) que define para un resultado del analisis de senales del sensor que se cumple la condicion de alarma, informacion (32) acerca de las etapas de analisis, informacion (33) de en que casos la turbina eolica ha de ponerse en el modo seguro, modo de detencion o modo de operacion continuada, e informacion (34) acerca del modo seguro a ser realizado por la turbina eolica (19).
  6. 6. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los multiples escenarios de alarma predefinidos (30) incluyen al menos uno de entre: escenario de alarma de alta temperatura ambiente de la turbina eolica, alta temperatura del generador de la turbina eolica, alta temperatura del tren de accionamiento de la turbina eolica, parada con alta velocidad del viento, error de desviacion del paso de palas de la turbina eolica, error en todos los sensores de viento de la turbina eolica, error de posicion del paso de palas de la turbina eolica, alta temperatura en el sistema hidraulico de la turbina eolica.
  7. 7. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las multiples senales de sensores
    incluyen senales de sensores que son indicativas de al menos una de entre: velocidad del viento, direccion del
    viento, temperatura ambiente, temperatura del generador de la turbina eolica, temperatura del tren de accionamiento de la turbina eolica, temperatura del sistema hidraulico de la turbina eolica, posicion de palas, tension de red, numero de giros del cable, potencia de salida, temperatura de la gondola, error del rele termico, cargas en la torre,
    vibraciones en la torre, velocidad del rotor, angulo de paso, cargas en las palas, capacidad de refrigeracion, presion
    de aceite, corriente del generador.
  8. 8. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el modo seguro comprende al menos uno de entre: operacion de la turbina eolica con salida de potencia reducida, realizacion de un analisis de defecto del sensor, realizacion de una operacion de enderezado del cable, realizacion de una operacion de refrigeracion, supervision de al menos una senal de sensor para la deteccion de si se excede un valor de umbral.
  9. 9. El metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se genera una senal de alarma espedfica que indica el escenario de alarma (30) para el que se cumple la condicion de alarma espedfica.
  10. 10. Una turbina eolica, que comprende:
    una torre (23), una gondola (22),
    un rotor (21) con al menos una pala (20),
    un control (24) dispuesto para controlar la operacion de una turbina eolica (19), en el que el control (24) incluye una memoria (26) para almacenamiento de la pluralidad de escenarios de alarma predefinidos (30); y en el que el control (24) se conecta a multiples sensores (25a-d) que se disponen para producir senales de sensores que son indicativas del estado de al menos dicha turbina eolica (19);
    en el que el control (24) se dispone adicionalmente para analizar las multiples senales de sensores para determinar si se cumple una condicion de alarma espedfica tal como se predefine en uno de la pluralidad de
    diferentes escenarios de alarma predefinidos (30); y para analizar adicionalmente al menos una de las multiples senales de sensores de acuerdo con etapas de analisis, tal como se predefine en el escenario de alarma (30) para el que se cumple la condicion de alarma espedfica, para determinar si la turbina eolica (19) ha de ser puesta en cualquiera de entre un modo seguro predefinido, un modo de detencion o un modo de operacion 5 continuada, en el que las etapas de analisis comprenden la simulacion de un estado teorico de la turbina eolica (19);
    en el que el control (24) se dispone adicionalmente para controlar la turbina eolica (19) en el modo seguro, basandose en el estado teorico simulado de la turbina eolica (19), en el que el modo seguro hace que la turbina eolica (19) se opere con una salida de potencia reducida.
    10
  11. 11. La turbina eolica de la reivindicacion 10, en la que los multiples sensores incluyen al menos uno de entre: sensor de velocidad del viento (25a), sensor de temperatura de la gondola (25b), sensor de posicion de palas (25c), sensor de vibracion de la torre (25d), sensor de temperatura del aceite hidraulico, sensor de temperatura ambiente, sensor de temperatura del generador, sensor de velocidad del rotor, sensor de direccion del viento, sensor de tension del
    15 generador, sensor de giros del cable, sensor de temperatura del tren de accionamiento, sensor de cargas en la torre, sensor de capacidad refrigeracion, sensor de presion de aceite, sensor de corriente del generador.
  12. 12. La turbina eolica de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en la que el control (24) se dispone adicionalmente para realizar el metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9.
    20
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