ES2642670T3 - Un método para supervisión de diagnóstico de un sistema de generador de turbina eólica - Google Patents

Description

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DESCRIPCION

Un metodo para supervision de diagnostico de un sistema de generador de turbina eolica

La presente invencion se refiere a un metodo para supervision de diagnostico de un sistema de generador de turbina eolica.

Un sistema de generador de turbina eolica comprende tipicamente un generador, un tren de accionamiento entre un rotor y el generador y un cierto numero de sensores para proporcionar senales de supervision usadas entre otros para controlar el generador de la turbina eolica.

Como todos los otros sistemas, los generadores de turbina eolica experimentan ocasionalmente deficiencias y fallos de varias partes, algunos fallos son menores y permiten que el sistema de generador de turbina eolica continue funcionando. Dichos fallos menores pueden sin embargo permanecer sin detectar a lo largo del tiempo y crecer hasta provocar un fallo mayor provocando una parada no planificada del sistema de generador de turbina eolica.

De acuerdo con un estudio estadfstico de la industria eolica, el 14,1 % de los fallos en sistemas de generador de turbina eolica es provocado por fallos de los sensores, el 12,9 % de los fallos es provocado por fallos del sistema de control, el 5,5 % de los fallos es provocado por defectos del generador, y el 9,8 % de los fallos es provocado por fallos en la caja de engranajes. Mucho se ahorrana si algunos de estos fallos pudieran predecirse antes de que la situacion llegue a ser peor y conduzca finalmente a un fallo grave del sistema electrico y mecanico y parada de la turbina.

El ensayo de las maquinas electricas no es nuevo en sf mismo. Como un ejemplo, el documento WO-A- 2010/039153 divulga un sistema portatil para ensayos de maquinas electricas de fuerza motriz multifase. El documento WO-A-2010/039153, sin embargo, no se ocupa del tren de accionamiento mecanico entre el rotor y el generador.

El documento US2007/0140847 muestra un metodo para supervision de diagnostico de un sistema de generador de turbina eolica de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.

Basandose en esto, es el objetivo de la presente invencion proporcionar un metodo mejorado para supervision del sistema de generador de turbina eolica para detectar defectos en una etapa temprana, permitiendo que estos se reparen antes de unas paradas de turbina no planificadas, por ejemplo, en el mantenimiento planificado.

De acuerdo con un primer aspecto de la invencion, este objeto se consigue mediante un metodo para supervision de diagnostico de un sistema de generador de turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 1.

Esta seleccion de senales ya usada por el sistema de control permite la supervision continua por parte del sistema de control del sistema de generador de turbina eolica con finalidades de diagnostico. En particular, la seleccion de las senales permite que se discriminen senales indicativas de diferentes defectos, de modo que por ejemplo, se detecten y localicen detectores defectuosos, defectos en el tren de accionamiento y defectos en el generador. Dicha deteccion y localizacion permite asf que se realicen reparaciones rapida y eficientemente en el siguiente mantenimiento planificado, o, si es necesario, incluso planificando de nuevo el mantenimiento a una fecha anterior.

De acuerdo con una primera realizacion preferida del primer aspecto de la invencion, el conjunto de senales es un conjunto de senales que comprende componentes de alta frecuencia, y el metodo comprende adicionalmente la obtencion de un conjunto acondicionado de senales mediante un filtrado de paso alto del conjunto de senales y la evaluacion del conjunto de senales acondicionado mediante la comparacion del conjunto de senales acondicionado con valores de referencia para determinar un defecto y la localizacion del defecto. En particular, el conjunto de senales comprende senales elegidas para permitir la determinacion de un defecto en uno cualquiera de un sensor de corriente del generador y un sistema de control que supervisa la operacion del generador a alta frecuencia. El acondicionamiento de las senales por el filtrado de paso alto ayuda a la deteccion, discriminacion y localizacion de defectos en el sensor de corriente del generador y defectos en alta frecuencia de mal rendimiento del generador.

De acuerdo con una realizacion preferida adicional, el conjunto de senales es un conjunto de senales que comprende componentes de baja frecuencia, y el metodo comprende adicionalmente la obtencion de un conjunto acondicionado de senales mediante un filtrado de paso bajo del conjunto de senales y la evaluacion del conjunto de senales acondicionado mediante la comparacion del conjunto de senales acondicionado con valores de referencia para determinar un defecto y la localizacion del defecto. En particular, el conjunto de senales comprende senales elegidas para permitir la determinacion de un defecto en uno cualquiera de entre una caractenstica de operacion del tren de accionamiento y un sistema de control que supervisa la operacion del generador en baja frecuencia. El acondicionamiento de las senales por el filtrado de paso bajo ayuda a la deteccion, discriminacion y localizacion de defectos en el tren de accionamiento y defectos en baja frecuencia de mal rendimiento del generador. De acuerdo con otra realizacion preferida del primer aspecto de la invencion, se reduce el muestreo de las senales filtradas de paso bajo antes de la evaluacion. La reduccion del muestreo permite la recoleccion y almacenamiento de datos a lo

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largo de un periodo de tiempo mas largo, para aceptar y mantener la informacion acerca del rendimiento dinamico mecanico relativamente lento del tren de accionamiento.

De acuerdo con una realizacion preferida adicional, el conjunto de senales es un conjunto de senales que comprende caractensticas electricas del estator del generador, y el metodo comprende adicionalmente la obtencion de un conjunto acondicionado de senales mediante la formacion de una media movil del conjunto de senales y evaluacion del conjunto de senales acondicionado mediante la comparacion del conjunto de senales acondicionado con valores de referencia para determinar un defecto y la localizacion del defecto. Esto permite la deteccion de cambios de parametros tales como devanados cortocircuitados o deterioro de la intensidad magnetica. De acuerdo con otra realizacion preferida mas del primer aspecto de la invencion, se reduce el muestreo de los valores de media movil del conjunto de senales antes de la evaluacion. Tambien en este caso la reduccion del muestreo permite la recogida y almacenamiento de datos a lo largo de un periodo de un tiempo mas largo.

De acuerdo con una realizacion preferida adicional, se reciben multiples conjuntos de senales desde dichos sensores, siendo evaluado por separado cada conjunto de senales en la determinacion de un defecto. Esto permite la evaluacion de una manera progresiva o, si esta disponible suficiente potencia de ordenador, la evaluacion en paralelo.

De acuerdo con una realizacion preferida, los valores de referencia son valores deducidos en ensayos de puesta en servicio y se almacenan en una tabla de busqueda. La tabulacion de valores de referencia a todo lo largo del intervalo operativo del generador de la turbina eolica previamente a la puesta en servicio permite un acceso facil y rapido al valor de referencia con muy pequeno coste en terminos de potencia de calculo del ordenador.

De acuerdo con una realizacion preferida alternativa, el metodo comprende adicionalmente recibir las senales de referencia desde una emulacion de al menos una parte del sistema de generacion de turbina eolica. En particular, la emulacion es una emulacion en tiempo real del sistema de control del generador. Si hay disponible suficiente potencia de calculo, esto permite al sistema de control emular al sistema de generador de turbina eolica, en particular en tiempo real, evitando asf la ejecucion de ensayos que requieren tiempo, por ejemplo durante la puesta en servicio del sistema de generador de turbina eolica.

De acuerdo con una realizacion preferida adicional, la emulacion del generador se lleva a cabo con los mismos parametros operativos que el generador. Mediante el uso de los mismos parametros operativos en la emulacion, puede obtenerse valores de referencia buenos y utiles.

De acuerdo con una realizacion preferida adicional, la evaluacion se basa en la desviacion tfpica del conjunto de senales bajo evaluacion con respecto a los valores de referencia. El uso de la desviacion tfpica es un eficiente analisis estadfstico para la deteccion de desviaciones respecto a una norma.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invencion, el objeto se consigue mediante la provision de un sistema de control para un sistema de generador de turbina eolica que comprende un medio de procesamiento de datos y adaptado para ejecutar el metodo descrito anteriormente.

El uso del sistema de control en sf es ventajoso debido a que permite una implementacion eficiente del metodo de diagnostico, beneficiandose del hecho de que todas las senales en las que se basa el metodo de diagnostico ya son parte de las senales usadas por el control, y por ello facilmente disponibles. Al mismo tiempo el metodo de diagnostico puede implementarse para ejecutarse y utilizar el mismo hardware que el usado para el control, reduciendo asf la necesidad de hardware adicional.

De acuerdo con un tercer aspecto de la invencion, se proporciona un producto de programa informatico para llevar a cabo el metodo, cuando dicho producto de programa informatico se ejecuta en un medio de procesamiento de datos, tal como un ordenador.

Se describira ahora la invencion con mayor detalle con el uso de realizaciones de ejemplo no limitativas y con referencia a los dibujos, en los que:

la Fig. 1 es un diagrama de bloques que muestra esquematicamente el sistema de control para un sistema de generador de turbina eolica,

la Fig. 2 es un diagrama de flujo de una supervision de diagnostico de acuerdo con la invencion,

la Fig. 3 es un diagrama de bloques que muestra entradas y salidas para el calculo de senales de la supervision

de diagnostico de la invencion,

la Fig. 4 es un diagrama de flujo de un procedimiento de medicion para el establecimiento de una tabla de busqueda para el uso en la presente invencion, y

la Fig. 5 es un diagrama de bloques que muestra un sistema de emulacion del generador para el uso en la presente invencion.

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El diagrama de bloques de la Fig. 1 muestra esquematicamente un sistema de control para un sistema de generador de turbina eolica. El sistema de generador de turbina eolica comprende un generador 1 que suministra ene^a a una lmea electrica 2 de una red electrica a traves de un convertidor CA/CC 3 y un convertidor CC/CA 4. El generador es de un tipo de iman permanente interior o IPM. En otras realizaciones, puede estar presente un generador de imanes permanentes de montaje superficial o un generador de induccion.

El sistema de control recibe una entrada de senal de referencia del valor objetivo de potencia Pl* A todo lo largo de la descripcion que sigue, el asterisco indica un valor objetivo o de referencia. El sistema de control comprende un bucle exterior de realimentacion de potencia de la lmea 6 y un bucle interior de realimentacion de potencia del generador 7.

El bucle de realimentacion de la lmea de potencia 6 recibe una entrada de tension de la lmea electrica Ul y entrada de corriente de la lmea electrica Il, basandose en las que se calcula una senal de medicion de la lmea de potencia Pl mediante una etapa de calculo de potencia de la lmea 8, que, como otras etapas descritas a continuacion, se implementa preferentemente en el software ejecutado en un medio de procesamiento de datos tal como un ordenador. La senal de medicion de la lmea de potencia Pl se filtra en un primer filtro de paso bajo 9 para formar la senal de realimentacion de la lmea de potencia PL_fb. La senal de realimentacion de la lmea de potencia PL_fb se resta de la senal de entrada objetivo de potencia Pl* en un nodo 10 para formar una senal de error de la lmea de potencia PL_ERR. La senal de error de la lmea de potencia PL_ERR se usa como una entrada para una etapa de regulacion de la potencia de la red 11, que a su vez produce la salida de una senal de potencia objetivo Pg* para el generador 1.

De modo similar, el bucle de realimentacion de potencia del generador 7 recibe la entrada de tension del estator Us* y la entrada de corriente del estator Is, basandose en las que se calcula una senal de potencia del generador Pg en una etapa de calculo de potencia del generador 12. La senal de potencia del generador Pg se filtra en un segundo filtro de paso bajo 13 para formar la senal de realimentacion de potencia del generador PG_fb. La senal de realimentacion de potencia del generador PG_fb se resta del valor objetivo de la potencia del generador Pg* en un nodo 14 para formar una senal de error de potencia del generador PG_ERR. La senal de error de potencia del generador PG_ERR se usa como una entrada para las etapas de control del generador de potencia 15, 16, 17, que, a su vez, entregan una senal de salida 18.

Junto con entradas adicionales, tales como informacion deducida de un tacometro, como una senal de codificador/contador ENC_CNT, la senal de salida 18 de las etapas de control de potencia del generador se usa como entrada a un dispositivo de control de flujo/corriente del estator 19 que, a traves de una etapa de modulador de ancho de pulsos 20, controla el convertidor CA/CC 3 para obtener la operacion deseada del sistema de generador de turbina eolica.

Para las finalidades de control global del generador de turbina eolica, se proporcionan senales adicionales tales como temperatura del estator del generador Temp_G, velocidad u>m y aceleracion am de las partes mecanicas giratorias. La velocidad u>m y la aceleracion am pueden calcularse facilmente como primera y segunda derivada, respectivamente, de la informacion de posicion proporcionada por la senal del codificador/contador ENC_CNT desde el tacometro. La medicion de la temperatura del estator Temp_G se realiza en una etapa 21 de medicion de temperatura usando uno o mas sensores en el estator del generador.

Los inventores se han dado cuenta de que la utilizacion de esta informacion ya facilmente disponible en el sistema de control permite una implementacion de una supervision de diagnostico del sistema de control con muy poco coste dado que estas senales ya disponibles son suficientes para un diagnostico del sistema, permitiendo, a su vez, una alerta temprana acerca de, entre otros, defectos en evolucion.

La Fig. 2 muestra un diagrama de flujo de dicho sistema de supervision de diagnostico, que puede implementarse en el sistema de control del generador de turbina eolica y realizar el diagnostico siempre que el generador de turbina eolica este en un estado estable.

El diagnostico comienza en la casilla 100. En la casilla 101 se realiza un primer bucle de espera hasta que la velocidad del sistema sea estable. A continuacion en la casilla 102 se realiza un segundo bucle de espera hasta que la produccion de potencia del sistema sea estable. Siendo estables tanto la velocidad como la produccion de potencia, se asume que el sistema esta en estado estable, y en la casilla 103 se comprueba a continuacion que el estator no esta sobrecalentado mediante la comprobacion de que la temperatura del estator no esta fuera de rango. Si la temperatura del estator es demasiado alta, entonces, en la casilla 104, se notifica el sobrecalentamiento y se envfa una solicitud para reducir la potencia del generador al sistema de control del generador de turbina eolica. En caso contrario, se anula un indicador de sobrecalentamiento correspondiente en la casilla 105. En cualquier caso, el metodo prosigue para comprobar, en la casilla 106, si la desviacion tfpica de una senal de potencia de lmea filtrada de paso alto excede un cierto nivel de umbral. Si este es el caso, se notifica un defecto de mal rendimiento en el lado de la lmea. La identificacion de dicho defecto externo sobre la lmea de potencia reduce el riesgo de que el defecto en la lmea de potencia induzca un falso positivo en el diagnostico real del sistema de generador de turbina eolica, que es la finalidad real de la realizacion de la invencion. Si no se detecta un mal rendimiento en el lado de la lmea,

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se anula un indicador correspondiente en la casilla 108. En cualquier caso, el metodo prosigue para realizar el diagnostico real del sistema de generador de turbina eolica. El diagnostico se realiza mediante el analisis de tres conjuntos de datos ya en el sistema de control en diferentes formas de modo que se clasifique el resultado y se identifiquen diferentes tipos de defectos. Las tres categonas, categona (1) de senal de diagnostico, categona (2) de senal de diagnostico y categona (3) de senal de diagnostico se describen en las casillas 109, 110 y 111, respectivamente.

Primero, en la casilla 112, se determina si la desviacion tipica de las senales filtradas de paso alto que incluye la senal de potencia del generador Pg excede un nivel de umbral. Si no es este el caso, se anula un indicador de mal rendimiento del generador en alta frecuencia en la casilla 113, y el metodo prosigue al siguiente ensayo en la casilla 114. Si, por el otro lado, la desviacion tfpica de las senales filtradas de paso alto que incluyen la senal de potencia del generador Pg excede un umbral, se ensaya adicionalmente, en la casilla 115, si la desviacion tfpica de la amplitud de corriente del estator |Is| filtrada de paso alto excede un valor de umbral. Si ese es tambien el caso, es probable que el defecto este en el sensor de corriente, y el defecto de sensor de corriente del generador se notifica en la casilla 116 y el metodo prosigue a la casilla 114. Si, por otro lado, la desviacion tfpica de la amplitud de corriente del estator |Is| filtrada de paso alto no excede el valor de umbral, el defecto es probable que sea un defecto de mal rendimiento en alta frecuencia, tal como por ejemplo, un cojinete de generador desgastado o roto, y esto se notifica en la casilla 117. El defecto podna ser tambien, sin embargo, una mala senal del codificador/contador ENC_CNT, pero en cualquier caso es relevante notificar un defecto, y ambos pueden comprobarse en el debido momento, por ejemplo en el siguiente mantenimiento planificado. Habiendo diagnosticado y notificado un defecto en la casilla 117 el metodo prosigue a la casilla 114, para el ensayo en la siguiente categona.

A continuacion, en la casilla 114, se determina si la desviacion tfpica de las senales filtradas de paso bajo que incluyen la senal de potencia del generador Pg excede un nivel de umbral. Si este no es el caso, se anula un indicador de mal rendimiento en baja frecuencia del generador en la casilla 118, y el metodo prosigue a la siguiente prueba en la casilla 119. Si, por otro lado, la desviacion tfpica de las senales filtradas de paso bajo que incluyen la senal de potencia del generador Pg excede un umbral, se ensaya adicionalmente en la casilla 120 si la desviacion tfpica de la senal de aceleracion filtrada de paso bajo am excede un valor de umbral. Si ese es tambien el caso es probable que el defecto sea un defecto de mal rendimiento en baja frecuencia, y se notifica un defecto de mal rendimiento en baja frecuencia en la casilla 121 y el metodo prosigue a la casilla 119. Si por otro lado, la desviacion tfpica de la senal de aceleracion filtrada de paso bajo am no excede el valor de umbral, es probable que el defecto sea un defecto en el tren de accionamiento como por ejemplo un diente de engranaje desgastado o roto, y esto se notifica en la casilla 122. El defecto podna ser tambien, sin embargo, una mala senal del codificador/contador ENC_CNT, pero en cualquier caso es relevante notificar un defecto, y ambos pueden comprobarse en el debido momento, por ejemplo en el siguiente mantenimiento planificado. Habiendo diagnosticado y notificado un defecto en la casilla 122 el metodo prosigue a la casilla 119, para el ensayo en la tercera categona.

Finalmente, en la casilla 119 hay unos valores medios moviles para la amplitud de corriente del estator |Is| y la amplitud de tension del estator |Us|. Se comprueba entonces en la casilla 123 si la tension del estator |Us| esta fuera del intervalo de trabajo deseado. Si este es el caso, se notifica un posible defecto de importante variacion de parametros del generador en la casilla 124, y el metodo de diagnostico puede repetirse a partir de la casilla 100. Si no es este el caso, entonces se comprueba en la casilla 125 si la amplitud de corriente del estator esta fuera del intervalo de trabajo deseado. Si este es el caso, se notifica tambien un posible defecto de importante variacion de parametros del generador en la casilla 124, y el metodo de diagnostico puede repetirse a partir de la casilla 100. Si no es este el caso, los indicadores apropiados de posible defecto de cambio de parametro y defecto de intensidad magnetica pueden anularse en la casilla 126 y el metodo de diagnostico puede repetirse a partir de la casilla 100.

Como se entendera a partir de lo anterior, la invencion usa efectivamente senales ya disponibles en el sistema de control para detectar defectos menores y mediante el uso del filtrado adecuado clasifica estos defectos en tres categonas permitiendo la discriminacion entre causas probables para los defectos. La Fig. 3 produce mas detalles sobre una realizacion preferida de como se realiza esto. Mas espedficamente, el diagrama de bloques de la Fig. 3 muestra entradas y salidas para el calculo de senales de la supervision de diagnostico de la invencion.

Como puede verse, las entradas para la identificacion de un posible error en la categona (1) de senal son la senal de potencia de lmea Pl, la senal de potencia del generador Pg, la senal de error de potencia del generador PG_ERR y la senal de amplitud de corriente del estator |Is|. En la casilla 150 del diagrama de bloques, estas senales se filtran primero por paso alto teniendo una frecuencia de corte que produce senales por encima de aproximadamente 1,2 veces la frecuencia electrica del generador. A continuacion, en la casilla 151, se calcula una desviacion tfpica movil basandose en las senales filtradas. El resultado de este calculo forma la base para la decision en la casilla 112 de la Fig. 2.

La senal de potencia del generador Pg se usa tambien como la entrada para la identificacion de un posible error en la categona (2) de senal junto con la senal de aceleracion am, calculada como puede verse en la Fig. 1 a partir de la senal del codificador/contador ENC_CNT, que sirve como entrada a una etapa de medicion de posicion 22 que produce, entre otras, como una salida una senal de velocidad de rotacion u>m que se filtra por paso bajo en un filtro de paso bajo 23 antes de servir como base para el calculo de la aceleracion am en la etapa de calculo de la

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aceleracion 24. Este calculo se realiza facilmente, dado que es bien conocido que la velocidad es la primera derivada de la posicion y la aceleracion es la primera derivada de la velocidad, es decir la segunda derivada de la posicion. Volviendo ahora a la Fig. 3, en la casilla 152, la senal de potencia del generador Pg y la senal de aceleracion am se filtran en un filtro de paso bajo que tiene una frecuencia de corte adecuada, por ejemplo aproximadamente 5 a 10 Hz, produciendose senales por debajo de 5 a 10 Hz. Como para las senales en la categona (1), se calcula una desviacion tfpica movil, en la casilla 153, basandose en las senales filtradas. El resultado de este calculo forma la base para la decision en las casillas 113 y 115 de la Fig. 2. Sin embargo, para obtener y mantener datos validos para la informacion de rendimiento dinamico mas bajo, en comparacion con la de la categona (1), se prefiere reducir el muestreo de los datos de modo que se reduzca la cantidad de datos a ser almacenados. Esta reduccion del muestreo que es preferentemente a una frecuencia de aproximadamente 100 Hz se realiza en la casilla 154 de la Fig. 3.

Como entradas para la identificacion de una posible senal de error en la categona (3), se usan tanto la senal de potencia del generador Pg como la senal de amplitud de la corriente del estator |Is|, asf como la senal de velocidad Um, calculadas como se ha descrito anteriormente a partir de la senal del codificador/contador ENC_CNT, y la amplitud de tension del estator |Us|. En la categona (3) primero se reduce el muestreo de las senales a una frecuencia por ejemplo por debajo de 10 Hz en la casilla 155 de la Fig. 3. De nuevo, esto es para reducir la cantidad de datos a ser almacenados y gestionados. La frecuencia de muestreo reducida en este caso puede ser bastante baja debido a que en la categona (3) la intencion es buscar cambios a largo plazo. Esto se hace mediante la realizacion, en la casilla 156, de un calculo del valor promedio de media movil, que en terminos de filtrado puede considerarse como analogo al filtrado del nivel de CC, es decir identificacion de cambios globales. La salida de este calculo de valor promedio de media movil sirve entre otros para obtener la referencia correcta en la casilla 119 de la Fig. 2 y decisiones posteriores sobre posibles defectos, es decir defectos de variacion, tales como devanados cortocircuitados o deterioro de la intensidad magnetica, en las casillas 124 y 125. En estas, los valores de |Is| y |Us| se comparan con valores de referencia para determinar un valor de desviacion, y este valor de desviacion se compara con un valor predeterminado para determinar el defecto de variacion.

Sin embargo, en la descripcion anterior del acondicionamiento y evaluacion de los conjuntos de senales, este se realiza en un orden espedfico, es decir la primera categona (1), a continuacion la categona (2) y finalmente la categona (3), el experto en la materia se dara cuenta de que el orden no es importante. Si se desea y hay disponible suficiente potencia de calculo, el acondicionamiento y evaluacion de los conjuntos de senales puede incluso realizarse en paralelo.

Para obtener la referencia correcta, es necesaria una buena referencia que incluya informacion acerca de las condiciones de operacion para asegurar que se realiza la comparacion correcta, dado que han de identificarse cambios a largo plazo. En este caso, la senal de potencia del generador Pg y la senal de velocidad u>m sirven como senales de la condicion de operacion para asegurar que la senal de amplitud de corriente del estator |Is| y de amplitud de tension del estator |Us| se comparan con referencias correctas, es decir referencias que corresponden a las mismas condiciones de operacion.

La obtencion de esta referencia se realiza preferentemente en una de dos formas, como se explicara con mayor detalle a continuacion. Una forma es mediante el establecimiento de una tabla de busqueda, otra es mediante emulacion del sistema del generador, por ejemplo en software.

La Fig. 4 es un diagrama de flujo de un procedimiento de medicion para el establecimiento de una tabla de busqueda para valores de amplitud de corriente del estator |Is(n, m)| y valores de amplitud de tension del estator |Us(n, m)|, en las que n es una velocidad dada y m es un nivel de potencia dado. El procedimiento de medicion puede ser parte de un ensayo de puesta en servicio o puede incluirse como un ensayo entre otros ensayos de puesta en servicio.

El ensayo comienza con el ajuste de una primera velocidad de ensayo n=1 en la casilla 200. El ensayo espera entonces en un primer bucle de espera alrededor de la casilla 201, hasta que se haya alcanzado la velocidad deseada. A continuacion se fija el primer nivel de potencia deseado m=1 en la casilla 202, y el ensayo espera en un segundo bucle de ensayo alrededor de la casilla 203 hasta que se haya alcanzado el nivel de potencia deseado. En la casilla 204 se comprueba si la temperatura del estator del generador esta dentro del intervalo permitido, si no, se aborta el ensayo y se notifica un fallo de ensayo en la casilla 205.

Si, por otro lado, la temperatura del estator del generador esta dentro del intervalo permitido, se realizan las mediciones y se almacenan la amplitud de corriente del estator |Is(1, 1)| y la amplitud de tension del estator |Us(1, 1)| en la casilla 205. Pueden almacenarse tambien por supuesto valores adicionales, tales como la temperatura del estator del generador Temp_G. En la casilla 206 se comprueba si se han realizado las mediciones para todos los niveles de potencia en la primera velocidad ajustada. Si no, m se incrementa al siguiente nivel de potencia en la casilla 207, por ejemplo a m=2 y se repiten las mediciones a partir de la casilla 203, hasta que se hayan ensayado todos los valores de nivel de potencia del generador a esta velocidad, es decir hasta que m=M y la respuesta en la casilla 206 se convierta en sf.

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A continuacion, en la casilla 208, se comprueba si se han comprobado todos los niveles de velocidad. Si no, se incrementa el nivel de velocidad al siguiente nivel, por ejemplo n=2 en la casilla 209, y se repiten las mediciones para el siguiente nivel de velocidad y todos los niveles de potencia 1 a M hasta que se hayan realizado las mediciones para todos los niveles de velocidad y todos los niveles de potencia, es decir n=N y m=M, y la respuesta en la casilla 208 se convierta en sr A continuacion en la casilla 210 se reducen el nivel de potencia y los niveles de velocidad y finaliza el ensayo.

Los valores almacenados reflejan entonces la condicion del generador tal como estaba en la puesta en servicio, y estos valores pueden usarse en la supervision de diagnostico de acuerdo con la presente invencion para ver si o como cambia el generador a lo largo del tiempo.

La realizacion de dicho programa de medicion en la puesta en servicio del sistema de generador de turbina eolica puede, sin embargo, no ser practica desde un punto de vista del tiempo requerido. Sin embargo, con el modelo de generador adecuado y conociendo los datos esenciales tales como parametros de modelo del generador, tasa de muestreo, senales de referencia, senales de entrada como realimentacion de posicion y realimentacion de velocidad, puede emularse el rendimiento del generador en el sistema de control. Por ello, como otra realizacion preferida, la invencion utiliza una emulacion que obvia la necesidad de elaborar mediciones. Esta, sin embargo, necesita una potencia de calculo adicional, y la eleccion de que realizacion es la mas preferida es probable que sea una compensacion entre los costes y disponibilidad de potencia de calculo, y los costes y disponibilidad de tiempo para las mediciones en los ensayos de puesta en servicio.

La Fig. 5 ejemplifica un modelo de control del generador para la emulacion del control del generador real en un modo en tiempo real para suministrar la senal de amplitud de corriente del estator |Is_EMU| y la amplitud de tension del estator |Us_EMU| emuladas en la casilla 119 de la Fig. 2, que pueden usarse como valores de referencia en las casillas 123 y 125 en lugar de los valores tabulados explicados anteriormente.

Evidentemente, dado que el modelo es emular el sistema de control del generador de turbina eolica de la Fig. 1, las senales, etapas y otras partes de la Fig. 5 son ampliamente similares a la misma. Para una facilidad de lectura, las partes correspondientes usan los mismos numeros de referencia pero proporcionados con apostrofos cuando son emulados, denominando las senales emuladas correspondientes usando la expresion _EMU, tal como se ha indicado en el parrafo precedente, y para las senales reales identicas al sistema de control de la turbina eolica de la Fig. 1 se usan los mismos nombres.

Como puede verse, el bucle de realimentacion de potencia del generador 7' recibe una entrada de tension del estator emulada Us_EMU* y una entrada de corriente del estator emulada Is_EMU. La entrada de tension del estator emulada Us_EMU* y la entrada de corriente del estator emulada Is_EMU reciben el mismo tratamiento que el de las senales reales Us* e Is en el sistema de control real. En oposicion al sistema de control real, el sistema emulado usa un modelo de generador 1' en lugar del generador real 1. Si, como se ha sugerido anteriormente, el generador es una maquina IPM, los parametros del generador, que debenan modelarse por el modelo de generador senan:

Ld - inductancia de eje D del estator Lq - inductancia de eje Q del estator Rs - resistencia del estator Flux_r - flujo del rotor Ir - corriente nominal Pr - potencia nominal PP - par de polos Sr - velocidad nominal

Asf, basandose en la entrada de tension del estator emulada Us_EMU* y la entrada de corriente del estator emulada Is_EMU se calcula una senal de potencia del generador emulada Pg_EMU en una etapa de calculo de potencia del generador 12'. La senal de potencia del generador emulada Pg_EMU se filtra en un filtro de paso bajo 13' para formar la senal de realimentacion de potencia del generador emulada PG_fb_EMU. La senal de realimentacion de potencia del generador PG_fb_EMU se resta del valor objetivo de potencia del generador Pg* en un nodo 14' para formar una senal de error de potencia del generador PG_ERR_eMu. La senal de error de potencia del generador PG_ERR_EMU se usa como una entrada para las etapas de control del generador de potencia 15', 16', 17', que, a su vez, entregan una senal de salida 18'.

Junto con la informacion real deducida del tacometro como la senal de codificador/contador ENC_CNT, la senal de salida 18' de las etapas de control de potencia del generador se usa para emular la entrada a un dispositivo de control de flujo/corriente del estator 19', que proporciona la entrada del modelo de generador 1', que utiliza los parametros anteriores, para servir como la base apropiada para el modelo de generador 1' en la emulacion para emular la operacion deseada del sistema de generador de turbina eolica. El modelo de generador 1' recibe adicionalmente valores reales con relacion a la amplitud del flujo del rotor en la etapa 25 y valores reales acerca del valor de inductancia en la etapa 26.

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30

Para las finalidades de control global del generador de turbina eolica, se proporcionan senales adicionales tales como temperatura del estator del generador Temp_G, velocidad y aceleracion am de las partes mecanicas giratorias. Estas senales reales se usan como la entrada para la emulacion y el metodo de diagnostico. Como ya se ha mencionado, la velocidad u>m y la aceleracion am pueden calcularse facilmente como primera y segunda derivada, respectivamente, de la informacion de posicion proporcionada por la senal del codificador/contador ENC_CNT desde el tacometro, mientras que la temperatura del estator del generador Temp_G se mide en una forma apropiada en el estator del generador.

Dado que la senal de entrada de tension del estator emulada Us_EMU* y la senal de entrada de corriente del estator emulada Is_EMU se tratan en la misma forma que las senales Us* e Is reales, la unica diferencia es que el generador 1' es emulado. Por ello, si el generador real 1 difiere del modelo de generador 1', los valores resultantes Us_EMU* e Is_EMU en la emulacion diferiran de las senales reales Us* e Is. Dado que se usan Us_EMU* e Is_EMU para el calculo de la amplitud de corriente del estator emulada |Is_EMU| y la amplitud de tension del estator emulada |Us_EMU| en la etapa de calculo de amplitud 13' estos valores tambien diferiran de los valores reales y seran adecuados para la identificacion de defectos despues de ser sometidos a reduccion del muestreo 155' y calculo del valor promedio de media movil 156', como puede verse en la parte inferior de la Fig. 5 correspondiente al tercio inferior de la Fig. 3.

Con la invencion, se proporciona un sistema de diagnostico eficiente. El sistema de diagnostico puede implementarse directamente en el software en ejecucion en el medio de procesamiento de datos del sistema de control del generador de turbina eolica, por ejemplo como una parte integrada del software del sistema de control o como una pieza separada del software en ejecucion en el mismo medio de procesamiento de datos, o en medios de procesamiento de datos separados. En cualquier caso, el software puede proporcionarse sobre un soporte de datos apropiado, tal como un disco o una red de datos. El experto en la materia sabra que el sistema de diagnostico anteriormente descrito es solo un ejemplo e identificara numerosas variaciones posibles dentro del alcance de las reivindicaciones. En particular, el experto en la materia se dara cuenta de que el sistema de diagnostico puede incluir sensores adicionales y senales de sensores adicionales en el primer, segundo y tercer conjuntos de senales distintas a las descritas anteriormente de modo que se incremente el intervalo de defectos que pueden detectarse e identificarse.

Claims (15)

1. 5

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   REIVINDICACIONES

   1. Un metodo para supervision de diagnostico de un sistema de generador de turbina eolica, comprendiendo dicho sistema de generador de turbina eolica un generador, un tren de accionamiento, una pluralidad de sensores para proporcionar senales y un sistema de control de generador,

   comprendiendo dicho metodo:

   recibir un conjunto de senales desde dichos sensores, seleccionado el conjunto de senales de entre uno cualquiera de:

   un conjunto de senales que comprende componentes de alta frecuencia,

   un conjunto de senales que comprende componentes de baja frecuencia, y

   un conjunto de senales que comprende caractensticas electricas de un estator en el generador;

   evaluar el conjunto de senales, en el que dicha evaluacion comprende comparar el conjunto de senales con valores de referencia para determinar un defecto y la localizacion del defecto,

   caracterizado por que las senales en dicho conjunto de senales en las que se basa la supervision de diagnostico estan facilmente disponibles por que las senales ya se usan por dicho sistema de control del generador, de modo que el metodo de supervision de diagnostico puede implementarse para ejecutarse en y utilizar el mismo hardware que el usado para el control, reduciendo asf la necesidad de hardware adicional.
2. 2. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el conjunto de senales es un conjunto de senales que comprende componentes de alta frecuencia, comprendiendo adicionalmente el metodo obtener un conjunto acondicionado de senales mediante filtrado de paso alto del conjunto de senales y evaluar el conjunto acondicionado de senales mediante la comparacion del conjunto acondicionado de senales con valores de referencia para determinar un defecto y la localizacion del defecto.
3. 3. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el conjunto de senales es un conjunto de senales que comprende componentes de baja frecuencia, comprendiendo adicionalmente el metodo obtener un conjunto acondicionado de senales mediante filtrado de paso bajo del conjunto de senales y evaluar el conjunto acondicionado de senales mediante la comparacion del conjunto acondicionado de senales con valores de referencia para determinar un defecto y la localizacion del defecto.
4. 4. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que se reduce el muestreo de las senales filtradas de paso bajo antes de la evaluacion.
5. 5. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el conjunto de senales es un conjunto de senales que comprende caractensticas electricas del estator del generador, comprendiendo adicionalmente el metodo obtener un conjunto acondicionado de senales mediante la formacion de una media movil sobre el conjunto de senales y evaluar el conjunto acondicionado de senales mediante la comparacion del conjunto acondicionado de senales con valores de referencia para determinar un defecto y la localizacion del defecto.
6. 6. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el conjunto de senales comprende senales elegidas para permitir la determinacion de un defecto en un generador.
7. 7. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 5 o 6, en el que se reduce el muestreo de los valores de media movil del conjunto de senales antes de la evaluacion.
8. 8. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se reciben multiples conjuntos de senales desde dichos sensores, siendo evaluado por separado cada conjunto de senales en la determinacion de un defecto.
9. 9. Un metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los valores de referencia son valores deducidos en ensayos de puesta en servicio y se almacenan en una tabla de busqueda.
10. 10. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente recibir las senales de referencia desde una emulacion de al menos una parte del sistema de generacion de turbina eolica.
11. 11. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que la emulacion es una emulacion en tiempo real del sistema de control del generador.
12. 12. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que la emulacion del sistema de control del generador se lleva a cabo con los mismos parametros operativos que el generador.
13. 13. Un metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que la evaluacion se basa en la desviacion tipica del conjunto de senales bajo evaluacion con respecto a los valores de referencia.
14. 14. Un sistema de control para un sistema de generador de turbina eolica que comprende un medio de 5 procesamiento de datos y adaptado para ejecutar el metodo de las reivindicaciones 1 a 13.
15. 15. Un producto de programa informatico para llevar a cabo el metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 cuando dicho producto de programa informatico se ejecuta en un medio de procesamiento de datos.

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