ES2644936T3 - Método de funcionamiento de una turbina eólica así como un sistema adecuado para ello - Google Patents

Método de funcionamiento de una turbina eólica así como un sistema adecuado para ello Download PDF

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Description

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Metodo de funcionamiento de una turbina eolica asf como un sistema adecuado para ello
La presente invencion se refiere a un metodo de funcionamiento de una turbina eolica. Ademas, la presente invencion se refiere a un sistema de controlador para controlar el funcionamiento de una turbina eolica. Finalmente, la presente invencion se refiere a una turbina eolica.
Antecedentes
El uso de turbinas eolicas se ha convertido en una forma habitual de generar electricidad y el tamano y el rendimiento de las turbinas ha aumentado. Las turbinas eolicas normalmente incluyen multiples palas que transforman la energfa eolica en un movimiento de rotacion de un tren de accionamiento para de este modo producir electricidad. Las turbinas existentes estan controladas por controladores informatizados que pueden modificar varios parametros para optimizar la turbina en cuanto a su produccion de energfa, carga sobre las palas y tren de accionamiento y desgaste general de la turbina.
A menudo, las palas pueden rotar en torno a su eje longitudinal y de este modo convertir un grado variable de energfa eolica. A esta actividad se la denomina “regulacion de paso” y en una turbina eolica tradicional, la regulacion de paso se controla de tal modo que la turbina eolica utiliza la energfa eolica disponible hasta que se alcanza una produccion de energfa nominal. Si la turbina eolica ha alcanzado la produccion de energfa nominal y la energfa eolica disponible aumenta adicionalmente, se regula el paso de las palas alejandose de la situacion optima para mantener la produccion de energfa nominal. A una determinada intensidad de energfa eolica disminuida, se regula el paso de las palas a una posicion donde se impide la transformacion entre energfa eolica y movimiento de rotacion. Esto suele denominarse “posicion de bandera”. La rotacion se detiene y el sistema de control espera una reduccion de la intensidad del viento antes de reiniciar la produccion regulando de nuevo el paso de las palas desde la posicion de “bandera”.
Las cargas sobre la estructura de la turbina eolica son altamente dependientes de las condiciones climaticas en las que funciona la turbina y del tamano de los componentes principales, como, por ejemplo, las palas. Actualmente se desarrollan diferentes algoritmos de control sobre las turbinas eolicas para reducir las cargas basandose en las condiciones climaticas.
Las cargas asimetricas sobre un rotor de turbina son responsables de una contribucion significativa a las cargas de fatiga. Las cargas asimetricas se producen, por ejemplo, por la cizalladura del viento, dando como resultado momentos de vuelco y de guinada en el rotor de turbina. Tales cargas asimetricas sobre el rotor de turbina podrfan detectarse basandose en condiciones, por ejemplo, el curvado de la pala, experimentadas de forma individual por cada pala. Actualmente, los controladores de turbina eolica a veces estan adaptados para reducir o eliminar tales momentos de vuelco y de guinada en el rotor de turbina eolica controlando el paso de cada pala por separado. A veces esto se denomina control de vuelco y guinada (TYC). En la practica, las cargas asimetricas se equilibran por regulacion de paso cfclica de las palas basandose en el momento de vuelco y de guinada estimados/calculados sobre el rotor.
Con el aumento de tamano de las turbinas eolicas, la distribucion espacial del viento sobre el rotor de turbina se vuelve mas significativa. Como ejemplo, puede existir una region de alta velocidad del viento en la region superior del area definida por el plano del rotor, tal como se muestra en la figura 1. Esta region de alta velocidad del viento puede ser lo suficientemente pequena para ajustarse al area entre dos palas.
En tal caso, el par y el empuje de rotor, asf como los momentos de vuelco y de guinada varfan en funcion de la posicion de la pala (es decir, angulo acimutal del rotor). En la rotacion, la pala que apunta hacia arriba entra en la zona de alta velocidad del viento y sale de ella antes de que la siguiente pala haga lo mismo. Esta distribucion espacial de la velocidad del viento crea cargas de rotor que son plusatiles u oscilantes 3 veces durante una revolucion. Tales cargas tambien se conocen como cargas 3p y contribuyen a las cargas asimetricas globales sobre el rotor. Las cargas 3p tambien se denominan armonicos de orden superior dado que tienen una frecuencia superior a la revolucion del rotor (1p).
El artfculo “Individual Pitch Control Inventory”, de Van Engelen et al, informe ECN-C-03-138 (2003), da a conocer un estudio sobre el diseno y el potencial de control de paso de retroalimentacion individual para turbinas eolicas de 3 palas. El estudio incluye control de paso multimodo 2p y 3p.
El artfculo “Further load reductions with individual pitch control”, de Bossanyi, Wind Energy, Vol. 8, paginas 481-485 (2005), da a conocer un metodo para el control de paso individual para reducir cargas de punta. El estudio incluye el control de paso multimodo 3p.
Es deseable proporcionar un metodo y un sistema para eliminar o minimizar tales cargas 3p sobre el rotor.
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Sumario de la invencion
Segun un primer aspecto de la invencion, se proporciona un metodo de funcionamiento de una turbina eolica segun la reivindicacion 1. La turbina eolica comprende un rotor de turbina con al menos dos palas, teniendo cada pala un angulo de paso variable. El metodo comprende determinar cargas mecanicas sobre las palas, determinar un momento de carga asimetrica experimentado por el rotor de turbina basandose en las cargas mecanicas sobre las palas, determinar armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica, y determinar una senal de control de paso individual para cada una de las palas para variar el angulo de paso de cada pala para compensar el momento de carga asimetrica. La senal de control de paso individual para cada pala se determina al menos basandose en los armonicos de orden superior.
Determinar armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica comprende modular en frecuencia el momento de carga asimetrica y someter a filtro de ranura el momento de carga asimetrica modulado en frecuencia para generar los armonicos de orden superior.
Las cargas mecanicas pueden determinarse, por ejemplo, midiendo el curvado de la pala, los momentos de rafz de pala, el par en el tren de accionamiento o en el arbol de rotor, el angulo de ataque del viento sobre las palas, etc. Tambien puede determinarse midiendo el rendimiento tal como la generacion de energfa de un generador electrico en la turbina eolica o de alguna otra manera conocida. Pueden colocarse sensores en ubicaciones adecuadas en la turbina para obtener lecturas usadas para determinar cargas. Por ejemplo, pueden colocarse sensores en las rafces de pala para detectar el curvado de la pala, o pueden colocarse acelerometros en la gondola de la turbina para detectar vibraciones de la torre.
Los momentos de carga asimetrica pueden hacer referencia generalmente a fuerzas/cargas asimetricas que actuan sobre el rotor en un plano vertical y/u horizontal. Una distribucion de fuerza asimetrica en el plano vertical da como resultado un momento en torno a un eje horizontal, tambien conocido como momento de vuelco. En la figura 2, el eje horizontal esta indicado por la lfnea horizontal 150, y el momento de vuelco esta indicado por la flecha 151.
Para orientar una gondola de la turbina y un plano del rotor definido por las palas directamente contra el viento, normalmente la gondola se hace rotar con respecto a la torre de turbina, es decir, en torno a un eje de guinada definido como una lfnea vertical, por ejemplo, a traves de la torre. Una distribucion de fuerza asimetrica sobre el rotor en el plano horizontal da como resultado una fuerza de giro sobre el rotor en torno al eje guinada. Dicha fuerza de giro puede denominarse momento de guinada. En la figura 2, el eje de guinada o vertical esta indicado por la lfnea vertical 160, y el momento de guinada esta indicado por la flecha 161.
Los armonicos de orden superior generalmente se refieren a los momentos de carga asimetrica que tienen frecuencias superiores a la velocidad de rotacion del rotor, normalmente uno o mas ordenes superiores que la velocidad de rotacion del rotor. Estos armonicos de orden superior de los momentos de carga asimetrica se tienen en cuenta al determinar la senal de control de paso individual para cada una de las palas. Estos armonicos de orden superior pueden desarrollarse debido a distribuciones no lineales del viento sobre el plano del rotor. Los armonicos de orden superior tambien pueden desarrollarse debido a las caracterfsticas no lineales del coeficiente de sustentacion aerodinamica, tal como se muestra en la figura 3. Puede observarse que cuando el angulo de ataque del viento sobre las palas es aproximadamente de 12 grados, el coeficiente de sustentacion ya no tiene una relacion lineal con el angulo de ataque.
En las cargas de marco fijo, como el momento de vuelco y de guinada, los armonicos de orden superior aparecen como cargas 3p, 6p, 9p, etc. Con el metodo de la invencion dado a conocer, estos armonicos de orden superior se eliminan o minimizan mediante la regulacion de paso cfclico de cada una de las palas. Esto da como resultado que el rotor de la turbina experimente cargas inferiores, y prolongando por consiguiente la vida util de la turbina eolica. Ademas, la implementacion de la invencion no requiere ningun cambio de hardware. Solo es necesaria una configuracion de software.
Segun una realizacion, determinar el momento de carga asimetrica comprende determinar al menos uno del momento de vuelco y el momento de guinada. En otras palabras, la realizacion puede determinar el momento de vuelco o el momento de guinada, o tanto el momento de vuelco como el de guinada, y por consiguiente controlar el angulo de paso de las palas.
Segun una realizacion, determinar la senal de control de paso individual comprende sustraer los armonicos de orden superior de un valor de referencia para generar un valor de referencia modificado, determinar componentes de armonicos de orden superior basandose en el valor de referencia modificado, generar un valor de paso cfclico basandose en las componentes de armonicos de orden superior para cada pala, sumar el valor de paso cfclico con un valor de paso colectivo para generar la senal de control de paso individual para cada pala, y controlar el angulo de paso de cada pala basandose en la senal de control de paso individual correspondiente.
Los armonicos de orden superior se comparan con un valor de referencia de armonicos de orden superior para determinar la cantidad de desviacion, y por consiguiente se determina el valor de paso cfclico para cada pala. El valor de referencia de armonicos de orden superior puede establecerse en cero para eliminar los armonicos de orden superior en una realizacion. Puede establecerse en otros valores en otras realizaciones.
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El valor de paso colectivo es un valor de paso habitual que controla el angulo de paso de todas las palas de la turbina. En otras palabras, cuando solo se da un valor de paso colectivo, se controla todas las palas de la turbina para que se muevan en el mismo angulo de paso (o la misma desviacion de paso) segun el valor de paso colectivo. El valor de paso cfclico modifica la desviacion de paso de cada pala individual. Cuando un valor de paso cfclico se anade al valor de paso colectivo para una pala, el angulo de paso de la pala se modifica en consecuencia. Los valores de paso cfclico para cada pala son diferentes. Por consiguiente, cada angulo de paso de pala se controla de manera diferente para eliminar o minimizar los armonicos de orden superior en el rotor.
Segun una realizacion, determinar armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica comprende ademas filtrar el momento de carga asimetrica para eliminar componentes de baja frecuencia antes de modular el momento de carga asimetrica.
Segun un segundo aspecto de la invencion, se proporciona una turbina eolica segun la reivindicacion 5. La turbina eolica comprende un rotor de turbina con al menos dos palas, teniendo cada pala un angulo de paso variable. La turbina eolica comprende un sistema de control de carga que esta configurado para determinar las cargas mecanicas sobre las palas, determinar un momento de carga asimetrica experimentado por el rotor de turbina basandose en las cargas mecanicas sobre las palas, determinar armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica, y determinar una senal de control de paso individual para cada una de las palas para variar el angulo de paso de cada pala para compensar el momento de carga asimetrica. La senal de control de paso individual para cada pala se determina al menos basandose en los armonicos de orden superior.
El sistema de control de carga comprende ademas un modulador de frecuencia para modular el momento de carga asimetrica, y un filtro de ranura para filtrar el momento de carga asimetrica modulado en frecuencia para generar los armonicos de orden superior.
Segun una realizacion, el sistema de control de carga esta configurado para determinar al menos uno del momento de vuelco y el momento de guinada como momento de carga asimetrica.
Segun una realizacion, el sistema de control de carga comprende una primera unidad de suma para sustraer los armonicos de orden superior de un valor de referencia para generar un valor de referencia modificado, un controlador Integral Proporcional (PI) para determinar componentes de armonicos de orden superior basandose en el valor de referencia modificado, un actuador de paso cfclico para generar un valor de paso cfclico basandose en las componentes de armonicos de orden superior para cada pala, una segunda unidad de suma para sumar el valor de paso cfclico con un valor de paso colectivo para generar la senal de control de paso individual para cada pala, y un controlador de paso para controlar el angulo de paso de cada pala basandose en la senal de control de paso individual correspondiente.
Segun una realizacion, el sistema de control de carga comprende ademas un filtro de paso alto para filtrar componentes de baja frecuencia a partir del momento de carga asimetrica antes de modular el momento de carga asimetrica.
Segun un tercer aspecto de la invencion, se proporciona un sistema de control de carga para su uso en una turbina eolica segun la reivindicacion 9.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se entendera mejor con referencia a la descripcion detallada considerada conjuntamente con los ejemplos no limitativos y los dibujos adjuntos.
La figura 1 muestra un rotor de una turbina eolica que tiene una region de alta velocidad.
La figura 2 muestra la estructura genera de una turbina eolica.
La figura 3 muestra la relacion entre el coeficiente de sustentacion y el angulo de ataque del viento en las palas de la turbina eolica.
La figura 4 muestra una disposicion de sistema de un sistema de control para controlar el angulo de paso de la turbina segun una realizacion.
La figura 5 muestra un diagrama de bloques sobre como obtener los armonicos de orden superior segun una realizacion.
La figura 6 muestra un diagrama de bloques sobre el actuador de paso cfclico segun una realizacion.
La figura 7 muestra un diagrama de flujo del metodo de control de la turbina eolica segun una realizacion.
La figura 8 muestra un grafico que ilustra el efecto de los armonicos de orden superior con y sin el uso del metodo segun la realizacion.
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A continuacion, se hace referencia a realizaciones de la invencion. Sin embargo, ha de entenderse que la invencion no se limita a las realizaciones descritas espedficas. Al contrario, se contempla cualquier combinacion de las siguientes caractensticas y elementos, relacionados o no con diferentes realizaciones, para implementar y poner en practica la invencion.
Ademas, en diversas realizaciones la invencion proporciona numerosas ventajas con relacion a la tecnica anterior. Sin embargo, aunque las realizaciones de la invencion pueden lograr ventajas con relacion a otras soluciones posibles y/o con relacion a la tecnica anterior, si se logra o no una ventaja particular por una realizacion dada no es limitativo de la invencion. Por tanto, los siguientes aspectos, caractensticas, realizaciones y ventajas son meramente ilustrativos y no se consideran elementos o limitaciones de las reivindicaciones adjuntas, excepto cuando se exponga espedficamente en una(s) reivindicacion/reivindicaciones. Asimismo, la referencia a “la invencion” no debe interpretarse como una generalizacion de cualquier contenido inventivo dado a conocer en el presente documento y no debe considerarse un elemento o limitacion de las reivindicaciones adjuntas, excepto cuando se exponga espedficamente en una(s) reivindicacion/reivindicaciones.
A continuacion se facilita una descripcion detallada de realizaciones de la invencion representadas en los dibujos adjuntos. Las realizaciones son ejemplos y estan detalladas de tal forma que se comunica claramente la invencion.
La figura 2 ilustra una turbina eolica 100 a modo de ejemplo segun una realizacion. Tal como se ilustra en la figura 2, la turbina eolica 100 incluye una torre 110, una gondola 120 y un rotor 130. En una realizacion, la turbina eolica 100 puede ser una turbina eolica terrestre. Sin embargo, las realizaciones de la invencion no estan limitadas unicamente a turbinas eolicas terrestres. En realizaciones alternativas, la turbina eolica 100 puede ser una turbina eolica sobre el agua ubicada sobre una masa de agua tal como, por ejemplo, un lago, un oceano o similar. La torre 110 de dicha turbina eolica sobre el agua esta instalada o bien en el fondo del mar o bien en plataformas estabilizadas en o por encima del nivel del mar.
La torre 110 de la turbina eolica 100 puede estar configurada para levantar la gondola 120 y el rotor 130 a una altura en la que el rotor 130 puede recibir un flujo de aire fuerte, menos turbulento y generalmente sin obstrucciones. La altura de la torre 110 puede ser cualquier altura razonable, y debe considerar la longitud de las palas de turbina eolica que se extienden desde el rotor 130. La torre 110 puede estar compuesta por cualquier tipo de material, por ejemplo, acero, hormigon o similar. En algunas realizaciones, la torre 110 puede estar compuesta por un material monolftico. Sin embargo, en realizaciones alternativas, la torre 110 puede incluir una pluralidad de secciones, por ejemplo, dos o mas secciones tubulares de acero 111 y 112, tal como se ilustra en la figura 2. En algunas realizaciones de la invencion, la torre 110 puede ser una torre de celosfa. Por consiguiente, la torre 110 puede incluir perfiles de acero soldado.
El rotor 130 puede incluir un buje de rotor (a continuacion en el presente documento denominado simplemente el “buje”) 132 y al menos una pala 140 (tres de tales palas 140 se muestran en la figura 2). El buje de rotor 132 puede estar configurado para acoplar la al menos una pala 140 a un arbol (no mostrado). En una realizacion, las palas 140 pueden tener un perfil aerodinamico, de tal modo que, a velocidades del viento predefinidas, las palas 140 experimentan sustentacion, haciendo rotar radialmente las palas alrededor del buje de este modo. El buje 140 comprende ademas mecanismos (no mostrados) para ajustar el paso de la pala 140 para aumentar o reducir la cantidad de energfa eolica capturada por la pala 140. La regulacion de paso ajusta el angulo en el que el viento golpea la pala 140. Tambien es posible que el paso de las palas 140 no pueda ajustarse. En este caso, el perfil aerodinamico de las palas 140 esta disenado de manera que la sustentacion experimentada por las palas se pierde cuando la velocidad del viento supera un umbral determinado, lo que provoca que la turbina se detenga.
El buje 132 normalmente rota en torno a un eje sustancialmente horizontal a lo largo de un arbol de accionamiento (no mostrado) que se extiende desde el buje 132 hasta la gondola 120. El arbol de accionamiento esta acoplado habitualmente a uno o mas componentes de la gondola 120, que estan configurados para convertir la energfa de rotacion del arbol en energfa electrica.
Aunque la turbina eolica 100 mostrada en la figura 2 tiene tres palas 140, debe observarse que una turbina eolica puede tener diferente numero de palas. Es habitual encontrar turbinas eolicas que tienen de dos a cuatro palas. La turbina eolica 100 mostrada en la figura 2 es una turbina eolica de eje horizontal (HAWT) dado que el rotor 130 rota en torno a un eje horizontal. Debe observarse que el rotor 130 puede rotar en torno a un eje vertical. Dicha turbina eolica cuyo rotor rota en torno a un eje vertical se conoce como turbina eolica de eje vertical (VAWT). Las realizaciones descritas de aqrn en adelante no estan limitadas a HAWT de 3 palas. Pueden implementarse tanto en HAWT como en VAWT, y pueden tener cualquier numero de palas 140 en el rotor 130.
La figura 4 muestra una disposicion de sistema de un sistema de control para controlar el angulo de paso de la turbina segun una realizacion. Los momentos de vuelco y de guinada (Mvuelco y Mguinada) se determinan en una primera unidad de determinacion 201 basandose en las senales de carga de pala medidas, por ejemplo, los momentos de curvado de rafz de pala. Debe observarse que pueden medirse otras senales para determinar los momentos de vuelco y de guinada ademas de o alternativamente a las senales de carga de pala.
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A partir de los momentos de vuelco y de guinada, se determina las componentes de frecuencia 3p (M3x y M3pz) de los momentos de vuelco y de guinada en una segunda unidad de determinacion 202. Debe observarse que 1p corresponde a una rotacion o revolucion completa del rotor. Las componentes de frecuencia 3p se sustraen de sus respectivos valores de referencia en una unidad de suma 203 para obtener un valor de error o valor de referencia modificado. Especfficamente, las componentes de frecuencia 3p de momento x se sustraen de un valor de referencia de componente de frecuencia 3p de momento x (M3px_ref) para generar un valor de error de componente de frecuencia 3p de momento x. Las componentes de frecuencia 3p de momento z se sustraen de un valor de referencia de componente de frecuencia 3p de momento z (M3pz_ref) para generar un valor de error de componente de frecuencia 3p de momento z.
Los valores de error se alimentan a un controlador PI 204 y se transforman posteriormente en un actuador de paso cfclico 206 en valores de paso cfclico respectivos de frecuencia 2p (3i,refsp, —2,ref3p y —3,ref3p). Se generan senales de control de paso para las respectivas palas de turbina cuando los valores de paso cfclico se suman con los valores de control de paso colectivos y de momento 0p (desviacion de paso) (—10pcol, —20pcol y —30pcol). Las senales de control de paso se usan para controlar individualmente las palas de turbina. Dado que los valores de paso cfclico 2p se determinan para compensar los momentos de vuelco y de guinada 3p, las senales de control de paso resultantes ajustan los respectivos angulos de paso de las palas de tal modo que los momentos de vuelco y de guinada, asf como las componentes de frecuencia 3p de los mismos, se eliminan o minimizan.
La figura 5 muestra un diagrama de bloques de la segunda unidad de determinacion 202 sobre como determinar los armonicos de orden superior (es decir, componentes de frecuencia 3p) de los momentos de vuelco y de guinada segun una realizacion. Especfficamente, el momento de vuelco Mvuelco se hace pasar a traves de un filtro de paso alto 210 para eliminar las componentes de frecuencia no deseados iguales o inferiores a ip (es decir, componentes de frecuencia iguales o inferiores a la velocidad de rotor). Entonces, las senales de portadora sinusoidales modulan el momento de vuelco filtrado Mvuelco. Las senales de portadora pueden representarse de la siguiente manera:
Y = 2sen(3>rot);
Y = 2sen(3*^rot), donde ^rot es el angulo acimutal del rotor.
Por consiguiente, la frecuencia de las senales de portadora depende del angulo acimutal del rotor de turbina. A continuacion, las senales moduladas se hacen pasar a traves de filtros de ranura 211 para generar las componentes de frecuencia 3p del momento de vuelco M3pvuelcosen, M3pvuelcocos.
De manera similar, el momento de guinada Mguinada se hace pasar a traves de un filtro de paso alto 212 para eliminar las componentes de senal no deseadas iguales o inferiores a 1p. Entonces, las senales de portadora sinusoidales modulan el momento de guinada filtrado Mguinada. Entonces, las senales moduladas se hacen pasar a traves de filtros de ranura 213 para generar las componentes de frecuencia 3p del momento de guinada M3pguinadasen, M3pguinadacos. Entonces, las componentes de frecuencia 3p de vuelco y guinada M3pvuelcosen, M3pvuelcocos, M3pgumadasen, M3pguinadacos se transforman en componentes de frecuencia de momento x y z (M3px, M3pz) sumando las componentes 3p individuales y ponderandolas con un factor (RazonV2G) de entre uno y cero. Especfficamente, M3px se calcula sumando el producto de la parte de seno de momento de vuelco (M3pvuelcosen) y el factor de ponderacion RazonV2G y el producto de la parte de coseno de momento de guinada (M3pguinadacos) y un factor de ponderacion negativo RazonV2G. Por consiguiente, M3pz se calcula sumando el producto de la parte de coseno de momento de vuelco (M3pvuelcocos) y el factor de ponderacion RazonV2G y el producto de la parte negativa de seno de momento de guinada (-M3pguinadasen) y un factor de ponderacion negativo RazonV2G.
La figura 6 muestra un diagrama de bloques del actuador de paso cfclico 206 segun una realizacion. El actuador de paso cfclico es una funcion del angulo acimutal del rotor ^rot, asf como de la correccion de fase ^alfa. La correccion de fase depende de la velocidad angular del rotor o velocidad del rotor (rarat). Este bloque transforma la amplitud de paso especificada de las componentes 3p de —3px y —3pz en el angulo de las tres componentes de paso de pala
—1,ref3p, —2,ref3p y —3,ref3p.
La figura 7 muestra a diagrama de flujo del metodo para controlar la turbina eolica segun una realizacion. La etapa 301 incluye determinar las cargas mecanicas sobre las palas. La etapa 302 incluye determinar el momento de carga asimetrica basandose en las cargas mecanicas determinadas sobre las palas. El momento de carga asimetrica puede incluir momento de vuelco o momento de guinada o tanto momentos de vuelco como de guinada. La etapa 303 incluye determinar los armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica. Estos armonicos de orden superior incluyen, por ejemplo, componentes de frecuencia 3p. La etapa 304 incluye determinar las senales de control de paso individuales para controlar el angulo de paso de cada una de las palas. Las senales de control de paso individuales se determinan al menos basandose en los armonicos de orden superior, de tal modo que se compensan las componentes de carga 3p.
La figura 8 muestra un grafico que ilustra el efecto de los armonicos de orden superior con y sin el uso del metodo segun la realizacion. Se comparan dos simulaciones de una turbina, que funciona a una velocidad del viento de 35 m/s y un error de guinada de 45 grados. En esta situacion, las cargas 3p son particularmente fuertes. Sin mitigacion de momento de vuelco y de guinada, la turbina opera a un angulo de paso constante de 17,4 grados. El
momento de vuelco oscila entre 10,5 y 20,5 MNm con una frecuencia de 0,5 Hz, que coincide con la frecuencia 3p de esta turbina (vease la curva 401).
Con la mitigacion de momentos de vuelco y de guinada activada segun la realizacion, se hace funcionar el paso en un esquema cfclico con una frecuencia de 0,33 Hz (2p). En este caso, el momento de vuelco solo tiene oscilaciones 5 de aproximadamente 1 MNm, es decir, de 1/10 del valor original (vease la curva 402), mientras que el valor medio se mantiene igual.
Aunque la invencion se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a realizaciones especfficas, los expertos en la tecnica deben entender que pueden realizarse varios cambios en la forma y los detalles en la misma sin apartarse del alcance de la invencion tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por tanto, el alcance de 10 la invencion se indica en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

10
15
2.
3.
20
25
30 4.
5.
35
Metodo de funcionamiento de una turbina eolica que comprende un rotor de turbina con al menos dos palas, teniendo cada pala un angulo de paso variable, comprendiendo el metodo:
- determinar cargas mecanicas sobre las palas;
- determinar un momento de carga asimetrica experimentado por el rotor de turbina basandose en las cargas mecanicas sobre las palas;
- determinar armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica; y
- determinar una senal de control de paso individual para cada una de las palas para variar el angulo de
paso de cada pala para compensar el momento de carga asimetrica, en el que la senal de control de paso individual para cada pala se determina al menos basandose en los armonicos de orden superior;
caracterizado porque la determinacion de los armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica comprende ademas:
- modular en frecuencia el momento de carga asimetrica; y
- someter a filtro de ranura el momento de carga asimetrica modulado en frecuencia para generar los armonicos de orden superior.
Metodo segun la reivindicacion 1, en el que determinar el momento de carga asimetrica comprende determinar al menos uno del momento de vuelco y el momento de guinada.
Metodo segun la reivindicacion 1 o 2, en el que determinar la senal de control de paso individual
comprende:
- sustraer los armonicos de orden superior de un valor de referencia para generar un valor de referencia modificado;
- determinar componentes de armonicos de orden superior basandose en el valor de referencia modificado;
- generar un valor de paso cfclico basandose en las componentes de armonicos de orden superior para cada pala;
- sumar el valor de paso cfclico con un valor de paso colectivo para generar la senal de control de paso individual para cada pala; y
- controlar el angulo de paso de cada pala basandose en la senal de control de paso individual correspondiente.
Metodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas filtrar el momento de carga asimetrica para eliminar componentes de baja frecuencia antes de modular el momento de carga asimetrica.
Turbina eolica que tiene un rotor de turbina con al menos dos palas, teniendo cada pala un angulo de paso variable, comprendiendo la turbina eolica un sistema de control de carga que esta configurado para:
- determinar cargas mecanicas sobre las palas;
- determinar un momento de carga asimetrica experimentado por el rotor de turbina basandose en las cargas mecanicas sobre las palas;
- determinar armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica; y
- determinar una senal de control de paso individual para cada una de las palas para variar el angulo de
paso de cada pala para compensar el momento de carga asimetrica, en la que la senal de control de paso individual para cada pala se determina al menos basandose en los armonicos de orden superior;
caracterizada porque el sistema de control de carga comprende ademas:
- un modulador de frecuencia para modular el momento de carga asimetrica; y
- un filtro de ranura para filtrar el momento de carga asimetrica modulado en frecuencia para generar los
armonicos de orden superior.
5
10
15
20
25
Turbina eolica segun la reivindicacion 5, en la que el sistema de control de carga esta configurado para determinar al menos uno del momento de vuelco y el momento de guinada como momento de carga asimetrica.
Turbina eolica segun la reivindicacion 5 o 6, en la que el sistema de control de carga comprende:
- una primera unidad de suma para sustraer los armonicos de orden superior de un valor de referencia para generar un valor de referencia modificado;
- un controlador Integral Proporcional (PI) para determinar componentes de armonicos de orden superior basandose en el valor de referencia modificado;
- un actuador de paso cfclico para generar un valor de paso cfclico basandose en las componentes de armonicos de orden superior para cada pala;
- una segunda unidad de suma para sumar el valor de paso cfclico con un valor de paso colectivo para generar la senal de control de paso individual para cada pala; y
- un controlador de paso para controlar el angulo de paso de cada pala basandose en la senal de control de paso individual correspondiente.
Turbina eolica segun la reivindicacion 7, en la que el sistema de control de carga comprende ademas un filtro de paso alto para filtrar componentes de baja frecuencia a partir del momento de carga asimetrica antes de modular el momento de carga asimetrica.
Sistema de control de carga para su uso en una turbina eolica que tiene un rotor de turbina con al menos dos palas, teniendo cada pala un angulo de paso variable, estando configurado el sistema de control de carga para:
- determinar cargas mecanicas sobre las palas;
- determinar un momento de carga asimetrica experimentado por el rotor de turbina basandose en las cargas mecanicas sobre las palas;
- determinar armonicos de orden superior a partir del momento de carga asimetrica; y
- determinar una senal de control de paso individual para cada una de las palas para variar el angulo de paso de cada pala para compensar el momento de carga asimetrica, en el que la senal de control de paso individual para cada pala se determina al menos basandose en los armonicos de orden superior segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
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