ES2714085T3 - Método de control de aerogeneador - Google Patents
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Abstract
Método de control de aerogenerador que comprende una serie de palas, y un sistema de control de ángulo de paso de pala, comprendiendo el método los siguientes pasos: - calcular un valor indicativo de desorientación del aerogenerador a partir de al menos una señal indicativa de la dirección de viento, - calcular una consigna inicial de ángulo de paso de pala ß; - modificar la consigna inicial de ángulo de paso de pala ß si ésta es menor que un valor de límite inferior de ángulo de paso de pala βMIN de manera que una consigna final de ángulo de paso de pala sea mayor o igual que el valor del límite inferior del ángulo de paso de pala βMIN; y - actuar sobre al menos una de las palas del aerogenerador en función del valor de consigna de ángulo de paso de pala final; donde en la etapa de cálculo de la consigna inicial de ángulo de paso de pala ß se lleva a cabo en función de al menos un valor relacionado con un error en la velocidad de giro del rotor y el valor de límite inferior de ángulo de paso de pala βMIN se calcula a partir de al menos un valor indicativo de la desorientación, y estando el método caracterizado porque el cálculo del valor de límite inferior de ángulo de paso de pala βMIN comprende llevar a cabo una comparación de una señal indicativa de la velocidad de viento con una curva o tabla que comprende una correlación entre el valor límite inferior de ángulo de paso de pala βMIN que marca un umbral de entrada en pérdida y cada valor de la señal indicativa de la velocidad de viento.
Description
DESCRIPCION
Metodo de control de aerogeneador
La presente invencion se refiere al campo tecnico de las energfas renovables, mas concretamente a la generacion de energfa electrica a partir de energfa eolica.
El objeto de la invencion va dirigido a un metodo de control de aerogeneradores que permite gestionar de manera eficiente su funcionamiento en situaciones de anomalfas como puede ser la desalineacion.
ESTADO DE LA TECNICA
Hoy en dfa es habitual el empleo de energfas renovables para la generacion electrica, siendo de entre ellas la energfa eolica una de las mas eficientes. La energfa eolica permite generar electricidad a partir del viento mediante aerogeneradores. Dichos aerogeneradores constan basicamente de una torre, una gondola que alberga el generador electrico, un rotor formado a su vez por al menos dos palas, y un tren de potencia que transmite potencia del rotor hacia el generador electrico. El tren de potencia puede comprender una multiplicadora que conecta un eje de baja velocidad conectado al rotor y un eje de alta velocidad conectado al generador electrico.
En aerogeneradores multimegawatio, existe una tendencia de mercado hacia rotores mayores, que proporcionan energfa a un coste menor. En dichas configuraciones existe una importancia creciente del sistema de control. Dicho sistema maximiza la produccion de energfa a la par que limita las cargas mecanicas producidas por el viento. Para ello, el sistema de control actua sobre el angulo de paso de pala -angulo de pitch- y sobre el par demandado al generador.
Por una parte, el angulo de pitch se controla mediante un conjunto de actuadores que hacen girar la pala en torno a su eje longitudinal. Dicha actuacion consigue variar el par aerodinamico, bien para obtener la maxima potencia posible del viento en unas condiciones meteorologicas, bien para limitar las cargas mecanicas producidas sobre el aerogenerador.
Por otra parte, el sistema de control modula el par demandado al generador desde el convertidor. La modulacion del par tambien se realiza con el doble objetivo de obtener la maxima potencia posible del viento en unas condiciones meteorologicas dadas, y para limitar las cargas mecanicas producidas sobre el aerogenerador.
Debido a la naturaleza tridimensional y estocastica del viento -a lo largo del area barrida por el rotor, el viento es un vector no uniforme en el espacio y aleatorio-, las cargas experimentadas por cada pala y como consecuencia de ello por la turbina eolica, son variables en el tiempo. Un ejemplo de esta variabilidad se observa en funcion de la altura respecto a la superficie terrestre, produciendose el fenomeno conocido como cortadura (wind shear). Otro ejemplo es la variabilidad de la direccion del viento, que obliga a considerar la actuacion de un sistema que orienta la nacelle para mantener el rotor correctamente orientado. Se trata del sistema de yaw.
El sistema de yaw no actua continuamente. Unicamente orienta el rotor hacia la direccion del viento cuando un sistema que comprende una veleta detecta que la desorientacion supera cierto valor umbral durante tiempo determinado. En el transcurso del tiempo en que el rotor permanece desorientado, pueden darse situaciones en que la desorientacion provoque que al menos una pala entre en perdida, produciendose aerodinamicas elevadas sobre el rotor, y perdiendose la capacidad de control mediante la regulacion del paso de pala. La presente invencion esta concebida para atajar este problema.
En el estado de la tecnica actual, lo habitual es lo siguiente:
• Cuando se detecta una desorientacion el sistema de control actua con el sistema de orientacion de la gondola para corregirla. Sin embargo, el control de yaw, se realiza en base a senales medias de desorientacion que tienen que superar un umbral durante un tiempo determinado (no breve) para evitar la sobreactuacion con el sistema de yaw. Ademas, el sistema de yaw es un sistema de actuacion lenta (del orden de unos pocos grados por segundo), que hace que, si el cambio en la direccion del viento es grande y rapido, pase bastante tiempo hasta que se corrige. Por ejemplo, para un error de 90° a una velocidad habitual del sistema de orientacion de yaw de 2°/s, se tardarfa en orientar correctamente la maquina unos 45 s. Esto provoca que las cargas aumenten hasta que se corrige la orientacion. Este es el estado de la tecnica que se toma como el estado de la tecnica mas cercano para plantear la invencion.
• La curva que define el mfnimo angulo de paso de pala pmin - (ver Figura 1 que detalla el estado de la tecnica: ilustrando una curva de mfnimo angulo de paso de pala como funcion de la velocidad del viento) - es predeterminada, i.e. para cada velocidad de viento (o potencia) se fija un angulo de paso de pala mfnimo para evitar excursiones de velocidad.
En la zona de regulacion de velocidad en que la potencia generada es igual a la nominal PN, los transitorios en la velocidad de rotor provocados por las rafagas de viento pueden llevar a sobrevelocidades (por ejemplo, tras un descenso de velocidad de viento que ha llevado asociado una disminucion de angulo de paso de pala, se puede producir un incremento tan rapido de viento que no de tiempo a aumentar el angulo de paso de pala en consecuencia). En ese caso el sistema de control del aerogenerador provoca la desconexion de la maquina de la red electrica. Para
prevenir dichas sobrevelocidades que producen la parada de la turbina, existe la posibilidad de limitar el minimo angulo de paso de pala alcanzado en fenomenos transitorios. Para ello, el sistema de control del estado de la tecnica utiliza una curva predeterminada por la que fija un umbral minimo que se aplica a la consigna de paso de pala en funcion del angulo de paso de pala medio el angulo de paso de pala medio (se emplea habitualmente como senal indicativa de la velocidad de viento media o potencia). De esta forma, para determinado angulo de paso de pala medio calculado en una ventana de tiempo, no se permiten excursiones de paso de pala por debajo de cierto valor de paso de pala.
Existen casos en los que el angulo de paso de pala minimo (en lugar de ser predeterminado para cada velocidad de viento media o potencia o paso de pala medio) se varfa teniendo en cuenta la modificacion de la eficiencia aerodinamica de la pala debida, por ejemplo, a la deposicion de hielo o suciedad sobre ella. Ejemplos de estas tecnicas de control se encuentran en los siguientes documentos:
Asf el documento US8096761 describe un metodo de control que, ante la presencia de hielo, modifica el valor del minimo angulo de paso de pala pmin. Esta patente no especifica como se identifica la presencia de hielo, hablandose solo de una estimacion de la perdida de eficiencia aerodinamica. Mientras que en US4656362 se presenta un metodo de control que modifica el valor del minimo angulo de paso de pala pmin utilizando un valor relacionado con el rendimiento aerodinamico.
Adicionalmente, es conocido por el documento US2012009062 un metodo para mitigar cargas en aerogeneradores en eventos de error de yaw. Este metodo determina un error de yaw y una velocidad del aerogenerador y determina una magnitud de reduccion de carga del aerogenerador basada en magnitudes del error de yaw y de la velocidad, y reduce la potencia de salida del aerogenerador basada en la magnitud de la reduccion de carga.
En la actualidad las tecnicas de control individual de paso de pala utilizan sensores para medir las cargas sobre las palas, a partir de las cuales se estiman las cargas sobre ejes fijos.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
En un primer aspecto, la presente invencion se refiere a un metodo de control de aerogeneradores de acuerdo a la reivindicacion 1. Mas concretamente el metodo de control aquf descrito se hace de especial utilidad cuando se determina que existe una desalineacion del aerogenerador con respecto del viento incidente, lo cual puede provocar funcionamientos no optimos en cuanto a captura a la vez que puede incidir en anomalfas en el propio aerogenerador y sus componentes.
El metodo de control de la presente de la invencion, realiza una serie de tomas de datos y a partir de los mismos un se procede a llevar a cabo un calculo del lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin a partir del valor de la desorientacion del aerogenerador 9 .Para ello se procede a la obtencion del valor de al menos una senal indicativa de la velocidad de viento incidente en el aerogenerador o de una media del mismo, por ejemplo, una senal referida al angulo medio de angulo de paso de pala y un valor indicativo de la desorientacion del aerogenerador 9.
Para obtener un valor del lfmite inferior de angulo de paso de pala pmin a partir de dicho valor indicativo de la desorientacion del aerogenerador 9, inicialmente se hace uso de unos calculos que permiten obtener una correlacion que define el angulo de paso de pala minimo pmin que marca un umbral de entrada en perdida para cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento. Dicha correlacion se modela en forma de tabla y se implementa en el sistema de control del aerogenerador para tener caracterizada la correlacion entre el lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin que marca un umbral de entrada en perdida y cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento X. Esto permite obtener para cada valor senal indicativa de la velocidad de viento X el valor lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin para evitar la operacion en zona de perdida aerodinamica.
Adicionalmente, el metodo aquf descrito presenta una adicion de un termino adicional Apmin al valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala pmin obtenido a partir de la comparacion de la senal indicativa de la velocidad de viento curva o tabla que comprende una correlacion que define el angulo de paso de pala minimo pmin que marca un umbral de entrada en perdida para cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento. La adicion del citado termino adicional Apmin se anula en el caso en el que se determina que la direccion del viento se mantiene, transcurrido un tiempo desde que se ha producido una variacion rapida en el valor indicativo de la desorientacion como consecuencia de un cambio rapido en la direccion del viento.
Alternativamente, se aplican constantes de tiempo distintas en un filtro para la estimacion de un valor del ratio velocidad de punta de pala A filtrado, empleado como senal indicativa de la velocidad de viento para la obtencion del lfmite inferior del angulo de paso de pala pmin.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Figura 1. Muestra una grafica donde se detalla el estado de la tecnica: en la cual se ilustra una curva de angulo de paso de pala mmimo en funcion de velocidad de viento. Se puede ver que por debajo de velocidad de viento nominal hay una zona de carga parcial, mientras que por encima de potencia nominal velocidad del viento nominal se da una regulacion de velocidad de giro con el angulo de paso de pala.
Figura 2. Muestra un diagrama de bloques del sistema de control que permite implementar el metodo de la invencion.
Figura 3. Muestra una grafica donde se aprecian las curvas Coeficiente de potencia Cp- angulo de paso de pala P; para diferentes ratios de velocidad de punta de pala X.
Figura 4. Muestra una grafica donde se aprecian una curva (Pmin-X) que define el angulo de paso de pala mmimo Pmin que marca el umbral de entrada en perdida para cada valor de ratio de velocidad de punta de pala X.
Figura 5. Muestra una grafica donde se aprecia una curva de potencia en funcion de velocidad de viento (por debajo de velocidad de viento nominal zona de produccion parcial, por encima de viento nominal: zona de produccion nominal o de regulacion de velocidad de giro con el angulo de paso de pala.
Figura 6. Muestra una grafica donde se aprecia el Pmin resultante en una realizacion que comprende sumar un valor adicional APmin al lfmite mmimo definido por la curva que marca el angulo de paso de pala de entrada en perdida para cada APminO).
Figura 7. Muestra un diagrama donde se aprecia un detalle del bloque de calculo del lfmite mmimo de angulo de paso de pala en funcion de la desorientacion segun una realizacion preferente. En este caso, se suma un termino adicional a P min al lfmite mfnimo definido por la curva que marca el angulo de paso de pala de entrada en perdida para cada APminO).
Figura 8. Muestra un diagrama de un detalle del bloque de calculo del valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin en funcion de la desorientacion segun una realizacion alternativa en la cual en funcion de la desorientacion se modifica la constante de tiempo de filtrado x del filtro F1 aplicado a la medida del ratio de velocidad de punta de pala A que permite la obtencion de una senal filtrada Amed empleada para la obtencion de Pmin definido por la curva que marca el angulo de paso de pala p de entrada en perdida para cada valor del ratio de velocidad de punta de pala A.
EJEMPLO DE REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
El aerogenerador al cual va destinado el metodo de control objeto de la invencion comprende, una serie de palas, y un sistema de control de angulo de paso de pala p como el que se observa en la figura 2. Dicho sistema de control de paso de pala permite implementar el metodo de control objeto de la invencion, en el que en funcion de un valor de desorientacion 9 del aerogenerador con respecto una direccion de viento incidente se calcula un valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin en un bloque de calculo de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin . A la vista de dicha figura 2 se aprecia que una consigna inicial de angulo de paso de pala Pref puede ser calculada como suma de las aportaciones de dos reguladores tipo PI, uno empleando como senal de entrada el error de velocidad de giro de rotor (raref-ramed) y el otro empleando como entrada la diferencia entre el par nominal y el par calculado en el regulador de velocidad de giro con par (Trated-Tmed). La consigna inicial de paso de pala Pref se acota superior e inferiormente entre unos lfmites de angulo de paso de pala superior e inferior (Pmax,Pmin) para la obtencion de una consigna de paso de pala final Pref final que se enviara a los actuadores de paso de pala. Para el calculo del valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin , el sistema de control emplea como informacion al menos un valor indicativo de desorientacion 9 del generador.
De esta manera y haciendo uso del sistema de control anteriormente citado o de uno similar se procede a calcular:
• Un valor indicativo de desorientacion 9 del aerogenerador a partir de al menos una senal indicativa de la direccion del viento.
• Una consigna inicial de angulo de paso de pala p en funcion de al menos un valor relativo a un error de velocidad de giro del rotor (raref-ramed).
Para posteriormente proceder a modificar al menos un consigna inicial de angulo de paso de pala si esta es menor que el valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin, calculado a partir del valor indicativo de la desorientacion 9, de manera que una consigna final de paso de pala sea mayor o igual que el valor de lfmite inferior de angulo de
paso de pala Pmin para posteriormente actuar sobre al menos una de las palas del aerogenerador en funcion del valor de consigna de paso de pala final.
Ademas el metodo de control comprende calcular el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Umin a partir del valor indicativo de la desorientacion 9.
De esta manera, el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin se adecua a las condiciones de orientacion del aerogenerador, para prevenir perdidas de sustentacion excesivas y/o cargas.
Para poder calcular el valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala mfnimo Pmin se procede a realizar una la comparacion de una senal indicativa de la velocidad de viento con una curva o tabla que comprende una correlacion entre el angulo de paso de pala mfnimo Pmin y la senal indicativa de velocidad del viento la cual define el angulo de paso de pala mfnimo Pmin que determina un umbral de entrada en perdida aerodinamica para cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento. Los datos que dan lugar a la tabla o la curva se pueden obtener mediante simulacion de los puntos relacionados con el coeficiente de potencia Cp para cada angulo de paso de pala p a diferentes velocidades de punta de pala.
En una posible realizacion se emplea un ratio de velocidad de punta de pala X como senal indicativa de viento, si bien en otras posibles realizaciones la senal indicativa de velocidad de viento puede ser tomada a partir de datos velocidad de viento instantanea, velocidad de viento media o a partir de datos relacionados con la potencia media o el angulo de paso de pala medio. Sin embargo, el empleo del ratio de velocidad de punta de pala A permite tener en cuenta no solamente los efectos de la velocidad de viento sobre el rotor, sino efectos de rotacion del propio rotor, pues la influencia de la velocidad de giro del rotor sobre la sustentacion del perfil (medido a traves del coeficiente de potencia Cp) es sustancial. El ratio de velocidad de punta de pala A se determina a partir de medidas de velocidad de viento -que pueden tomarse mediante medios de captura de datos de viento como anemometros- y velocidad de giro de rotor y se calcula por medio de la siguiente formula, como el cociente entre velocidad lineal de la punta de la pala y la velocidad de viento segun la formula:
r velocidad _ lineal _ punta _ pala "s
X
,
velocidad viento ,
En la figura 3 se muestran unas curvas que ilustran la relacion entre el coeficiente de potencia Cp y el angulo de paso de pala P para diferentes valores de ratio de velocidad de punta de pala X, Se aprecia ademas que dichas curvas tienen respectivos valores maximos que marcan una transicion entre dos zonas de operacion:
• Una primera zona o zona de operacion normal, para la cual se sintoniza el control del aerogenerador. • Una segunda zona o zona de entrada en perdida aerodinamica para la cual el control del aerogenerador no es valido. Es por ello que el control del aerogenerador incorpora el valor lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin para evitar la operacion en zona de perdida aerodinamica. Asf, el calculo de la consigna inicial de angulo de paso de pala p se lleva a cabo en funcion del error de la velocidad de giro del rotor.
Dichas curvas no tienen en cuenta perdidas de sustentacion asociadas a una eventual deposicion de partfculas sobre la superficie de la pala que alteren la geometrfa de los perfiles aerodinamicos ni a otros efectos que varfan la sustentacion de las palas, tales como la desorientacion y su correspondiente valor 9.
Los puntos maximos de las curvas que relacionan el coeficiente de potencia [Cp] con el angulo de paso de pala P para diferentes valores de ratio de velocidad de punta de pala X definen unos pares de puntos p -X que se emplean para caracterizar una curva (Pmin-X), que se aprecia en la figura 4, que a su vez define el angulo de paso de pala mfnimo Pmin que marca un valor de umbral de entrada en perdida para cada valor de ratio de velocidad de punta de pala X. Dicha curva se modela en una realizacion en forma de la anteriormente citada tabla y se implementa en el sistema de control del aerogenerador para tener caracterizada la correlacion entre el angulo de paso de pala mfnimo Pmin que marca un umbral de entrada en perdida y cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento X. Esto permite obtener para cada valor del ratio de velocidad de punta de pala X el valor lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin para evitar la operacion en zona de perdida aerodinamica. En hipotetico valor de lambda en el instante i (XMed(i)), se obtiene el correspondiente valor lfmite inferior de angulo de paso de pala(PMiN(i)) tal y como se aprecia tras visualizar la figura 4.
Como la tabla implementada en el sistema de control del aerogenerador comprende un numero de pares de puntos limitado, para aquellas medidas de valores de ratio de velocidad de punta de pala X que no se corresponden con
ninguno de los puntos de la tabla, se realiza un proceso de interpolacion entre al menos dos de ellos empleando tecnicas de interpolacion convencionales, como por ejemplo una interpolacion lineal.
Dado que las senales relacionadas con las medidas de la velocidad de viento y de la velocidad de giro de rotor necesarias para la obtencion del ratio de velocidad de punta de pala A pueden tener ruido y producir efectos no deseables tales como fluctuaciones; el metodo aquf descrito preve aplicar al menos un filtro F1 a cualquier senal que requiera del mismo, como en este caso a las senales relacionadas con el ratio de velocidad de punta de pala A para asf realizar un proceso de filtrado y alisar dicha senal en el tiempo y que dichas fluctuaciones en las medidas no se vean reflejadas en el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin.
Dichos filtros pueden ser de cualquier tipo que permita obtener el resultado deseado, como puede ser un filtro de paso bajo que permita el paso de frecuencias mas bajas y atenue aquellas frecuencias mas altas y que ademas presenta una constante de tiempo configurable, o un filtro basado en una media movil cuyo calculo se puede llevar a cabo con un numero de numero de puntos que es configurable.
En una realizacion preferente, el metodo comprende sumar un termino adicional de angulo de paso de pala mfnimo A Pmin (que puede ser predeterminado o dependiente del valor de la desorientacion 9) al valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin obtenido a partir de la comparacion de la senal indicativa del ratio de velocidad de punta de pala A con la curva o tabla predeterminada que define el angulo de paso de pala mfnimo Pmin en el que la pala no entra en perdida, como se ilustra en las figuras 6 y 7. De esta manera, cuando existe desorientacion, el valor de lfmite mfnimo de angulo de paso de pala Pmin es mayor que cuando no existe, permitiendo emplear un lfmite mayor para evitar que la pala evolucione hacia un angulo de paso de pala p menor al que la velocidad de viento requiere (notese que debido a la desorientacion, la componente de viento perpendicular al plano del rotor es menor que cuando el aerogenerador esta orientado, por lo que el angulo de paso de pala p tiende a disminuir para mantener la velocidad de giro; sin embargo, el angulo de paso de pala p en esas circunstancias es menor que el correspondiente a la misma velocidad de giro con el aerogenerador orientado correctamente). Esto es particularmente ventajoso en la zona de produccion nominal, o lo que es lo mismo, la zona en la que hay regulacion de velocidad de giro de rotor con el angulo de paso de pala p.
Segun una realizacion como la que se muestra en la figura 8; el metodo comprende modificar una constante de tiempo de filtrado x cuando hay desorientacion. Asf, en una realizacion, la constante de tiempo de filtrado x cuando hay desorientacion x Desorientada empleada en el filtro F1 para calcular el valor filtrado del ratio de velocidad de punta de pala A, Amed, es diferente que la constante de tiempo de filtrado cuando no hay desorientacion x orientada. En concreto, de manera preferente el valor de la constante de tiempo del filtrado cuando hay una desorientacion significativa X Desorientada es mayor que la constante de tiempo del filtrado cuando no la hay x orientada, es decir (x Desorientada > X_Orientada ). Esto tiene como efecto tecnico, el tener una variacion mas lenta de la senal filtrada de A, Amed, para la misma senal de entrada cuando hay desorientacion que cuando no la hay y, por tanto, una evolucion mas temporal mas lenta del valor del lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin en dichas circunstancias. Esto es especialmente ventajoso en la zona de operacion a carga parcial, o lo que es lo mismo, la zona en la que se regula la velocidad de giro del rotor con el par electrico del generador. En este caso, cuando el aerogenerador se encuentra en la zona de regulacion de velocidad de giro con par el angulo de paso de pala p es el de mayor produccion (o mayor coeficiente de sustentacion). En este caso, si de repente se produce una rafaga de viento, el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin aumentara su valor conforme aumente la velocidad de viento (o el ratio de velocidad de punta de pala A) a una velocidad dependiente de una primera constante de filtrado mas rapido de que lo haga la consigna de angulo de paso de pala para control de velocidad de giro de rotor por el error de velocidad. Esto tiene como efecto que, por ser la consigna de paso de pala p inicial menor que el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin, la consigna final toma el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin. Sin embargo, si en ese momento se produce un cambio de orientacion, es conveniente para reducir las cargas extremas, reducir la velocidad de actuacion del sistema de paso de pala para lo cual se propone reducir la constante de tiempo aplicada para el calculo del ratio de velocidad de punta de pala A.
Ademas, en una posible realizacion, es posible modificar el calculo del valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin solo si se determina que el valor de la desorientacion 9 esta por encima de un valor umbral de desorientacion predefinido, mediante una comparacion del valor de desorientacion 9 del aerogenerador con el umbral.
Asf, por ejemplo, en un posible realizacion en la cual se determina o se sabe que no existe desorientacion o que la desorientacion esta por debajo del valor umbral predefinido, el calculo del valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin se realiza a partir de una senal indicativa de la velocidad de viento, preferiblemente el ratio de velocidad de punta de pala X, y una curva predeterminada que define el angulo mfnimo de paso de pala Pmin que marca el umbral de entrada en perdida para cada valor de ratio de velocidad de punta de pala X, sin llevarse a cabo la suma de ningun termino adicional o modificacion de constante de tiempo del filtrado x. Sin embargo, cuando la desorientacion es significativa, la perdida de sustentacion o variacion del Cp real es relevante y conviene protegerse
contra posibles nuevos cambios de direccion de viento; por lo que, si se determina que la desorientacion supera el valor umbral de desorientacion se lleva a cabo la modificacion de dicho calculo del valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin, bien mediante la suma de un termino adicional de angulo de paso de pala mfnimo A Pmin (que puede ser predeterminado o dependiente del valor de la desorientacion) o bien mediante la modificacion de la constante de tiempo de filtrado x en el filtro F1.
Cuando el aerogenerador se encuentra operando en la zona de produccion nominal segun la figura 5, el sistema de control de paso de pala se encuentra regulando la velocidad de giro del rotor y el aerogenerador se encontrara operando con angulos de paso de pala positivos. En una realizacion, cuando el aerogenerador se encuentra operando en dicha zona, si el valor de desorientacion del aerogenerador supera el valor umbral predefinido, valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin se calcula mediante la adicion de un valor predeterminado APmin al valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin obtenido inicialmente a partir de la comparacion de la senal indicativa de la velocidad de viento con la curva o tabla predeterminada que define el angulo de paso de pala mfnimo Pmin en el que la pala no entra en perdida para cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento, tal y como se aprecia en la figura 7. De esta manera, cuando el aerogenerador se encuentra operando en la zona de regulacion de velocidad con paso de pala, si se produce una desorientacion brusca por culpa de un cambio en la direccion del viento, se evita que el angulo de paso de pala p se reduzca por debajo de un valor mayor que el lfmite mfnimo de entrada en perdida, tal y como se ilustra en la figura 6. En esta zona de produccion es conveniente emplear un valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin por encima del valor del lfmite que marca la entrada en perdida pues, si de nuevo cambia la direccion de viento y pasa a ser similar a la direccion anterior, y el angulo de paso de pala p ya ha bajado como consecuencia de la reduccion de par aerodinamico provocada por la desorientacion transitoria del aerogenerador, la pala se encuentra en una zona en la que vera una carga mas elevada. Por lo tanto es conveniente evitar excesos de cargas y de la manera descrita se consigue una reduccion de cargas de fatiga en situaciones de vientos con frecuentes cambios de direccion en intervalos cortos de tiempo.
Ademas, cuanto mayor sea el error de orientacion, conviene que el aerogenerador este mas protegido frente a nuevos cambios de direccion y rafagas de viento, asf que en una realizacion, el valor de sumado es creciente con el error de orientacion a partir de un error mfnimo umbral.
La obtencion de dicho valor de lfmite mfnimo adicional APmin se lleva a cabo mediante el bloque de calculo del sistema de control que permite calcular, entre otras cosas, el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin en funcion de la desorientacion como el mostrado en la figura 7. Como sea explicado existen diferentes escenarios para el calculo que el termino adicional APmin:
• Comparacion del valor de desorientacion con el valor umbral de desorientacion predefinido de manera que si lo supera o es igual, APmin adopta un valor predeterminado positivo y si no lo supera APmin es igual a cero.
• Asignacion de un valor de APmin para cada valor de desorientacion a partir de una tabla o funcion.
• Combinacion de los dos, comparacion del valor de desorientacion con el valor umbral de desorientacion predefinido y asignacion de un valor de APmin para cada valor de desorientacion a partir de una tabla o funcion cuando el valor de desorientacion supera el valor umbral y cuando no lo supera APmin es igual a cero.
Si se mantiene la direccion de viento transcurrido un intervalo de tiempo predefinido AT desde un cambio brusco en la direccion del viento (que se puede determinar mediante la comparacion de la tasa de cambio de desorientacion con respecto al tiempo), el valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin se vuelve a calcular solamente a partir de la comparacion de una senal indicativa de la velocidad de viento con una curva o tabla predeterminada que define el angulo de paso de pala mfnimo Pmin que marca un umbral de entrada en perdida para cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento. O lo que es lo mismo, transcurrido un AT desde un cambio brusco en la direccion del viento, APmin se anula o x vuelve a tomar el valor original. Esto es asf porque, si se sostiene la direccion de la orientacion de viento durante un tiempo, no conviene mantener un valor de lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin demasiado elevado, pues puede no ser adecuado a la velocidad de viento incidente. Es una medida de proteccion de la maquina transitoria, hasta que se determina que el aerogenerador se encuentra en una situacion estable.
Claims (13)
1. Metodo de control de aerogenerador que comprende una serie de palas, y un sistema de control de angulo de paso de pala, comprendiendo el metodo los siguientes pasos:
• calcular un valor indicativo de desorientacion del aerogenerador a partir de al menos una senal indicativa de la direccion de viento,
• calcular una consigna inicial de angulo de paso de pala p;
• modificar la consigna inicial de angulo de paso de pala p si esta es menor que un valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin de manera que una consigna final de angulo de paso de pala sea mayor o igual que el valor del lfmite inferior del angulo de paso de pala Pmin; y
• actuar sobre al menos una de las palas del aerogenerador en funcion del valor de consigna de angulo de paso de pala final;
donde en la etapa de calculo de la consigna inicial de angulo de paso de pala p se lleva a cabo en funcion de al menos un valor relacionado con un error en la velocidad de giro del rotor y el valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin se calcula a partir de al menos un valor indicativo de la desorientacion, y
estando el metodo caracterizado porque el calculo del valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin comprende llevar a cabo una comparacion de una senal indicativa de la velocidad de viento con una curva o tabla que comprende una correlacion entre el valor lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin que marca un umbral de entrada en perdida y cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento.
2. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la senal indicativa de la velocidad de viento comprende un ratio de velocidad de punta de pala A, definido como el cociente entre la velocidad lineal de la punta de la pala y la velocidad de viento:
f
velocidad _ lineal _ punta _ pala^
A = -------------------------------------------------------- ,
v
velocidad _ viento J
3. Metodo segun la reivindicacion 2, caracterizado porque la senal indicativa de la velocidad de viento es una medida filtrada del ratio de velocidad de punta de pala A obtenida mediante la aplicacion de un filtro F1 al ratio de velocidad de punta de pala A.
4. Metodo segun reivindicacion 3 caracterizado porque el filtro F1 comprende una constante de tiempo x que es configurable.
5. Metodo segun reivindicacion 4 caracterizado porque el filtro F1 es una media movil.
6. Metodo segun reivindicacion 5 caracterizado porque comprende calcular la media movil con un numero configurable de puntos empleados.
7. Metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el calculo del valor del lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin comprende el paso de sumar un termino adicional APmin al valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin obtenido a partir de la comparacion de la senal indicativa de la velocidad de viento con la curva o tabla que comprende la correlacion entre el valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin que marca un umbral de entrada en perdida para cada valor de la senal indicativa de la velocidad de viento, cuando se determina la existencia de desorientacion a partir del valor indicativo de desorientacion.
8. Metodo segun la reivindicacion 7 caracterizado porque el termino adicional APmin es predeterminado o dependiente del valor de la desorientacion del aerogenerador.
9. Metodo segun la reivindicacion 3 caracterizado porque el paso de calcular el valor de lfmite inferior de angulo de paso de pala Pmin comprende una modificacion de una constante de tiempo de filtrado x para el filtro F1 aplicado al ratio de velocidad de punta de pala A.
10. Metodo segun la reivindicacion 9 caracterizado porque comprende comparar el valor indicativo de desorientacion del aerogenerador con un valor umbral de desorientacion predefinido y porque la modificacion de la constante de tiempo de filtrado x para el filtro F1 esta relacionada con el valor indicativo de desorientacion del aerogenerador; de tal manera que una constante de tiempo de filtrado x para el filtro F1 es mayor cuando el valor indicativo de desorientacion del aerogenerador es mayor que el valor umbral de desorientacion y menor cuando el valor indicativo de desorientacion del aerogenerador es menor que el valor umbral de desorientacion.
11. Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10 caracterizado porque la modificacion de la constante de tiempo de filtrado x para el filtro F1 aplicado al ratio de velocidad de punta de pala A se lleva a cabo en una zona de produccion parcial.
12. Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9 caracterizado porque, transcurrido un intervalo de tiempo predefinido AT desde un cambio brusco en la desorientacion, si la direccion de viento se mantiene, el termino adicional APmin se cancela.
13. Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11 caracterizado porque, transcurrido un intervalo de tiempo predefinido AT desde un cambio brusco en la desorientacion, si la direccion de viento se mantiene, la constante de tiempo de filtrado x del filtro F1 vuelve a tomar su valor original x.
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