ES2820580T3

ES2820580T3 - Control de funcionamiento por encima de capacidad nominal de una turbina eólica

Info

Publication number: ES2820580T3
Application number: ES15801320T
Authority: ES
Inventors: Chris Spruce; Søren Lund Bjerregaard; Poul Oslo Rasmussen; Kelvin Hales
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2035-11-23
Also published as: US20170356420A1; CN107110119A; US10544779B2; CN107110119B; EP3224473A1; WO2016082837A1; EP3224473B1

Abstract

Un método de control para controlar una turbina eólica para que emita potencia eléctrica a una red, comprendiendo el método: determinar la temperatura ambiente (62, 64, 66) de uno o más componentes eléctricos en la turbina eólica, transportando los uno o más componentes eléctricos (52, 54, 56) una corriente que se genera por el generador (20) para emitirse a un punto de conexión (108) con una red de conexión eléctrica, ubicándose dichos componentes eléctricos entre el generador (20) y el punto de conexión (108); determinar una corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos basándose en la temperatura ambiente de los uno o más componentes eléctricos; determinar un nivel de potencia segura máximo que el generador de turbina eólica puede suministrar al punto de conexión sin superar la corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos; y controlar la turbina eólica de modo que la potencia suministrada desde el generador (20) no supere el nivel de potencia segura máximo.

Description

DESCRIPCIÓN

Control de funcionamiento por encima de capacidad nominal de una turbina eólica

Esta invención se refiere a un control de funcionamiento por encima de capacidad nominal de turbinas eólicas y, en particular, a métodos y aparatos que permiten que una o más turbinas eólicas de una central eólica generen potencia transitoriamente por encima de la salida de potencia nominal, al tiempo que respetan las limitaciones de la capacidad de carga de corriente de los componentes eléctricos internos.

La potencia nominal de una turbina eólica se define en la norma IEC 61400 como la salida de potencia eléctrica continua máxima que una turbina eólica está diseñada para lograr en condiciones de funcionamiento y externas normales. Las grandes turbinas eólicas comerciales están generalmente diseñadas para una vida útil de 20 años en funcionamiento a o por debajo de su potencia nominal.

El funcionamiento por encima de capacidad nominal de una turbina eólica es deseable porque proporciona un aumento de la producción anual de energía (AEP) de la turbina. En otras palabras, puede generarse más energía a lo largo de un año que si la turbina se hiciera funcionar únicamente hasta su potencia nominal. Sin embargo, un funcionamiento por encima de capacidad nominal no limitada daría lugar a un mayor desgaste y fatiga de los componentes dentro de la turbina, con el resultado de que la vida útil de la turbina se acortaría. El funcionamiento por encima de capacidad nominal también puede significar que la turbina puede necesitar un mayor mantenimiento, requiriendo, posiblemente, el apagado de la turbina mientras un ingeniero está en el lugar. El cierre de una turbina eólica supone una carga mayor para las turbinas restantes de la planta para alcanzar la salida de potencia objetivo de la planta en ese momento, y significa que el aumento esperado de a Ep no se realiza.

El mantenimiento también puede ser difícil y costoso, ya que las turbinas pueden encontrarse en ubicaciones inaccesibles. Por lo tanto, resulta beneficioso controlar el grado en que cada turbina eólica funciona por encima de su capacidad nominal, equilibrando el deseo de satisfacer las demandas de salida de potencia con la necesidad de mantenerse dentro de las especificaciones de diseño. Un ejemplo de una turbina eólica con funcionamiento de funcionamiento por encima de capacidad nominal se conoce a partir del documento GB 2089901 A.

Pueden ser importantes consideraciones adicionales para decidir cuánto hacer funcionar por encima de capacidad nominal a cada turbina eólica. Por ejemplo, un sistema de control sencillo solo puede medir las temperaturas alrededor de componentes eléctricos particulares de la turbina y usarlas para disponer un límite superior a la cantidad de potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal que puede generarse. Por razones de seguridad, estos sistemas están diseñados para ser conservadores y por lo tanto pueden limitar la producción de potencia que conlleva innecesariamente a una pérdida de generación potencial.

Por lo tanto, se ha apreciado que sería deseable proporcionar un mejor control que permita que turbinas eólicas funcionen por encima de la potencia nominal.

Sumario de la invención

La invención se define en las reivindicaciones independientes a las que ahora debe hacerse referencia. Las características ventajosas se establecen en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención se refiere a un método de control para controlar una turbina eólica, emitiendo el generador potencia eléctrica a una red, comprendiendo el método: determinar la temperatura ambiente de uno o más componentes eléctricos en el generador de turbina eólica, transportando los uno o más componentes eléctricos una corriente que se genera por el generador para emitirse a un punto de conexión con una red de conexión eléctrica; determinar una corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos basándose en la temperatura ambiente de los uno o más componentes eléctricos; determinar un nivel de potencia segura máximo que el generador de turbina eólica puede suministrar al punto de conexión sin superar la corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos; y controlar el generador de turbina eólica de modo que la potencia suministrada desde el generador no supere el nivel de potencia segura máximo.

Como resultado del método, al obtener un nivel de potencia segura máximo para el generador de turbina eólica, se tienen en cuenta los cambios en la corriente segura máxima que se producen debido a variaciones de temperatura. Si la turbina eólica se hace funcionar por encima de la potencia nominal, el método permite la obtención de la cantidad máxima segura de funcionamiento por encima de capacidad nominal, aumentando de este modo la producción de energía anual.

El método puede comprender obtener un valor de tensión en el punto de conexión entre la turbina eólica y la red de conexión eléctrica; y determinar dicho nivel de potencia segura máximo basándose en dicho valor de tensión.

El método puede comprender determinar el nivel de potencia segura máximo basándose en el valor de tensión, y el valor mínimo del conjunto de corrientes seguras máximas respectivas para los uno o más componentes eléctricos. Por tanto, en turbinas eólicas que comprenden más de un componente eléctrico, el componente que puede transportar la corriente máxima más baja se usa para la obtención del nivel de potencia segura máximo.

Los uno o más componentes eléctricos pueden alojarse en un panel de turbina eólica acoplado al punto de conexión con la red de conexión eléctrica, o con cualquier otro panel en la turbina eólica, y la temperatura ambiente puede ser entonces la temperatura ambiente en el interior del panel. Por tanto, el método puede usarse para proteger los componentes eléctricos del panel de turbina eólica acoplados al punto de conexión con la red de conexión eléctrica, maximizando al mismo tiempo la cantidad de potencia que puede generarse de forma segura.

El método puede comprender determinar la potencia reactiva que fluye dentro del generador de turbina eólica y reducir la potencia segura máxima determinada basándose en al menos una de la potencia reactiva y la potencia activa. El nivel de potencia segura máximo determinado tiene en cuenta, de este modo, la parte reactiva adicional de la potencia que es necesario tener en cuenta al obtener el/los límite(s) de corriente segura máxima del/de los componente(s) eléctrico(s).

El método puede comprender determinar una corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos consultando un valor almacenado para la corriente segura máxima en la memoria según la temperatura ambiente, o calcular la corriente segura máxima usando una ecuación. Por lo tanto, la corriente segura máxima puede obtenerse de manera conveniente dada la temperatura ambiente.

El método puede comprender controlar la cantidad de generación de potencia mediante la transmisión de una señal de referencia de par de fuerzas al generador para mantener la salida de potencia por debajo del nivel de potencia segura máximo.

El método puede comprender controlar la cantidad de generación de potencia mediante el envío de una señal de control de ángulo de paso a un controlador de ángulo de paso responsable de controlar el paso de las palas de turbina eólica conectadas al generador, usándose la regulación de paso de las palas de turbina eólica para mantener la salida de potencia del generador por debajo del nivel de potencia segura máximo.

El método puede comprender controlar la cantidad de generación de potencia mediante el envío de una señal de control de velocidad de rotor al generador para mantener la salida de potencia del generador por debajo del nivel de potencia segura máximo.

El método puede comprender controlar la cantidad de generación de potencia mediante el envío tanto de una señal de referencia de par de fuerzas al generador como de una señal de control de ángulo de paso al controlador de ángulo de paso.

También se proporcionan un controlador de generador de turbina eólica configurado para realizar el método, y un medio legible por ordenador para programar un controlador según el método.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán realizaciones de la invención, solo a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista esquemática de una góndola de turbina eólica;

la figura 2 es una vista esquemática de un panel principal eléctrico a modo de ejemplo de una turbina eólica;

la figura 3 es una vista esquemática de un ejemplo de turbina eólica que muestra el panel principal y su conexión con otros componentes eléctricos clave;

la figura 4 es un gráfico que ilustra cómo cambia la corriente máxima que puede transportarse de forma segura por diversos componentes del panel principal en función de la temperatura del aire, y el límite global resultante sobre la capacidad de transporte de corriente; y

la figura 5 ilustra un método llevado a cabo para determinar la potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal máxima de una turbina eólica.

Descripción detallada

La figura 1 es una ilustración de un ejemplo de góndola de turbina eólica 6 montada sobre una torre 8. Una o más palas de turbina eólica 10 están conectadas al buje 12, que hace rotar el árbol de accionamiento principal 14. El árbol de accionamiento está acoplado a una caja de engranajes 16, que a su vez acciona un árbol secundario 18. Esto está acoplado al generador 20. El árbol de accionamiento principal 14 se soporta por el cojinete principal 22. Un convertidor y/o transformador de potencia 24 también está alojado dentro de la góndola; pero estos también pueden alojarse en la base de la torre 8 o ubicarse de manera externa a la torre. Componentes adicionales incluyen un accionamiento de guiñada 26 y un actuador de paso 28. Los sensores 30, 32, 34 y 36 también alimentan señales a un controlador 38. Estos sensores pueden incluir un anemómetro y una veleta de viento 30, un dispositivo de medición de la velocidad del viento 32 (por ejemplo, LIDAR, RADAR o SONAR), sensor(es) de temperatura 34, un sensor de carga de pala 36 o cualquier otro sensor conocido en o dentro de una turbina eólica. El/los sensor(es) de temperatura 34 mide(n) la temperatura de los componentes clave, por ejemplo, la caja de engranajes 16 y/o el generador 20, así como la temperatura del aire tanto dentro como fuera de la góndola.

El controlador 38 es el responsable de controlar los componentes alojados en la góndola de turbina eólica 6. Por lo tanto, el controlador 38 puede incluir una o más rutinas que ajustan de forma diversa el paso de las palas de turbina eólica, controlar el funcionamiento del generador, y activar funciones de seguridad dependiendo de las condiciones ambientales y de funcionamiento detectadas por los sensores. Esta descripción de las funciones de control no está destinada a ser limitativa. En esta realización, el controlador 38 también controla el funcionamiento por encima de capacidad nominal y por lo tanto emite uno o más comandos de funcionamiento por encima de capacidad nominal al generador 20 y al actuador de paso 28 de modo que según las condiciones de funcionamiento la turbina se controla para hacerse funcionar por encima de la potencia nominal. Tal como se apreciará por el experto en la técnica, el controlador y las diversas funciones de control se implementarán adecuadamente en el software y/o hardware según corresponda.

Las turbinas eólicas normalmente se conectan a la red de recogida de potencia de la planta de energía eólica a través de un panel principal eléctrico de turbina eólica. Esto puede ubicarse, por ejemplo, en la góndola 6, pero también puede ubicarse en la base de la torre de turbina eólica 8 o fuera de la torre. La corriente eléctrica generada por la turbina eólica pasa, por lo tanto, a través del panel principal antes de transformarse apropiadamente en tensión para su recogida y luego exportarse a la red. Por lo tanto, las conexiones eléctricas dentro del panel principal deben ser capaces de transportar de forma segura la alta salida de corriente del generador 20, y la cantidad de corriente que puede transportarse de forma segura dentro del panel principal tenderá a limitar la medida en que una turbina eólica pueda hacerse funcionar por encima de capacidad nominal con seguridad. Tal como se describirá con más detalle a continuación, la corriente segura máxima que puede conducirse por componentes individuales en el panel principal tenderá a ser una función de la temperatura del aire ambiente en el panel.

La figura 2 ilustra un ejemplo del panel principal de turbina eólica 50. El panel principal incluye uno o más contactores 52, usados para conectar y desconectar el generador 20 hasta/desde el transformador 108. Los contactores 52 están conectados a uno o más disyuntores 54, que pueden desconectar la turbina cuando sea necesario, por ejemplo, si se supera un nivel de corriente crítico establecido previamente. Las conexiones entre los contactores 52 y los disyuntores 54 se realizan con barras colectoras 56. Los cables 58 conectan los uno o más contactores 52 al generador 20 ubicado en la góndola 6, mientras que los cables 60 conectan el disyuntor 54 al transformador 108. También se proporciona un sensor de temperatura 62 para medir la temperatura interna del aire dentro del panel principal 50. Además, los sensores de temperatura 64 y 66 pueden colocarse sobre los contactores 52 y disyuntores 54 respectivamente, para medir las temperaturas de estos componentes directamente. Los sensores comunican sus mediciones al controlador de turbina eólica 38, mostrado en la figura 1.

En la figura 3 se ilustra una posición típica en el circuito del panel principal en relación con los demás componentes de potencia eléctrica de la turbina para una turbina en la que el transformador se encuentra en la base de la torre. Las barras colectoras 56 conectan los contactores de panel principal 52 a los cables 58, que se conectan a su vez a través de las cajas de unión de torre 102, la abrazadera 100, la caja de unión de góndola 104 y la caja de terminal 106 al generador 20. Las barras colectoras 56 también conectan los disyuntores de panel principal 54 a los cables 60 que suministran la corriente al transformador 108 antes de recogerse para su exportación a la red. Se proporciona un sensor de tensión 110 para comunicar la tensión de red local al controlador 38. Los condensadores de compensación 112 también pueden proporcionarse en o cerca del panel principal, y su carga capacitiva se usa para compensar las corrientes reactivas establecidas por el generador.

En este ejemplo, el transformador 108 sirve como el punto de conexión entre la turbina eólica y la red de recogida de potencia de la planta de energía eólica, y el sensor de tensión 110 detecta la tensión justo antes del transformador 108. En la red de recogida de potencia, la potencia se recoge normalmente a partir de pequeños grupos de turbinas, perteneciendo cada pequeño grupo a una rama de una red de cables de recogida. Las caídas de tensión en cada rama de la red de conexión dependen de la corriente en esa rama, la corriente en todas las conexiones aguas abajo, y la tensión de red. Por tanto, a efectos del cálculo de la potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal, la tensión en el punto de conexión de cada turbina individual a la red de recogida de potencia se mide mediante el sensor de tensión 110. Esta tensión se denominará “tensión de conexión” en la siguiente descripción.

Un factor que limita la cantidad de potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal que puede generarse de forma segura por una turbina eólica es la magnitud de la corriente a través de los componentes del panel principal. Esta corriente segura máxima puede depender, por ejemplo, de la temperatura del aire en el panel principal, de la temperatura del componente en cuestión, y/o de la tensión de conexión. La temperatura del aire del panel afecta, en particular, a la corriente máxima, ya que a temperaturas del aire más altas existe una diferencia de temperatura menor entre los componentes y su entorno, y el calor que se genera por calentamiento resistivo se transfiere de manera menos fácil al entorno. Como resultado, el componente corre un mayor riesgo de sobrecalentamiento a menos que la corriente se reduzca.

La figura 4 muestra la corriente máxima, lmáx, que puede transportarse de forma segura por los componentes del panel principal de la figura 2 en función de la temperatura ambiente. Estos datos pueden obtenerse a partir de los fabricantes de componentes o sometiendo a prueba los componentes a diferentes temperaturas.

En la figura 4, la línea 150 muestra la dependencia de temperatura de la corriente de barra colectora máxima permitida. La corriente segura máxima que la barra colectora 56 puede conducir disminuye continuamente con el aumento de la temperatura del aire. La línea 152 muestra la dependencia de temperatura de la corriente máxima del contactor, que en este ejemplo se mantiene constante a 1200 amperios hasta una temperatura de 40 °C antes de disminuir a temperaturas más altas. Sin embargo, la disminución de la corriente máxima lmáx a temperaturas más altas es menor para el contactor 52 que para las barras colectoras 56. La línea 154 muestra la dependencia de temperatura de la corriente máxima del disyuntor, que en este ejemplo es constante a 1212 amperios. La línea representada compuesta por círculos rellenos 156 indica la más baja de las diversas corrientes máximas y, por lo tanto, representa la corriente segura máxima que puede transportarse en función de la temperatura, considerando las barras colectoras 56, los contactores 52 y los disyuntores 54 en conjunto. Los puntos de datos mostrados en la figura 4 se basan en las características de los componentes reales de los sistemas de prueba. Sin embargo, se apreciará que los datos variarán entre los diferentes sistemas y se proporcionan en este caso solo con fines ilustrativos. En un ejemplo, solo un único componente eléctrico limitará la corriente si, para todas las temperaturas, la corriente segura máxima a través de este componente es menor que la corriente segura máxima a través de los otros componentes.

La salida de potencia por un generador eléctrico se da, generalmente, por el producto de corriente y tensión en el punto de conexión a la red, en este caso el panel principal, por ejemplo. La cantidad de corriente que debe transportarse con el fin de lograr una cantidad dada de potencia eléctrica debe ser, por tanto, mayor si la tensión de conexión cae. Del mismo modo, si la tensión de conexión aumenta, entonces la corriente a través del panel principal debe bajar de manera correspondiente para suministrar la misma potencia. El valor de la tensión de conexión, así como la temperatura de los componentes y su entorno, es necesario, por tanto, para calcular la corriente segura máxima.

En la técnica, se conoce establecer un valor para la corriente segura máxima que puede transportarse a través de los componentes del panel principal basándose en una temperatura del aire dada. Esto dispone un límite superior a la potencia que puede generarse asumiendo las peores condiciones para la tensión de conexión, por lo que se supone que la tensión de conexión está en su valor de funcionamiento más bajo permitido para calcular la corriente segura a una temperatura dada. Este enfoque es demasiado conservador porque, en la práctica, la tensión de conexión rara vez se encuentra en su valor mínimo permitido y la rutina de control asume, por tanto, que prevalecen en todo momento las condiciones del peor caso. Como resultado, el límite superior de la potencia que la turbina eólica puede generar en una corriente del panel principal segura se establece demasiado bajo o más bajo de lo que podría ser de otra manera durante la gran parte del tiempo, por lo que el funcionamiento por encima de capacidad nominal no se usa de manera eficaz. Hemos apreciado que esta situación de control puede mejorarse.

La figura 5 ilustra un método de control de turbina eólica llevado a cabo por el controlador de turbina eólica, según una realización de la invención. El método de control calcula la potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal máxima basándose tanto en la tensión de conexión predominante como en la corriente del panel principal segura máxima determinada por la temperatura del aire del panel principal predominante o las temperaturas de los componentes locales predominantes.

En primer lugar, en la etapa 200, el sensor 62 mide la temperatura del aire en el panel principal 50. En la etapa 202, el controlador determina la corriente máxima para un primer componente en el panel principal y la almacena en la memoria. Determinar la corriente segura máxima puede lograrse de varias maneras, tales como consultando datos de corriente máxima para una temperatura dada en una tabla de consulta, o usando una fórmula matemática para calcular la corriente máxima permitida para una temperatura dada. En la práctica, dichos datos o fórmulas pueden obtenerse a partir de hojas de especificaciones del fabricante, cálculos de diseño, y/o mediciones fuera de servicio del rendimiento de los componentes. Por ejemplo, la figura 4, tal como se mencionó anteriormente, ilustra las corrientes máximas para los contactores 52, los disyuntores 54 y las barras colectoras 56. En una realización, los puntos de datos de la figura 4 pueden almacenarse, por tanto, en la memoria y accederse por el controlador al realizar el cálculo.

La etapa 202 se repite para un segundo componente y para componentes posteriores en el panel principal 50 hasta que se haya calculado una corriente segura máxima para cada uno. Esto se representa por el bucle de control de la casilla de decisión 204. En la etapa 206, el controlador selecciona entonces la más baja de las corrientes seguras máximas calculadas para cada componente y las almacena en la memoria, y establece esto como la corriente segura máxima para el panel principal en su conjunto.

En el cálculo anterior, la temperatura del aire del panel principal medida por el sensor 62 se usa como entrada principal para determinar la corriente segura para cada componente. Sin embargo, tal como se indica en la figura 2, los sensores de temperatura adicionales 64 y 66 también pueden colocarse cerca o en contacto con los componentes respectivos para medir la temperatura del aire dentro del panel en ubicaciones particulares. Esto puede dar una indicación más precisa de la temperatura del aire ambiente real para cada componente. En una realización alternativa, por tanto, la medición de la temperatura del aire del panel principal realizada por el sensor 62 o bien se sustituye por o bien se complementa con las mediciones respectivas de la temperatura local del aire en el panel principal por los sensores 64 y 66.

En la etapa 208, el controlador 38 obtiene una medición de la tensión de conexión. La tensión de conexión es un parámetro que se mide regularmente para otros fines por los sistemas de control de turbina eólica, y el controlador 38 puede obtener la medición a partir de sensores existentes o bien en el panel principal, o bien en el punto de conexión entre una turbina eólica y las redes de recogida. En esta realización, el controlador consulta el sensor de tensión 110 mostrado en la figura 3. En realizaciones alternativas, el controlador 38 puede haber almacenado ya el valor de la tensión de conexión en la memoria para otros fines y simplemente consultar el valor en la etapa 208.

En la etapa 210, el valor para la tensión de conexión se multiplica por la corriente segura máxima obtenida en la etapa 206 para obtener un límite máximo de generación de potencia para el control del funcionamiento por encima de capacidad nominal seguro.

Se apreciará que la corriente a través de los componentes del panel principal 50 incluirá tanto componentes de potencia activos como reactivos. Por lo tanto, la corriente segura máxima calculada para una temperatura del aire dada debe ajustarse para tener en cuenta la presencia de potencia reactiva en el sistema. Se apreciará que el controlador hace funcionar el generador de turbina eólica para proporcionar una cantidad establecida de potencia activa P a la red de recogida. Sin embargo, el factor de potencia dentro de la turbina eólica no será normalmente unitario, lo que significa que también habrá un componente de potencia reactiva Q asociado con corrientes que se mueven hacia atrás y hacia adelante entre el generador 20 y el transformador 108 a través del panel principal 50 que energizan los elementos de circuito capacitivo (por ejemplo, condensadores de compensación 112) y elementos de circuito inductivos (por ejemplo, el generador 20). Si el factor de potencia para la corriente dentro de la turbina eólica es de 0,9, por ejemplo, entonces solo el 90 % de la corriente en el sistema dará como resultado potencia activa, y por tanto el límite calculado para la generación de potencia tendrá que ajustarse al 90 % del valor de la potencia aparente, donde la potencia aparente es la suma vectorial de la potencia activa y reactiva.

La corriente en el componente reflejará la potencia aparente y, por lo tanto, incluirá los componentes de potencia real y reactiva. En la etapa 212, por lo tanto, el controlador 38 realiza un ajuste descendente al límite de potencia calculado en la etapa 210 basándose en el factor de potencia. Por ejemplo, si el factor de potencia es de 0,9, entonces la etapa 212 consistirá en multiplicar la salida del bloque 210 por 0,9 para proporcionar la potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal segura máxima. El factor de potencia puede medirse o bien en línea y un valor instantáneo usado en la compensación, o bien puede calcularse un valor del peor caso fuera de línea y usarse en la compensación. Como se conocen las características del generador, determinar la potencia reactiva estimada que produce es sencillo.

Este límite de potencia calculado, P, ajustado para tener en cuenta el flujo de corriente reactiva estimado, es, por lo tanto, la salida en la etapa 214. El límite máximo de potencia se usa entonces por el controlador 38 para controlar la turbina de modo que el valor de potencia no supere la potencia segura máxima calculada en la etapa 210. Esto garantiza a su vez que la corriente que fluye a través del panel principal no supere la corriente segura para esa temperatura.

Tal como se señaló anteriormente en realizaciones alternativas, la temperatura de los componentes individuales 52 a 60 también puede detectarse usando sensores opcionales 64 y 66 y usarse en el método de control. Las mediciones de las temperaturas de los componentes individuales permiten una mayor precisión en el cálculo de la corriente máxima permitida, lo que refleja el hecho de que los propios componentes se calentarán a diferentes velocidades, y la temperatura en todo el panel principal no será necesariamente uniforme. Las temperaturas medidas también pueden actuar como un mecanismo de seguridad para garantizar que a pesar de la limitación de la corriente máxima permitida la temperatura de los componentes individuales no supera los niveles seguros.

Las etapas del método representado en la figura 5 pueden llevarse a cabo en línea, en tiempo real, por el sistema de control de turbina para proporcionar un límite dinámico de la cantidad máxima de potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal que puede generarse de forma segura por la turbina en ese momento particular.

En el ejemplo anteriormente descrito, el límite de potencia seguro se usa directamente por el controlador 38 para limitar la referencia de potencia enviada al control de potencia de la turbina. En realizaciones alternativas, el método de control ilustrado en la figura 5 puede incluir etapas adicionales en los que la potencia de funcionamiento por encima de capacidad nominal máxima P se convierte por el sistema de control de potencia en un límite máximo correspondiente en el par de fuerzas de carga del generador G y/o velocidad angular w del rotor, a través de la relación P = G w. Esto se aplicaría a turbinas en las que la operación de funcionamiento por encima de capacidad nominal se limita al uso de una o ambas de estas variables en lugar de limitarse directamente por la potencia.

Aunque la función de control de funcionamiento por encima de capacidad nominal de la figura 5 se ha descrito como parte del controlador 38, el control puede implementarse como un controlador dedicado independiente situado más cerca del panel principal y que proporciona una salida al controlador independiente responsable del funcionamiento del generador o al controlador de la planta de energía. Además, aunque se ha descrito el método de control como que determina la temperatura del aire dentro del panel principal, se apreciará que el panel principal puede llenarse con otros gases, tales como gases inertes. En esos casos, el término temperatura del aire está destinado a incluir la temperatura de aquellos gases presentes en el interior del panel principal.

Las realizaciones descritas anteriormente son solo para fines a modo de ejemplo, y se apreciará que las características de las diferentes realizaciones pueden combinarse entre sí.

Aunque se han mostrado y descrito realizaciones de la invención, se entenderá que tales realizaciones se describen solo a modo de ejemplo. Numerosas variaciones, cambios y sustituciones se les ocurrirán a los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un método de control para controlar una turbina eólica para que emita potencia eléctrica a una red, comprendiendo el método:

determinar la temperatura ambiente (62, 64, 66) de uno o más componentes eléctricos en la turbina eólica, transportando los uno o más componentes eléctricos (52, 54, 56) una corriente que se genera por el generador (20) para emitirse a un punto de conexión (108) con una red de conexión eléctrica, ubicándose dichos componentes eléctricos entre el generador (20) y el punto de conexión (108);

determinar una corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos basándose en la temperatura ambiente de los uno o más componentes eléctricos;

determinar un nivel de potencia segura máximo que el generador de turbina eólica puede suministrar al punto de conexión sin superar la corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos; y controlar la turbina eólica de modo que la potencia suministrada desde el generador (20) no supere el nivel de potencia segura máximo.
2. El método según la reivindicación 1, que comprende, además:

obtener un valor de tensión en el punto de conexión entre la turbina eólica y la red de conexión eléctrica; y determinar dicho nivel de potencia segura máximo basándose en dicho valor de tensión.
3. El método según la reivindicación 2, que comprende determinar el nivel de potencia segura máximo basándose en el valor de tensión, y el valor mínimo del conjunto de corrientes seguras máximas respectivas para los uno o más componentes eléctricos.
4. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que los uno o más componentes eléctricos están alojados en un panel de turbina eólica acoplado al punto de conexión con la red de recogida eléctrica, y la temperatura ambiente es la temperatura ambiente en el interior del panel.
5. El método según cualquier reivindicación anterior, que comprende determinar la potencia reactiva que fluye dentro del generador de turbina eólica y reducir la potencia segura máxima determinada basándose en la potencia reactiva.
6. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que determinar una corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos comprende consultar un valor almacenado para la corriente segura máxima en la memoria según la temperatura ambiente, o calcular la corriente segura máxima usando una ecuación.
7. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que en la etapa de control se transmite una señal de referencia de par de fuerzas al generador para mantener la salida de potencia por debajo del nivel de potencia segura máximo.
8. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que en la etapa de control se envía una señal de control de ángulo de paso a un controlador de ángulo de paso responsable de controlar el paso de las palas de turbina eólica conectadas al generador, usándose la regulación de paso de las palas de turbina eólica para mantener la salida de potencia del generador por debajo del nivel de potencia segura máximo.
9. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que en la etapa de control se envía una señal de control de velocidad de rotor al generador para mantener la salida de potencia del generador por debajo del nivel de potencia segura máximo.
10. El método según cualquier reivindicación anterior, en el que el nivel de potencia segura máximo determinado está por encima de la salida de potencia nominal del generador de turbina eólica.
11. Un controlador de turbina eólica que puede funcionar para controlar una turbina eólica para emitir potencia eléctrica a una red, realizando el controlador las etapas de:

determinar la temperatura ambiente (62, 64, 66) de uno o más componentes eléctricos (52, 54, 56) en la turbina eólica, transportando los uno o más componentes eléctricos una corriente que se genera por el generador para emitirse a un punto de conexión (108) con una red de conexión eléctrica, ubicándose dichos componentes eléctricos entre el generador (20) y el punto de conexión (108);

determinar una corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos basándose en la temperatura ambiente de los uno o más componentes eléctricos (52, 54, 56),

determinar un nivel de potencia segura máximo que el generador de turbina eólica puede suministrar al punto de conexión sin superar la corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos; y

controlar la turbina eólica de modo que la potencia suministrada desde el generador (20) no supere el nivel de potencia segura máximo.
12. El controlador de turbina eólica según la reivindicación 11, en el que el controlador puede hacerse funcionar para obtener un valor de tensión en el punto de conexión entre la turbina eólica y la red de conexión eléctrica; y determinar un nivel de potencia segura máximo basándose en el valor de tensión.
13. El controlador de turbina eólica según la reivindicación 12, en el que el controlador puede hacerse funcionar para determinar el nivel de potencia segura máximo basándose en el valor de tensión, y el valor mínimo del conjunto de corrientes seguras máximas respectivas para los uno o más componentes eléctricos.
14. El controlador de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que los uno o más componentes eléctricos están alojados en un panel de turbina eólica acoplado al punto de conexión con la red de recogida eléctrica, y la temperatura ambiente es la temperatura ambiente en el interior del panel.
15. El controlador de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que el controlador puede hacerse funcionar para determinar la potencia reactiva que fluye dentro del generador de turbina eólica y reducir la potencia segura máxima determinada basándose en la potencia reactiva.
16. El controlador de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que determinar una corriente segura máxima para los uno o más componentes eléctricos comprende consultar un valor almacenado para la corriente segura máxima en la memoria según la temperatura ambiente, o calcular la corriente segura máxima usando una ecuación.
17. El controlador de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, en el que, en la etapa de control, se transmite una señal de referencia de par de fuerzas al generador para mantener la salida de potencia por debajo del nivel de potencia segura máximo.
18. El controlador de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, en el que en la etapa de control se envía una señal de control de ángulo de paso a un controlador de ángulo de paso responsable de controlar el paso de las palas de turbina eólica conectadas al generador, usándose la regulación de paso de las palas de turbina eólica para mantener la salida de potencia del generador por debajo del nivel de potencia segura máximo.
19. El controlador de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, en el que en la etapa de control se envía una señal de control de velocidad de rotor al generador para mantener la salida de potencia del generador por debajo del nivel de potencia segura máximo.
20. El controlador de turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, en el que el nivel de potencia segura máximo determinado se encuentra por encima de la salida de potencia nominal del generador de turbina eólica.
21. Un medio legible por ordenador que contiene código informático que cuando se ejecuta en el controlador de una turbina eólica provoca que el controlador lleve a cabo las etapas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.