ES2837773T3 - Control de movimientos de turbinas eólicas flotantes - Google Patents
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Abstract
Un controlador de movimientos para una turbina eólica flotante (1) con una pluralidad de álabes de rotor, en donde el controlador está dispuesto para ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor para así crear una fuerza neta que controle un movimiento de la turbina eólica flotante en una dirección de guiñada, en donde el controlador incluye una acción de control que es proporcional a un ángulo de desvío de guiñada y/o una acción de control que es proporcional a una integral del ángulo de desvío de guiñada, en donde el controlador está adaptado para calcular un cabeceo dinámico y colectivo de toda la pluralidad de álabes del rotor para contrarrestar un movimiento axial de la turbina eólica flotante para obtener un primer ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada una de la pluralidad de álabes para contrarrestar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante para obtener un segundo ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada uno de la pluralidad de álabes y/o una variación en el par del rotor para contrarrestar un movimiento en el plano de la turbina eólica flotante para obtener un tercer ajuste; y combinar el primer, segundo y tercer ajustes para provocar un control simultáneo de los movimientos axiales, los movimientos de guiñada y los movimientos en el plano de la turbina eólica flotante.
Description
DESCRIPCIÓN
Control de movimientos de turbinas eólicas flotantes
La presente invención se refiere al control de movimientos de turbinas eólicas flotantes. Más específicamente, se refiere al control del cabeceo de los álabes del rotor para instalaciones de turbinas eólicas flotantes.
Una instalación de turbina eólica suele estar formada por una estructura de soporte que comprende una torre alargada, con una góndola y un rotor conectados al extremo superior de la estructura de soporte. El generador y sus componentes electrónicos asociados suelen estar ubicados en la góndola.
Las turbinas eólicas de base fija que se fijan a la tierra o al lecho marino quedan bien implantadas.
No obstante, recientemente se han querido desarrollar turbinas eólicas flotantes y se han propuesto varias estructuras. Un ejemplo es una instalación de turbina eólica en la que se monta una estructura de turbina eólica convencional sobre una base flotante, como una plataforma o estructura a modo de balsa. Otra propuesta es una estructura tipo "boya con mástil". Esta estructura está formada por una estructura de soporte flotante alargada con un rotor montado en la parte superior. La estructura de soporte podría ser una estructura unitaria o podría ser una subestructura alargada con una torre estándar montada sobre esta.
Las instalaciones de turbinas eólicas flotantes pueden estar amarradas al lecho marino mediante una o más cabos de amarre con anclas, o conectadas al lecho marino mediante una o más patas articuladas (con bisagras), por ejemplo, para sujetarlas en los lugares de instalación deseados.
Las turbinas eólicas de cimentación fija están inmovilizadas de manera rígida a una masa de tierra en un extremo y, como resultado, cuando actúan sobre ellas las fuerzas, como las provocadas por cambios en la velocidad o la dirección del viento, actúan como una masa en voladizo y vibran cuando se inclinan. Estos movimientos tienen una amplitud reducida pero una frecuencia alta, es decir, son pequeños movimientos rápidos. Por el contrario, las turbinas eólicas flotantes no están inmovilizadas de manera rígida a una masa de tierra y, como resultado, toda la estructura alargada puede moverse a modo de cuerpo rígido.
Cuando una turbina eólica flotante soporta las fuerzas, como las provocadas por cambios en la velocidad del viento o las olas, se mueve en el agua toda la estructura. Estos movimientos pueden tener una gran amplitud, pero una frecuencia relativamente baja, es decir, son grandes movimientos lentos (Los movimientos son de baja frecuencia en el sentido de que son mucho más reducidos que la frecuencia de rotación de la propia turbina). Los movimientos que experimentan son: levantamiento, que es el movimiento vertical lineal (hacia arriba/abajo), balanceo, que es el movimiento lineal lateral (de lado a lado), oscilación, que es el movimiento longitudinal lineal (hacia delante/atrás), rodamiento, que es la rotación del cuerpo sobre su eje horizontal (hacia delante/atrás), cabeceo, que es la rotación del cuerpo sobre su eje transversal (de lado a lado) y guiñada, que es la rotación del cuerpo sobre su eje vertical.
En determinadas circunstancias, estos movimientos pueden reducir la eficacia general o la energía de salida de la turbina eólica y, así mismo, pueden crear tensiones estructurales en exceso que puedan dañar o debilitar la estructura de la turbina eólica o que podrían causar inestabilidad en los movimientos de las turbinas eólicas flotantes. Por tanto, existe el deseo de controlar estos rígidos movimientos corporales.
Se sabe, gracias a los documentos WO 2007/053031 y WO 2010/076557, proporcionar una turbina eólica flotante con un controlador dispuesto para amortiguar los movimientos de oscilación y cabeceo resonantes (movimientos axiales).
En turbinas eólicas convencionales, el cabeceo de los álabes del rotor se controla para regular la energía de salida. Cuando se opera con vientos por debajo de una determinada velocidad (que se conoce como velocidad nominal del viento de una turbina eólica), el cabeceo de los álabes se mantiene aproximadamente constante en un ángulo que proporciona la salida de energía máxima. Por el contrario, cuando se opera por encima de la velocidad nominal del viento, el cabeceo de los álabes se ajusta para generar una salida de energía constante y para evitar salidas de energía excesivamente altas que podrían dañar el generador y/o sus componentes electrónicos asociados. Esta energía constante se denomina energía nominal de la turbina eólica.
Cuando se opera por debajo de la velocidad nominal del viento, como el cabeceo de los álabes se mantiene aproximadamente constante, el empuje que actúa sobre el rotor aumenta con la velocidad del viento (siendo el empuje aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad del viento con respecto al rotor). Como resultado, se amortiguan los movimientos axiales (que aumentan la velocidad relativa del viento).
Por el contrario, cuando se opera por encima de la velocidad nominal del viento, el cabeceo de los álabes se ajusta de manera que el empuje sobre el rotor disminuya al aumentar la velocidad del viento, para así producir una salida de energía constante. A medida que aumenta la velocidad del viento, aumenta el cabeceo de los álabes, es decir, queda más paralelo a la dirección del viento, para reducir el empuje.
Mediante el uso del control de cabeceo descrito anteriormente para una salida de energía constante, como respuesta a un aumento en el par o la velocidad del rotor, el ángulo de cabeceo de los álabes se ajusta para reducir el par que actúa sobre el rotor y, como resultado, reducir el empuje y, de este modo, mantener una energía constante. No obstante, a medida que se reduce el empuje, la fuerza de amortiguamiento que actúa sobre las vibraciones de la turbina eólica también se reduce y puede volverse negativa. Dicho de otra forma, las vibraciones se pueden agravar y su amplitud aumenta. Esto da como resultado un cambio adicional en la velocidad relativa del viento y un ajuste adicional del cabeceo de los álabes, haciendo que las vibraciones sean aún mayores. Lo contrario ocurre cuando la turbina eólica se aleja del viento, lo que produce un agravamiento mayor de las vibraciones. Este fenómeno se conoce como amortiguamiento negativo.
Los documentos WO 2007/053031 y WO 2010/076557 describen controladores de turbina que están diseñados para contrarrestar el problema del amortiguamiento negativo, que se produce por encima de la velocidad nominal del viento, y para reducir el movimiento resonante de baja frecuencia en la dirección axial. Esto se consigue ajustando de forma conjunta el cabeceo de los álabes para crear una fuerza de amortiguamiento y/o restitución en la dirección axial.
Además del movimiento de la góndola en la dirección del viento (o dirección axial cuando la góndola se dirige hacia el viento), se pueden producir movimientos en el plano del rotor, es decir, movimientos dentro del plano, (balanceo y rodamiento combinados de la plataforma) así como movimientos de guiñada (rotación sobre un eje vertical). El movimiento combinado de balanceo y rodamiento puede ser excitado, por ejemplo, por una variación en el par aerodinámico o del generador, y el movimiento de guiñada por un flujo desigual por el disco del rotor, por ejemplo, debido al efecto de la estela de las turbinas a barlovento. A diferencia del movimiento de oscilación y cabeceo, los movimientos de balanceo, rodamiento y guiñada no suelen ser inestables. Sin embargo, pueden excitarse amplitudes significativas de movimientos tanto por debajo como por encima de la velocidad nominal del viento. Estos movimientos se convierten particularmente en un problema a si el tamaño de la turbina aumenta más que el de las turbinas de última generación.
Si las frecuencias de las cargas de viento son significativamente más altas que las frecuencias naturales de balanceo, rodamiento y guiñada, los efectos de inercia harán que la respuesta al movimiento de la plataforma sea reducida. Por otro lado, si la frecuencia de excitación es mucho más baja que las frecuencias naturales, se producirá una respuesta de movimiento cuasi estático. Esta respuesta de movimiento estará limitada por fuerzas de restitución hidrostáticas y mecánicas (amarre). Por lo tanto, normalmente las turbinas eólicas flotantes se diseñan de modo que las frecuencias naturales se encuentren fuera del rango de frecuencias de excitación. No obstante, esto no siempre es posible y, si las fuerzas de excitación tienen frecuencias cercanas a cualquiera de las frecuencias naturales de rodamiento, balanceo o guiñada, pueden producirse respuestas de movimiento grandes y no deseadas. Esto sucede, en particular, si los modos de movimiento mencionados están ligeramente amortiguados, por ejemplo, si no hay suficiente amortiguamiento aerodinámico o hidrodinámi
ejemplo, para la guiñada, se pueden producir grandes movimientos incluso si la excitación no está muy cerca de la frecuencia natural.
El documento EP 2489872 divulga una turbina eólica que tiene un sistema de cabeceo de los álabes para controlar individualmente el ángulo de cabeceo de cada álabe del rotor de la turbina eólica. La turbina eólica puede comprender un sensor de velocidad de guiñada y una unidad computacional que calcula un comando de cabeceo que hace que se generen fuerzas aerodinámicas en los álabes que atenúen las cargas inducidas giroscópicamente sobre los álabes debido a la velocidad de guiñada. El documento JP2012062757A divulga un controlador de movimientos para una turbina eólica flotante que utiliza un controlador PI.
En un primer aspecto, la presente invención proporciona un controlador de movimientos para una turbina eólica flotante con una pluralidad de álabes de rotor, en donde el controlador está dispuesto para ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor para así crear una fuerza neta que controle un movimiento de la turbina eólica flotante en una dirección de guiñada, en donde el controlador incluye una acción de control que es proporcional a un ángulo de desvío de guiñada y/o una acción de control que es proporcional a una integral del ángulo de desvío de guiñada, en donde el controlador está adaptado para calcular un cabeceo dinámico y colectivo de toda la pluralidad de álabes del rotor para contrarrestar un movimiento axial de la turbina eólica flotante para obtener un primer ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada una de la pluralidad de álabes para contrarrestar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante para obtener un segundo ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada uno de la pluralidad de álabes y/o una variación en el par del rotor para contrarrestar un movimiento en el plano de la turbina eólica flotante para obtener un tercer ajuste; y combinar el primer, segundo y tercer ajustes para provocar un control simultáneo de los movimientos axiales, los movimientos de guiñada y los movimientos en el plano de la turbina eólica flotante.
El controlador también puede incluir una acción de control que sea proporcional a la derivada del desvío de guiñada. No obstante, preferentemente, la acción de control no comprende una acción de control que sea proporcional a la derivada del desvío de guiñada.
Los principios descritos anteriormente para amortiguar el movimiento axial se basan en un ajuste colectivo del cabeceo de los álabes de la turbina. Suponiendo que hay un flujo de entrada homogéneo que va hacia la turbina, este no genera fuerzas en una dirección no axial (por ejemplo, dirección de guiñada o en el plano). Los álabes están orientados de tal
manera que el movimiento de resonante axial recibe una fuerza de amortiguamiento positiva, es decir, una fuerza opuesta a la velocidad axial de la turbina en un rango de frecuencia cercano a la resonancia.
Los inventores de la presente invención se dieron cuenta de que se pueden inducir fuerzas en direcciones que no sean la dirección axial, por ejemplo, fuerzas de guiñada (así como fuerzas en el plano), mediante el cabeceo dinámico individual y/o independiente (es decir, cambio de cabeceo) de los álabes del rotor.
Los movimientos rígidos del cuerpo de las turbinas eólicas flotantes tienen períodos naturales que son prolongados en comparación con el período de rotación del rotor. Esto significa que los movimientos pueden controlarse con precisión gracias a la amplitud, frecuencia y sincronización apropiadas del cabeceo de los álabes.
El control de movimiento se puede utilizar tanto por encima como por debajo de la velocidad nominal del viento.
El controlador está dispuesto para controlar un movimiento en la dirección de guiñada. Este movimiento puede ser causado, por ejemplo, por un flujo de aire desigual que pase por el disco del rotor. Es conveniente poder controlar los movimientos de guiñada de un cuerpo flotante que podrían afectar la eficiencia de la turbina eólica o dañar partes de la estructura, como la disposición de anclaje.
El control del movimiento de guiñada puede conseguirse orientando individualmente los álabes del rotor para crear una fuerza de rotación alrededor sobre el eje vertical que controle la excursión de guiñada (desplazamiento) y, opcionalmente, la velocidad de guiñada. Esto se puede conseguir ajustando dinámicamente el cabeceo de los álabes, de modo que se proporcione un ángulo adicional de los álabes al pasar por un lado del ciclo del rotor y que se proporcione un ángulo negativo adicional correspondiente de los álabes al pasar por el lado opuesto del ciclo del rotor. Este puede ser un cambio gradual y continuo. Haciendo variar esta fuerza con el movimiento de guiñada, el movimiento de guiñada se puede controlar para que quede en un valor deseado o dentro de un umbral deseado. El valor deseado suele ser una posición de guiñada en la que el rotor mira hacia el viento, es decir, el eje del rotor es paralelo a la dirección del viento. La retención del umbral deseado puede ser de más o menos 3, 4, 5, 6, 7 u 8 grados el valor deseado. Por ejemplo, el umbral puede estar entre 3 y 8 grados o entre 4 y 6 grados.
El controlador puede ser un controlador proporcional-integral-derivado (controlador PID), es decir, un controlador que comprende una acción de control proporcional, una acción de control integral y/o una acción de control derivada. Estas acciones de control se realizan con respecto a un valor de desvío de guiñada que puede definirse como el ángulo de guiñada entre el valor de guiñada absoluto o real y un valor de guiñada deseado (que normalmente es una posición de guiñada en la que el eje del rotor de la turbina eólica está paralelo a la dirección del viento). El controlador PID puede denominarse controlador proporcional (controlador P) en ausencia de una acción de control integral y una acción de control derivada, controlador integral (controlador I) en ausencia de una acción de control proporcional y una acción de control derivada, controlador proporcional-integral (controlador PI) en ausencia de una acción de control derivada, y así sucesivamente (con todas las demás permutaciones).
Preferentemente, la presente invención comprende un controlador PI. Estas acciones de control proporcionales y/o integrales pueden realizarse con respecto a un valor de desvío de guiñada (que puede ser el ángulo entre la posición de guiñada real y la posición de guiñada deseada). Se puede conseguir un controlador efectivo utilizando un controlador con una sola acción de control proporcional o una sola acción de control integral (con respecto al ángulo de desvío de guiñada). Sin embargo, se puede conseguir un control de movimiento más preciso cuando se utilizan acciones de control, tanto la proporcional como la integral (con respecto al desvío de guiñada). De manera alternativa, puede haber ciertos esquemas de control en los que solo sea deseable una acción de control proporcional.
Los controladores de movimiento normalmente solo utilizan acciones de control derivadas, debido a que es una práctica normal amortiguar los movimientos en lugar de controlarlos.
La presente invención puede comprender un programa de control que incorpore acciones de control de movimiento de guiñada proporcionales, integrales y derivadas que se formulan de la siguiente manera
donde prefj es la señal de referencia del ángulo de cabeceo de los álabes i, Po es la señal de referencia colectiva del ángulo de cabeceo de todos los álabes (incluido posiblemente el control de amortiguamiento activo del movimiento de cabeceo), mientras que piy es la referencia adicional del ángulo de cabeceo individual de guiñada de los álabes i.py puede representarse de la siguiente manera
donde 9 es el ángulo de guiñada de la torre (el ángulo entre la posición de guiñada real y la posición de guiñada deseada), 9 es la velocidad angular de guiñada de la torre, Ky es la ganancia integral del controlador, Kpy es la ganancia proporcional del controlador y Kvy es la ganancia del controlador derivada y q>¡ es el ángulo azimutal de los álabes del rotor i.
Opcionalmente, la ganancia del controlador derivada Kvy puede configurarse a cero. Dicho de otra forma, puede que el controlador no comprenda eficazmente una acción de control derivada. Además, la ganancia integral o proporcional del controlador se puede configurar a cero (de modo que no haya acción de control proporcional o ninguna acción de control integral).
Los inventores de la presente invención se han dado cuenta de que las acciones de control proporcionales e integrales son ventajosas para el control del movimiento de guiñada en controladores para turbinas eólicas flotantes porque el movimiento de guiñada varía lentamente con los cambios en las condiciones del viento. Como resultado, el efecto de la acción de control derivada puede ser insignificante y los inventores se dieron cuenta de que podría proporcionarse un controlador de guiñada eficaz mediante el uso de acciones de controlador proporcionales y/o integrales (proporcionales e integrales del desvío de guiñada, es decir, el ángulo entre el valor de guiñada absoluto y el valor de guiñada deseado) y que no es esencial una acción de control derivada.
La acción de control derivada puede utilizarse para responder a cambios rápidos en la respuesta del sistema con respecto a la referencia deseada del sistema, se puede aplicar una acción de control proporcional para responder a cambios más lentos y desviaciones en la respuesta del sistema con respecto a la referencia deseada del sistema y se puede aplicar una acción de control integral para evitar un desvío distinto de cero entre la respuesta del sistema y la referencia deseada del sistema en un régimen estable.
El controlador puede estar dispuesto para controlar el movimiento de guiñada y que llegue a un valor de referencia de guiñada deseado 9ref, es decir, la posición de guiñada deseada. Esto se puede conseguir mediante la siguiente variable de control:
donde 8 es la posición de guiñada real. Normalmente, el valor de referencia de guiñada deseado será la posición en la que el rotor mira hacia el viento, es decir, cuando el eje del rotor es paralelo a la dirección del viento.
La inserción de esta variable de control en la ecuación anterior da
Así, este controlador controlará los movimientos de guiñada hasta que llegue al valor de referencia deseado.
El controlador puede estar configurado para controlar solo el movimiento de guiñada cuando el valor absoluto de guiñada (abs(0)) sobrepase un límite determinado, es decir aós^0)>9límite>O. Esto se puede conseguir mediante la siguiente variable de control con las siguientes restricciones:
La inserción de esta variable de control en la ecuación anterior da
Piy = ( K py9 + K ,y J é ( j) d T + K v & ) s e n ( 0¡ ) ,
k
Así, este controlador solo controlará los movimientos de guiñada cuando el desvío de guiñada, es decir, el ángulo entre una posición deseada y una posición real, sea mayor que un ángulo de umbral.
El controlador está dispuesto para controlar también el movimiento en la dirección en el plano. El movimiento en la dirección en el plano se debe a los movimientos combinados de rodamiento y balanceo y puede ser causado por variaciones en el par aerodinámico o del generador, por ejemplo. Es conveniente poder controlar los movimientos de lado a lado de un cuerpo flotante que podrían afectar la eficiencia de la turbina eólica o, en casos más graves, dañar la turbina eólica flotante.
El control en el plano se puede conseguir orientando de manera individual los álabes del rotor para generar una fuerza en la dirección en el plano del rotor que contrarreste la velocidad en el plano y/o la excursión (desplazamiento) en el plano. Esto se puede conseguir ajustando dinámicamente el cabeceo de los álabes, de modo que se proporcione un ángulo adicional de los álabes cuando los álabes estén en la mitad superior del ciclo del rotor y se proporcione un ángulo negativo adicional de los álabes cuando los álabes estén en la mitad inferior del ciclo del rotor. Por ejemplo, el paso se puede ajustar de forma continua y gradual mientras gira, de modo que se proporcione un cabeceo de los álabes que aumente y luego disminuya gradualmente en la mitad superior del ciclo del rotor y que se proporcione un cabeceo de los álabes que disminuya gradualmente y luego que aumente en la mitad inferior del ciclo del rotor. Preferentemente, se proporciona un ángulo adicional de los álabes al pasar la posición superior del ciclo del rotor y se proporciona un ángulo negativo correspondiente de los álabes cuando se pasa la posición inferior del ciclo del rotor, lo que proporciona una fuerza neta en el plano. Modificando la amplitud del ángulo de cabeceo de los álabes adicional y modificando de ese modo la fuerza con una frecuencia igual a la frecuencia natural del movimiento en el plano, se puede obtener un efecto de amortiguamiento neto.
El controlador también está dispuesto para controlar un movimiento en la dirección axial. Un movimiento en la dirección axial se debe a los movimientos combinados de oscilación y cabeceo y, por ejemplo, puede ser provocado por una velocidad variable del viento que genera una fuerza axial. Como se ha comentado anteriormente, en determinadas circunstancias, esta fuerza puede provocar movimientos inestables graves. Este control se consigue orientando de forma dinámica y colectiva los álabes del rotor para crear una fuerza axial sobre el rotor que se oponga al movimiento.
Se comprobó que el control de movimiento en direcciones distintas a la dirección axial solo tiene un impacto mínimo en las fuerzas axiales y, por lo tanto, se podría utilizar en combinación con controles para el movimiento axial.
El controlador está dispuesto para controlar el movimiento de la turbina eólica flotante en una pluralidad de direcciones, ya sean de traslación o de rotación, simultáneamente. El controlador controla, al mismo tiempo, los movimientos en el plano, movimientos de guiñada y movimientos axiales.
Al diseñar un sistema de control según una realización de la invención, se puede suponer que, en la mayoría de los casos, el movimiento de guiñada, el movimiento horizontal en el plano del rotor y el movimiento horizontal-axial de la góndola son casi ortogonales. Dicho de otra forma, se puede suponer que la introducción de fuerzas en una de las direcciones tendrá un efecto menor en las otras direcciones, es decir, se supone que hay efectos de interacción insignificantes. No obstante, esta suposición no es imprescindible y en controles más avanzados se pueden tener en cuenta los efectos de acoplamiento entre los diferentes modos de movimiento.
El control simultáneo se puede conseguir determinando el cabeceo necesario de cada uno de los álabes, para así controlar cada uno de los movimientos, y luego, combinando cada uno de los componentes individuales de cabeceo de los álabes para calcular una variación dinámica total.
El controlador está adaptado para calcular un cabeceo dinámico y colectivo de toda la pluralidad de álabes del rotor para contrarrestar un movimiento axial de la turbina eólica flotante para obtener un primer ajuste, calcular un cabeceo dinámico e individual de cada una de la pluralidad de álabes para contrarrestar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante para obtener un segundo ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada uno de la pluralidad de álabes y/o una variación en el par del rotor para contrarrestar un movimiento en el plano de la turbina eólica flotante para obtener un tercer ajuste; y combinar el primer, segundo y tercer ajustes para provocar un control simultáneo de los movimientos axiales, los movimientos de guiñada y los movimientos en el plano de la turbina eólica flotante.
preferentemente, el controlador está dispuesto para ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor con una fase relativa a la velocidad de movimiento axial y/o en el plano de la turbina eólica flotante, para así proporcionar una fuerza de amortiguamiento.
Adicional o alternativamente, el controlador está dispuesto para ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor con una fase relativa al desplazamiento de guiñada, en el plano y/o de movimiento axial, para así proporcionar una fuerza de restitución.
Por fuerza de amortiguamiento se entiende una fuerza que se opone a la velocidad de movimiento en oposición a una fuerza de restitución que actúa para oponerse a la excursión de movimiento (desplazamiento).
La fase del movimiento de guiñada de los álabes del rotor en relación con la velocidad de movimiento se puede modificar para que la fuerza esté en fase con la velocidad de movimiento, para así crear una fuerza de amortiguamiento, o en fase con la excursión de movimiento (desplazamiento), para así crear una fuerza de restitución.
El controlador se puede calibrar para obtener un equilibrio óptimo entre las fuerzas de amortiguamiento y restitución. Esto se puede conseguir cada uno de los movimientos (movimientos de guiñada, en el plano y/o axiales).
Opcionalmente, el controlador está dispuesto además para controlar el par de la carga entregada al rotor para controlar un movimiento en la dirección en el plano. Dicho de otra forma, el controlador puede estar dispuesto para controlar la resistencia a la rotación del rotor, lo que significa que, para una velocidad de viento y un cabeceo determinados de los álabes, se puede controlar la velocidad del rotor. Esta carga puede ser una carga de generador.
Así, se proporciona una manera de controlar los movimientos en el plano sin tener que ajustar el cabeceo de los álabes, lo que podría dar como resultado un sistema más eficiente o un control más preciso de los movimientos en el plano.
Esto se puede conseguir modificando el sistema de control del par del generador original para que tenga un componente adicional en la señal de referencia de par del generador que sea proporcional a la velocidad de la torre del plano del rotor.
El control de los movimientos en el plano mediante el control del par del generador se puede utilizar de forma alternativa o adicional al control de los movimientos en el plano mediante el cabeceo individual y dinámico de los álabes.
El controlador puede estar dispuesto para recibir una medición de la velocidad del movimiento de la turbina eólica flotante que deba controlarse. Dicho de otra forma, la turbina eólica flotante puede comprender un sensor de movimiento. Por ejemplo, la medición puede ser la velocidad de guiñada, la velocidad en el plano y/o la velocidad axial.
El controlador puede estar dispuesto para recibir una medición de un desplazamiento desde una posición deseada (por ejemplo, una posición vertical y/o una posición que mira hacia el viento, de manera que el eje del rotor sea paralelo a la dirección del viento). La medición puede ser un ángulo de guiñada, un desplazamiento en el plano o un desplazamiento axial.
Esto significa que el principio de controlar los movimientos de la turbina eólica flotante se puede conseguir independientemente de si los movimientos son armónicos o estocásticos. La medición puede ser, por ejemplo, la velocidad en el plano del rotor y/o la velocidad de guiñada y/o movimiento y/o aceleración. Preferentemente, la medición se toma al nivel de la góndola. La velocidad puede ser una estimación basada en otras medidas. Por ejemplo, la velocidad se puede medir mediante el uso de un acelerómetro conectado a la góndola o mediante cualquier otro método conocido.
Cuando se introduce la medición de la velocidad de movimiento, es preferible que el controlador utilice un filtro paso bajo al introducir la velocidad. En general, si se recibe una medición que indique el movimiento, es preferible que se filtre para que el controlador pueda controlar los movimientos con un cierto rango de frecuencias.
Esto garantiza que el controlador pueda actuar sobre los movimientos dentro de un rango de frecuencia específico, por ejemplo, a la frecuencia de resonancia (o cerca de esta). Por ejemplo, con respecto a los movimientos de rodamiento, se desea proporcionar amortiguamiento a la frecuencia natural del movimiento de rodamiento (o cerca de esta) y tener en cuenta frecuencias más altas, como la frecuencia de las olas, como una perturbación no deseada. El filtro puede ser un filtro Butterworth de segundo orden.
Es preferible que el filtro evite que el controlador actúe sobre los movimientos inducidos por las olas. Dicho de otra forma, el filtro debe disponerse de modo que el controlador actúe únicamente como respuesta a los movimientos inducidos por el viento. Esto se puede conseguir filtrando los movimientos en el rango de frecuencia de los movimientos inducidos por las olas. Es conveniente que los movimientos inducidos por las olas se filtren porque el control de los movimientos inducidos por las olas puede provocar daños en los componentes de la turbina eólica, como los álabes del rotor.
Preferentemente, el controlador está dispuesto para operar solo cuando el movimiento que se vaya a controlar esté por encima de un cierto límite o valor umbral. Dicho de otra forma, no es necesario activar de forma continua el control de los movimientos. Esto puede evitar que el controlador responda innecesariamente a movimientos leves que no causan problemas en la operación de la turbina eólica flotante.
Por ejemplo, con respecto a los movimientos de guiñada, el controlador puede estar dispuesto para operar solo cuando el ángulo de desvío de guiñada (el ángulo entre la posición de guiñada real y una posición de guiñada deseada) esté por encima de un valor de guiñada umbral. Este valor de guiñada umbral puede ser, por ejemplo, un ángulo de desvío de 5 grados, es decir, de más o menos 5 grados con respecto a la posición de guiñada deseada.
El controlador puede operar solo cuando el desplazamiento desde una posición deseada es mayor que un desplazamiento umbral.
Esto reduce la cantidad de actividad de cabeceo de los álabes y puede reducir el desgaste y rotura del mecanismo de cabeceo.
El controlador puede comprender un sistema de monitorización de movimientos que detecta si los movimientos sobrepasan ciertos límites, por ejemplo, si el desplazamiento supera un umbral de desplazamiento (desde una posición deseada). Si se sobrepasa un cierto límite predeterminado, entonces se puede activar el controlador.
La invención también otorga un método de control correspondiente. Así, vista desde un segundo aspecto, la invención proporciona un método para controlar una estructura de turbina eólica flotante que comprende una pluralidad de álabes de rotor, comprendiendo el método: ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor para crear una fuerza neta y controlar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante, en donde el ajuste del cabeceo de los álabes se calcula utilizando un controlador que incluye una acción de control que es proporcional a un ángulo de desvío de guiñada y/o una acción de control que es proporcional a una integral del ángulo de desvío de guiñada, en donde el controlador está adaptado para calcular un cabeceo dinámico y colectivo de toda la pluralidad de álabes del rotor para contrarrestar un movimiento axial de la turbina eólica flotante para obtener un primer ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada una de la pluralidad de álabes para contrarrestar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante para obtener un segundo ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada uno de la pluralidad de álabes y/o una variación en el par del rotor para contrarrestar un movimiento en el plano de la turbina eólica flotante para obtener un tercer ajuste; y combinar el primer, segundo y tercer ajustes para provocar un control simultáneo de los movimientos axiales, los movimientos de guiñada y los movimientos en el plano de la turbina eólica flotante.
El método incorpora las características opcionales y preferibles comentadas anteriormente con respecto al primer aspecto de la invención.
Tal y como apreciará un experto en la materia, el controlador, por lo habitual, se proporcionará en forma de software. Así, el controlador comprende un procesador para ejecutar este software. Los procesadores pueden ser, por ejemplo, microprocesadores.
En el presente documento, se describe un controlador de movimientos para una turbina eólica flotante con una pluralidad de álabes de rotor, en donde el controlador está dispuesto para ajustar el cabeceo de cada álabe de rotor para crear una fuerza neta y controlar un movimiento de la turbina eólica flotante en una dirección distinta a la dirección axial. La invención también proporciona un método de control correspondiente. Dicho de otra forma, también se describe en el presente documento un método para controlar una estructura de turbina eólica flotante que comprende una pluralidad de álabes de rotor, comprendiendo el método: ajustar el cabeceo de cada álabe de rotor para crear una fuerza neta y controlar un movimiento de la turbina eólica flotante en una dirección distinta a la dirección axial. Estas características se pueden combinar con una o cualquier combinación de las características adicionales descritas anteriormente.
A continuación, se describirá una realización preferida de la invención únicamente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 muestra un gráfico de captura de simulación con y sin amortiguamiento activo en el plano con el uso de un control de cabeceo individual de los álabes;
la figura 2 muestra un gráfico de captura de simulación con y sin amortiguamiento activo en el plano con control del par del generador de uso por debajo de la velocidad nominal del viento;
la figura 3 muestra el ángulo de rotación de los álabes como se observa en la dirección x positiva (dirección del viento);
la figura 4 muestra un gráfico de captura de simulación con y sin control activo del movimiento de guiñada con el uso del control de cabeceo individual de los álabes; y
la figura 5 muestra una turbina eólica que incorpora un controlador según una realización de la invención.
Pasando primero a la figura 5, se ilustra un conjunto de turbina eólica flotante 1. Este comprende un rotor de turbina 2 montado en una góndola 3. La góndola, a su vez, está montada en la parte superior de una estructura que comprende una torre 4 inmovilizada en la parte superior de un cuerpo flotante 5, que en el ejemplo mostrado es una estructura a modo de boya. Los principios divulgados de control de movimientos son aplicables en todas las estructuras flotantes para turbinas eólicas flotantes. El cuerpo flotante está inmovilizado en el lecho marino mediante uno o más cabos de anclaje 7 (solo se muestra uno), que pueden ser cabos de amarre tensados o catenarios. La góndola contiene un generador eléctrico que está conectado al rotor de la turbina mediante cualquier medio conocido, como engranaje reductor, mediante conexión directa al generador eléctrico o a la transmisión hidráulica, etc. (estos elementos no se muestran). La góndola también contiene una unidad de control.
La turbina eólica flotante se ve sometida a las fuerzas del viento entrante Uw y a la fuerza de las olas 9 (Las olas 9 se muestran esquemáticamente sobre la superficie del agua). Estas fuerzas harán que el conjunto de turbina eólica flotante 1 se mueva en el agua.
El control en la góndola está dispuesto para determinar un ajuste de cabeceo de los álabes necesario para controlar los movimientos de la turbina eólica flotante. Así mismo, el controlador está dispuesto para ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor de forma independiente y, así, crear una fuerza neta para controlar el movimiento de la turbina eólica flotante en una dirección axial, una dirección en el plano y una dirección de guiñada.
Si el movimiento axial debe amortiguarse en un rango de frecuencia cercano a la frecuencia de resonancia wx, se debe crear una fuerza que se oponga a la velocidad axial del movimiento del rotor. Si se realiza un movimiento de cabeceo de los álabes dinámico y colectivo a una frecuencia wx y amplitud APoa, se puede obtener una fuerza axial (empuje) sobre el rotor que se opone al movimiento axial. Para un movimiento axial armónico, el ángulo de cabeceo de los álabes debería ser
/ ? = A ) A / L C 0 S ( ® / a o ) t 1 ]
Aquí, po es el ángulo de cabeceo que establece el controlador convencional con el objetivo producir energía de manera constante. ApoA coswxt+ao) es el ángulo de cabeceo adicional de los álabes para conseguir el amortiguamiento. ao es un ángulo de fase entre la velocidad axial y el ángulo de cabeceo máximo y t es el tiempo.
Si el movimiento en el plano debe controlarse en un rango de frecuencia cercano a la frecuencia de resonancia para el movimiento en el plano wy, debe crearse una fuerza que se oponga a la velocidad en el plano y/o a la excursión en el plano del movimiento del rotor. Si se realiza un movimiento de cabeceo dinámico de los álabes, proporcionando un ángulo adicional Ap al pasar a la posición superior y un ángulo -Ap correspondiente al pasar la posición inferior, se obtiene una fuerza neta en el plano debido a las fuerzas de elevación cambiadas en los álabes. Si, después, esta fuerza en el plano se modifica con una frecuencia igual a la frecuencia natural del movimiento en el plano, se puede obtener un efecto amortiguador neto. Para un movimiento armónico en el plano con una frecuencia Wy y una frecuencia de rotor O, el cabeceo de cada uno de los álabes debe ser un cabeceo individual con la forma:
En este ejemplo, las funciones armónicas de coseno se utilizan para proporcionar una variación uniforme del ángulo de cabeceo y, por lo tanto, una variación uniforme de la fuerza. No obstante, se podría aplicar cualquier función periódica uniforme con la frecuencia prescrita.
Aquí j es el número de álabes (j=1, 2 o 3 para un rotor de tres álabes), ApyA es la amplitud del ángulo de cabeceo de los álabes, ay, Yy son fases del movimiento de cabeceo de los álabes con respecto a la velocidad en el plano y la posición del punto superior de los álabes, respectivamente, Qjo es la fase correspondiente a la posición inicial de cada álabe del rotor, es decir, para un rotor de tres álabes 9jo=2n/3 (j-1). ay se puede modificar para que la fuerza esté en fase con la velocidad en el plano (amortiguamiento) o en fase con la excursión en el plano (restitución). Para una oscilación armónica, estos componentes siempre tienen una diferencia de fase de n/2. El control se puede calibrar para proporcionar un efecto de restitución y amortiguamiento.
Para generar un momento de guiñada dinámico, se puede utilizar un principio similar al del movimiento en el plano. La frecuencia natural de guiñada sustituye a la frecuencia natural en el plano en [2] y las fases se cambian para generar una fuerza de guiñada en lugar de una fuerza en el plano. De manera alternativa, la frecuencia de guiñada no necesita corresponderse con la frecuencia natural de guiñada y también puede cambiar con el tiempo. En el caso especial del movimiento armónico, se puede representar como
Y6 normalmente es Yy±n/2. Al igual que con el movimiento en el plano, el ángulo de fase a6 se puede calibrar para obtener un equilibrio óptimo entre las fuerzas de amortiguamiento y restitución.
La variación dinámica total del ángulo de cabeceo de los álabes será aproximadamente la suma de los tres componentes individuales de Ap anteriores. Los efectos de interacción entre las fuerzas dependen de la relación entre las frecuencias naturales involucradas y la no linealidad en las fuerzas de elevación y arrastre. Un determinado ángulo de cabeceo de los álabes cambiará el ángulo de ataque cerca del eje del rotor más que cerca de la punta. Por esa razón, se debe realizar una calibración individual de las contribuciones para obtener la reducción de movimiento deseada y evitar, en la medida de lo posible, impactos negativos, como la reducción de la producción de energía y el aumento de las cargas en los álabes. Los principios de control del movimiento de guiñada y amortiguamiento en el plano anteriores no necesitan activarse de manera continua. Por ejemplo, se puede disponer de un sistema de
monitorización de movimientos que detecte si los movimientos (por ejemplo, los desplazamientos) sobrepasan ciertos límites, es decir, un umbral determinado, y que luego active el sistema de control en consecuencia.
Si el movimiento (rodamiento) en el plano (resonante) es excitado por la variación en el par aerodinámico o del generador, hay disponible una opción de control alternativa: modificar el controlador de par del generador para imponer amortiguamiento en el intervalo de frecuencia relevante. Esto se puede conseguir modificando el sistema de control del par del generador original para que tenga un componente adicional en la señal de referencia de par del generador que sea proporcional a la velocidad de la torre del plano del rotor. Para el movimiento armónico en el plano, la referencia de par del generador se puede formular de la siguiente manera
donde Trefo es la señal de referencia de par del generador original y ATyA es la amplitud relativa de la señal de referencia de control del par adicional para el amortiguamiento activo en el plano. Este se puede utilizar además del control de movimiento, que se consigue mediante el cabeceo de los álabes del rotor, o se puede utilizar solo cuando se desee controlar únicamente los movimientos en el plano.
El principio del ángulo de cabeceo deseado de los álabes para generar una fuerza armónica en el plano del rotor proporcionado en la ecuación [2] se puede aplicar en un esquema de control con un comportamiento generalmente no armónico basado en una medición de la velocidad en el plano del rotor de una turbina eólica flotante.
Contémplese una medición de la velocidad horizontal en el plano del rotor yn, medida al nivel de la góndola. Entonces, un esquema de control de amortiguamiento activo en el plano se puede formular de la siguiente manera
Prefj ~ Pe Pi,
donde fire, es la señal de referencia del ángulo de cabeceo de los álabes i, fio es la señal de referencia colectiva del ángulo de cabeceo de todos los álabes (incluido posiblemente el control de amortiguamiento activo del movimiento de cabeceo), mientras f ir es la referencia adicional del ángulo de cabeceo individual en el plano de los álabes i, que se controla para dar una fuerza de amortiguamiento en el plano del rotor mediante la ecuación:
donde Kvr es la ganancia del controlador de amortiguamiento en el plano y qii es el ángulo azimutal de los álabes i. A menudo se desea proporcionar amortiguamiento adicional en la frecuencia natural del movimiento en el plano y tener en cuenta las frecuencias más altas, como las frecuencias de las olas, como perturbaciones no deseadas. Por lo tanto, puede ser ventajoso utilizar un filtro paso bajo en la velocidad horizontal del plano del rotor yn. En la forma Laplace, un filtrado Butterworth de segundo orden de yn se puede representar como
donde wo es la frecuencia de corte en el filtro paso bajo e ynf es la velocidad filtrada de la góndola. Así, se puede formular un esquema de control en el plano del rotor con filtrado de paso bajo combinando la ecuación [6] y la ecuación [7]:
El amortiguamiento activo en el plano mediante el uso del control de cabeceo individual de los álabes se puede aplicar tanto por encima como por debajo de la velocidad nominal del viento. La velocidad medida en el plano del rotor podría medirse directamente o podría estimarse en función de otras mediciones. En la figura 1 se muestra un gráfico de captura de simulación activa en el plano con y sin amortiguamiento con el uso del control de cabeceo individual de los álabes. La figura 1 muestra un gráfico de captura de simulación en el dominio temporal del movimiento en el plano para una condición ambiental con una altura de ola significativa de 5 m, período máximo de 10,7 s y velocidad media del viento de 16,5 m/s. Se muestran el sistema de control de cabeceo colectivo de los álabes de la turbina eólica flotante convencional (ADC) y el sistema convencional con amortiguamiento activo en el plano mediante el uso del
control de cabeceo individual de los álabes (ADC+ARIC). Las simulaciones se realizan con medición de la velocidad 2 n
cor
= —
de balanceo de la góndola, Kvr=-0,25 y 20 ■ El período natural del rodamiento, en este caso, es de 30 segundos. Se observa una reducción significativa en el movimiento en el plano aplicando el ARIC, incluso si la configuración de los parámetros no está optimizada.
Debido a la naturaleza no lineal de las fuerzas aerodinámicas en los álabes del rotor, puede ser ventajoso aplicar técnicas de programación de ganancia para programar la ganancia del controlador de amortiguamiento en el plano con la condición operativa en función de las mediciones de, por ejemplo, la velocidad del rotor, ángulo de cabeceo de los álabes y/o velocidad del viento.
Tal y como se ha mencionado anteriormente, un método alternativo para amortiguar los movimientos en el plano del rotor de una turbina eólica flotante es añadir una señal adicional, proporcional a la velocidad de la torre horizontal en el plano del rotor, a la señal de referencia de par del generador, Tre.
Contémplese una medición de la velocidad horizontal en el plano del rotor yn, medida al nivel de la góndola. Entonces, un esquema de control de amortiguamiento activo en el plano se puede formular como:
donde Tref0 es la señal de referencia de par del generador original, y Ktc es la ganancia del controlador del par del generador de amortiguamiento en el plano.
Del mismo modo que en la sección anterior, un esquema de control en el plano del rotor con filtrado de paso bajo puede ser deseable para evitar perturbaciones de alta frecuencia y el uso del esquema de filtrado de paso bajo en la ecuación (8) conduce al siguiente esquema de control del par del generador para el amortiguamiento activo en el plano:
El amortiguamiento activo en el plano mediante el uso del control del par del generador es particularmente adecuado por debajo de la velocidad nominal del viento y la velocidad medida en el plano del rotor también podría ser una estimación basada en otras mediciones. En la figura 2 se muestra un gráfico de captura de simulación con y sin amortiguamiento activo en el plano con control del par del generador de uso por debajo de la velocidad del viento nominal. La figura 2 muestra un gráfico de captura de simulación en el dominio temporal al nivel medio del agua para una condición ambiental con una altura de ola significativa de 2 m, período máximo de 8,5 s y velocidad media del viento de 8 m/s. Se muestran el sistema de control de turbina eólica convencional (CC) y el sistema con amortiguamiento activo en el plano convencional mediante el uso del control del par del generador (CC+ARTC). La 2 7t
simulación se realiza con la medición de la velocidad de balanceo de la góndola, Kc=3,0 y
El principio del ángulo de cabeceo deseado de los álabes para generar una fuerza armónica de guiñada proporcionado en la ecuación [3] se puede transferir a un esquema de control con un comportamiento generalmente no armónico basado en una medición de la velocidad de guiñada de la turbina eólica flotante. No obstante, es deseable incluir acciones de control proporcionales y/o integrales además de, o en lugar de, las acciones de control de derivadas indicadas en la ecuación [3]. Esto se debe a que los movimientos de guiñada varían lentamente y a que los movimientos de guiñada se ven poco afectados por las olas.
La figura 3 muestra el ángulo de rotación de los álabes como se observa en la dirección x positiva (dirección del viento). En la figura 3 se puede ver que un momento de guiñada de restitución para un movimiento de guiñada positivo se obtiene mediante el cabeceo individual positivo de los álabes del rotor con ángulos azimutales de los álabes del rotor de 0 a 180 grados y un cabeceo individual negativo de los álabes del rotor con ángulos acimutales de los álabes del rotor de 180 a 360 grados, y al contrario para el movimiento de guiñada negativo.
Se supone que es deseable una variación cíclica uniforme de los ángulos de cabeceo de los álabes del rotor durante una revolución del rotor y, en función de esto, un programa de control que incorpore acciones de control de movimiento proporcionales, integrales y derivadas se pueden formular como:
donde firefj es la señal de referencia del ángulo de cabeceo de los álabes i, fio es la señal de referencia colectiva del ángulo de cabeceo de todos los álabes (incluido posiblemente el control de amortiguamiento activo del movimiento de cabeceo), mientras fiiy es la referencia adicional del ángulo de cabeceo individual de guiñada de los álabes i, representado como
donde 9 es el ángulo de guiñada de la torre, 9 es la velocidad angular de guiñada de la torre, Kiy es la ganancia integral del controlador, Kpy es la ganancia proporcional del controlador y Kvy es la ganancia del controlador derivada y q>¡ es el ángulo azimutal de los álabes del rotor i.
El control activo del movimiento de guiñada mediante el uso del control de cabeceo individual de los álabes se puede aplicar tanto por encima como por debajo de la velocidad nominal del viento. El movimiento de guiñada puede medirse directamente o también podría ser una estimación basada en otras mediciones. En la figura 4 se muestra un gráfico de captura de simulación con y sin control de movimiento de guiñada activo con el uso de control de cabeceo individual de los álabes. La figura 4 muestra un gráfico de captura de simulación en el dominio temporal del movimiento de guiñada al nivel medio del agua para una condición ambiental con una altura de ola significativa de 5 m, período máximo de 10,7 s y velocidad media del viento de 16,5 m/s, es decir, por encima de la velocidad nominal del viento. Se muestran el sistema de control de cabeceo colectivo de los álabes de la turbina eólica flotante convencional (ADC) y el sistema convencional con control de movimiento de guiñada mediante el uso del control de cabeceo individual de los álabes (ADC+AYIC). La simulación se realiza con Kpy=2,5, Kj=0,25 y Kvy=0.
En este ejemplo, la ganancia del controlador derivada se establece en cero. Esto se debe a que se descubrió que el efecto de la acción del controlador derivada sobre los movimientos de guiñada en turbinas eólicas flotantes es insignificante. El movimiento de guiñada varía lentamente con los cambios en las condiciones del viento, por lo que, como resultado, una fuerza de amortiguamiento (proporcionada por la acción de control derivada) tiene poco efecto. Como resultado, el controlador no necesita comprender una acción de control derivada.
Debido a la naturaleza no lineal de la fuerza de empuje aerodinámica, puede ser ventajoso aplicar técnicas de programación de ganancia para programar las ganancias del controlador de movimientos de guiñada con la condición operativa real en función de mediciones de, por ejemplo, la velocidad del rotor, ángulo de cabeceo de los álabes y/o velocidad del viento.
Los esquemas de control presentados anteriormente para el movimiento en el plano (ya sea por control el control de los álabes o control del par) se pueden combinar (multiplicar por factores de escala adecuados y sumarlos) con los esquemas de control para el movimiento de guiñada para obtener el control activo del amortiguamiento en el plano y del movimiento de guiñada. Los esquemas de control anteriores son únicamente ejemplos de implementación y no están optimizados. La optimización empleará configuraciones del controlador que reduzcan los movimientos lo suficiente y, al mismo tiempo, no provoquen efectos negativos demasiado grandes, por ejemplo, en las cargas de los álabes.
Claims (15)
1. Un controlador de movimientos para una turbina eólica flotante (1) con una pluralidad de álabes de rotor, en donde el controlador está dispuesto para ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor para así crear una fuerza neta que controle un movimiento de la turbina eólica flotante en una dirección de guiñada, en donde el controlador incluye una acción de control que es proporcional a un ángulo de desvío de guiñada y/o una acción de control que es proporcional a una integral del ángulo de desvío de guiñada, en donde el controlador está adaptado para calcular un cabeceo dinámico y colectivo de toda la pluralidad de álabes del rotor para contrarrestar un movimiento axial de la turbina eólica flotante para obtener un primer ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada una de la pluralidad de álabes para contrarrestar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante para obtener un segundo ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada uno de la pluralidad de álabes y/o una variación en el par del rotor para contrarrestar un movimiento en el plano de la turbina eólica flotante para obtener un tercer ajuste; y combinar el primer, segundo y tercer ajustes para provocar un control simultáneo de los movimientos axiales, los movimientos de guiñada y los movimientos en el plano de la turbina eólica flotante.
2. Un controlador de movimientos según la reivindicación 1, en donde el controlador no incluye una acción de control que es proporcional a la derivada del ángulo de desvío de guiñada.
3. Un controlador de movimientos según la reivindicación 1 o 2, en donde el controlador está dispuesto para operar solo cuando el desvío de guiñada está por encima de un determinado ángulo de umbral.
4. Un controlador de movimientos según la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el controlador está dispuesto para: ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor con una fase relativa a la velocidad de movimiento de la turbina eólica flotante para proporcionar una fuerza de amortiguamiento para al menos uno de los movimientos.
5. Un controlador de movimientos según cualquier reivindicación anterior, en donde el controlador está dispuesto para: ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor con una fase relativa al desplazamiento del movimiento de la turbina eólica flotante para así proporcionar una fuerza de restitución.
6. Un controlador de movimientos según cualquier reivindicación anterior, en donde el controlador está dispuesto para controlar el par de la carga entregada al rotor para controlar un movimiento en la dirección en el plano.
7. Un método para controlar una estructura de turbina eólica flotante (1) que comprende una pluralidad de álabes de rotor, comprendiendo el método:
ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor para crear una fuerza neta y controlar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante, en donde el ajuste del cabeceo de los álabes se calcula utilizando un controlador que incluye una acción de control que es proporcional a un ángulo de desvío de guiñada y/o una acción de control que es proporcional a una integral del ángulo de desvío de guiñada, en donde el controlador está adaptado para calcular un cabeceo dinámico y colectivo de toda la pluralidad de álabes del rotor para contrarrestar un movimiento axial de la turbina eólica flotante para obtener un primer ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada una de la pluralidad de álabes para contrarrestar un movimiento de guiñada de la turbina eólica flotante para obtener un segundo ajuste; calcular un cabeceo dinámico e individual de cada uno de la pluralidad de álabes y/o una variación en el par del rotor para contrarrestar un movimiento en el plano de la turbina eólica flotante para obtener un tercer ajuste; y combinar el primer, segundo y tercer ajustes para provocar un control simultáneo de los movimientos axiales, los movimientos de guiñada y los movimientos en el plano de la turbina eólica flotante.
8. Un método según la reivindicación 7, en donde el ajuste del cabeceo de los álabes se calcula utilizando un controlador que no incluye una acción de control que sea proporcional a la derivada del ángulo de desvío de guiñada.
9. Un método según la reivindicación 7 u 8, en donde el controlador está dispuesto para operar solo cuando el desvío de guiñada esté por encima de un determinado ángulo de umbral.
10. Un método según la reivindicación 7, 8 o 9, en donde el método comprende:
ajustar un cabeceo de cada álabe del rotor para así crear una fuerza neta y controlar un movimiento en el plano.
11. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, comprendiendo el método:
ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor con una fase relativa a la velocidad de movimiento de la turbina eólica flotante para así proporcionar una fuerza de amortiguamiento para al menos uno de los movimientos.
12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, comprendiendo el método:
ajustar el cabeceo de cada álabe del rotor con una fase relativa al desplazamiento del movimiento de la turbina eólica flotante para proporcionar una fuerza de restitución.
13. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, comprendiendo el método:
controlar el par de la carga entregada al rotor para controlar un movimiento en la dirección en el plano.
14. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, comprendiendo el método introducir en el controlador una medición de la velocidad de los movimientos de la turbina eólica flotante; y preferentemente utilizar un filtro paso bajo al introducir la velocidad.
15. Una instalación de turbina eólica flotante que comprende un controlador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, o está controlada según el método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14.
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