ES2862574T3 - Sistema de control y procedimientos para verificar el funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento (400) para verificar el funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica (204), comprendiendo dicho procedimiento: definir dinámicamente un vecindario (306) de turbinas eólicas vecinas (100) para una primera turbina eólica (308), definiendo el vecindario (306) en un primer momento y ajustando el vecindario (306) en un momento posterior, con cada turbina eólica vecina que incluye al menos un sensor, siendo dicho vecindario (306) una agrupación organizativa de turbinas eólicas (100) basada en un factor común; recibir datos de al menos un sensor de turbina eólica vecino; definir un algoritmo de normalización (408) para la primera turbina eólica (308), con el algoritmo de normalización utilizado para normalizar los datos recibidos del al menos un sensor de turbina eólica vecino (100), determinando coeficientes de normalización para turbinas eólicas, con dichos coeficientes de normalización que representan la similitud de una turbina eólica respecto a la primera turbina eólica para verificar el funcionamiento del al menos un sensor de turbina eólica (204); en el que dicha definición dinámica de un vecindario (306) de turbinas eólicas vecinas (100) en un momento determinado comprende: definir dinámicamente un vecindario principal (312) que incluye la primera turbina eólica (308) y una pluralidad de turbinas eólicas vecinas; y ajustar un tamaño del vecindario principal (312) basándose en el algoritmo de normalización; usar el algoritmo de normalización (408) para asignar un coeficiente de normalización a cada turbina eólica (100) en el vecindario principal (312) para determinar la relevancia de los datos del sensor con respecto a la primera turbina eólica (308); ordenar los coeficientes de normalización para crear un conjunto ordenado de valores de coeficientes; seleccionar un número y/o porcentaje predefinidos del conjunto de valores de coeficientes; y ajustar el tamaño del vecindario principal (312) en un momento posterior al número de turbinas eólicas (100) asociadas con el número predefinido seleccionado y/o porcentaje del conjunto de valores de coeficientes de modo que las turbinas eólicas seleccionadas se incluyan en el vecindario principal (312); dicho procedimiento (400) comprende además: determinar un estado de avería de al menos un sensor de la primera turbina eólica utilizando los datos recibidos del sensor de la turbina eólica vecina; en el que dicha determinación de un estado de avería de al menos un sensor (204) de la primera turbina eólica (308) comprende comparar los datos normalizados con los datos recibidos del sensor de la primera turbina eólica; definir un vecindario de alojamiento (314) para la primera turbina eólica (308) si se determina que el sensor (204) de la primera turbina eólica es defectuoso, en el que el vecindario de alojamiento incluye al menos una turbina eólica para proporcionar un proxy para cada sensor defectuoso (204); y crear al menos un sensor virtual (208) basado en los datos recibidos de la al menos una turbina eólica (100) dentro del vecindario de alojamiento (314), con el sensor virtual (208) configurado para actuar como un proxy para el sensor defectuoso (204).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de control y procedimientos para verificar el funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica
[0001] El objeto descrito en el presente documento se refiere en general a turbinas eólicas y, más en particular, a un sistema de control y procedimientos para verificar el funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica.
[0002] En general, una turbina eólica incluye un rotor que incluye un montaje de buje rotatorio que tiene múltiples palas de rotor. Las palas de rotor transforman la energía eólica en un par rotativo mecánico que acciona uno o más generadores por medio del rotor. Los generadores algunas veces, pero no siempre, están acoplados de forma rotativa al rotor a través de una multiplicadora. La multiplicadora aumenta la velocidad de rotación inherentemente baja del rotor para que el generador convierta eficazmente la energía mecánica rotativa en energía eléctrica, que se alimenta a una red de suministro por medio de, al menos, una conexión eléctrica. También existen turbinas eólicas de accionamiento directo sin engranajes. El rotor, el generador, la multiplicadora y otros componentes se montan típicamente dentro de un alojamiento, o góndola, que se sitúa en la parte superior de una torre.
[0003] Al menos algunas turbinas eólicas conocidas incluyen uno o más sensores que miden y/o detectan condiciones ambientales y/o condiciones operativas dentro o próximas a la turbina eólica. Véase, por ejemplo, el documento EP 1790 851. Una operación, como una operación de generación de energía, puede depender de recibir datos de medición precisos de los sensores. Por consiguiente, si uno o más sensores fallan y/o presentan un funcionamiento anormal, la capacidad de generación de energía de la turbina eólica puede reducirse.
[0004] En general, se conoce la detección de fallos del sensor. Véase, por ejemplo, el documento US 2008/243734.
[0005] Al menos algunas turbinas eólicas conocidas verifican el funcionamiento de uno o más sensores usando otros sensores y/o condiciones de operación calculadas dentro de la turbina eólica. Véase, por ejemplo, el documento EP 2 206 917. Tales turbinas eólicas pueden detectar ciertos errores dentro de los sensores. Sin embargo, tales turbinas eólicas pueden no detectar con precisión el comportamiento anormal de los sensores, como si los sensores comienzan a "desviarse". Tal desviación puede ocurrir cuando una salida de un sensor se desvía, por ejemplo se desvía progresivamente, de una salida esperada con respecto a una entrada definida. Por consiguiente, tales turbinas eólicas pueden resultar dañadas y/o pueden tener una capacidad de generación de energía reducida debido a uno o más errores de sensor.
[0006] Por consiguiente, se proporciona la presente invención, definida por las reivindicaciones adjuntas.
[0007] Ahora se describirán diversos aspectos y modos de realización de la presente invención en relación con los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica a modo de ejemplo.
La Fig. 2 es una vista parcial en sección de una góndola a modo de ejemplo adecuada para su uso con la turbina eólica mostrada en la Fig. 1.
La Fig. 3 es un diagrama de bloques de un sistema de control de turbina a modo de ejemplo adecuado para su uso con la turbina eólica mostrada en la Fig. 1.
La Fig. 4 es una vista esquemática de un parque eólico a modo de ejemplo que puede incluir la turbina eólica mostrada en la Fig. 1.
La Fig. 5 es un diagrama de flujo de un procedimiento a modo de ejemplo para verificar el funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica adecuado para su uso con la turbina eólica mostrada en la Fig. 1 y/o dentro del parque eólico mostrado en la Fig. 4.
[0008] Varios de los modos de realización descritos en el presente documento verifican el funcionamiento de al menos un sensor de una turbina eólica bajo prueba dentro de un parque eólico. Se define dinámicamente un vecindario de turbinas eólicas para la turbina eólica bajo prueba. Se define un algoritmo de normalización para facilitar la determinación de la relevancia de cada turbina eólica dentro del vecindario para la turbina eólica bajo prueba. Los datos del sensor se reciben de cada turbina eólica vecina y los datos del sensor se normalizan utilizando el algoritmo de normalización. Los datos del sensor normalizados se comparan con los datos del sensor de al menos un sensor de la turbina eólica bajo prueba para determinar si el sensor está defectuoso. Si se determina que el sensor está defectuoso, se crea al menos un sensor virtual para actuar como proxy del sensor defectuoso. El sensor virtual se crea basándose en los datos del sensor normalizados recibidos de las turbinas eólicas vecinas. Por consiguiente, varios de los modos de realización descritos en el presente documento proporcionan un procedimiento y un sistema de control robustos y eficientes para verificar el funcionamiento de un sensor. Además, determinados modos de realización descritos en el presente documento permiten que una turbina
eólica continúe funcionando si se determina que un sensor está defectuoso.
[0009] La Fig. 1 muestra una vista esquemática de una turbina eólica 100 a modo de ejemplo. En el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica 100 es una turbina eólica de eje horizontal. De forma alternativa, la turbina eólica 100 puede ser una turbina eólica de eje vertical. En el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica 100 incluye una torre 102 que se extiende desde y está acoplada a una superficie de soporte 104. La torre 102 se puede acoplar a la superficie 104 con pernos de anclaje o por medio una pieza de montaje de cimentación (no se muestra ninguno), por ejemplo. Una góndola 106 está acoplada a la torre 102 y un rotor 108 está acoplado a la góndola 106. El rotor 108 incluye un buje rotatorio 110 y una pluralidad de palas de rotor 112 acopladas al buje 110. En el modo de realización a modo de ejemplo, el rotor 108 incluye tres palas de rotor 112. De forma alternativa, el rotor 108 puede tener cualquier número adecuado de palas de rotor 112 que permita que la turbina eólica 100 funcione como se describe en el presente documento. La torre 102 puede tener cualquier altura y/o construcción adecuada que facilite el funcionamiento de la turbina eólica 100 como se describe en el presente documento.
[0010] Las palas de rotor 112 están espaciadas alrededor del buje 110 para facilitar la rotación del rotor 108, permitiendo de este modo que la transferencia de energía cinética del viento 114 en energía mecánica utilizable, y posteriormente, en energía eléctrica. El rotor 108 y la góndola 106 se hacen rotar alrededor de la torre 102 en un eje de orientación 116 para controlar una perspectiva de las palas de rotor 112 con respecto a la dirección del viento 114. Las palas de rotor 112 se acoplan al buje 110 acoplando una parte de raíz de pala de rotor 118 al buje 110 en una pluralidad de regiones de transferencia de carga 120. Las regiones de transferencia de carga 120 tienen cada una una región de transferencia de carga del buje y una región de transferencia de carga de la pala de rotor (ninguna se muestra en la Fig. 1). Las cargas inducidas a las palas de rotor 112 se transfieren al buje 110 por medio de las regiones de transferencia de carga 120. Cada pala de rotor 112 también incluye una parte de punta de pala de rotor 122.
[0011] En el modo de realización a modo de ejemplo, las palas de rotor 112 tienen una longitud de entre aproximadamente 30 metros (m) (99 pies) y aproximadamente 120 m (394 pies). De forma alternativa, las palas de rotor 112 puede tener cualquier longitud adecuada que permita que la turbina eólica 100 funcione como se describe en el presente documento. Por ejemplo, las palas de rotor 112 pueden tener una longitud adecuada inferior a 30 m o superior a 120 m. Cuando el viento 114 entra en contacto con la pala de rotor 112, se inducen fuerzas de elevación a la pala de rotor 112 y se induce la rotación del rotor 108 alrededor de un eje de rotación 124 a medida que se acelera la parte de punta de pala de rotor 122.
[0012] Un ángulo de pitch (no mostrado) de las palas de rotor 112, es decir, un ángulo que determina la perspectiva de la pala de rotor 112 con respecto a la dirección del viento 114, se puede cambiar mediante un montaje de pitch (no mostrado en la Fig. 1). Más específicamente, aumentar el ángulo de pitch de la pala de rotor 112 disminuye la cantidad del área de superficie de pala de rotor 126 expuesta al viento 114 y, a la inversa, al disminuir el ángulo de pitch de la pala de rotor 112 aumenta la cantidad del área de superficie de pala de rotor 126 expuesta al viento 114. Los ángulos de pitch de las palas de rotor 112 se ajustan alrededor de un eje de pitch 128 en cada pala de rotor 112. En el modo de realización a modo de ejemplo, los ángulos de pitch de las palas de rotor 112 se controlan individualmente.
[0013] La Fig. 2 es una vista parcial en sección de la góndola 106 de la turbina eólica 100 a modo de ejemplo (mostrada en la Fig. 1). Diversos componentes de la turbina eólica 100 están alojados en la góndola 106. En el modo de realización a modo de ejemplo, la góndola 106 incluye tres montajes de pitch 130. Cada montaje de pitch 130 está acoplado a una pala de rotor 112 asociada (mostrada en la Fig. 1) y modula un pitch de una pala de rotor 112 asociada alrededor del eje de pitch 128. En la Fig. 2 se muestra solo uno de los tres montajes de pitch 130. En el modo de realización a modo de ejemplo, cada montaje de pitch 130 incluye al menos un motor de accionamiento de pitch 131.
[0014] Como se muestra en la Fig. 2, el rotor 108 está acoplado de forma rotatoria a un generador eléctrico 132 situado dentro de la góndola 106 por medio de un eje de rotor 134 (algunas veces denominado eje principal o eje lento), una multiplicadora 136, un eje rápido 138 y un acoplamiento 140. La rotación del eje de rotor 134 acciona de forma rotatoria la multiplicadora 136 que posteriormente acciona el eje rápido 138. El eje rápido 138 acciona de forma rotatoria el generador 132 por medio del acoplamiento 140 y la rotación del eje rápido 138 facilita la producción de energía eléctrica por el generador 132. La multiplicadora 136 recibe soporte de un soporte 142 y el generador 132 recibe soporte de un soporte 144. En el modo de realización a modo de ejemplo, la multiplicadora 136 utiliza una geometría de ruta dual para accionar el eje rápido 138. De forma alternativa, el eje de rotor 134 está acoplado directamente al generador 132 por medio del acoplamiento 140.
[0015] La góndola 106 también incluye un mecanismo de accionamiento de orientación 146 que hace girar la góndola 106 y el rotor 108 alrededor del eje de orientación 116 (mostrado en la Fig. 1) para controlar la perspectiva de las palas de rotor 112 con respecto a la dirección del viento 114. La góndola 106 también incluye al menos un mástil meteorológico 148 que incluye una veleta y un anemómetro (ninguno de los dos se muestra en la Fig. 2). En un modo de realización, el mástil meteorológico 148 proporciona información, incluyendo la dirección del viento
y/o la velocidad del viento, a un sistema de control de turbina 150. El sistema de control de turbina 150 incluye uno o más controladores u otros procesadores configurados para ejecutar algoritmos de control. Como se usa en el presente documento, el término "procesador" incluye cualquier sistema programable, incluyendo sistemas y microcontroladores, circuitos de conjunto de instrucciones reducidas (RISC), circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC), circuitos lógicos programables (PLC) y cualquier otro circuito capaz de ejecutar las funciones descritas en el presente documento. Los ejemplos anteriores sirven solamente a modo de ejemplo y por tanto no se desea limitar de ninguna forma la definición y/o significado del término “procesador”. Además, el sistema de control de turbina 150 puede ejecutar un programa SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos).
[0016] El montaje de pitch 130 está acoplado de forma operativa al sistema de control de turbina 150. En el modo de realización a modo de ejemplo, la góndola 106 también incluye un cojinete de soporte delantero 152 y un cojinete de soporte trasero 154. El cojinete de soporte delantero 152 y el cojinete de soporte trasero 154 facilitan el soporte radial y la alineación del eje de rotor 134. El cojinete de soporte delantero 152 está acoplado al eje de rotor 134 cerca del buje 110. El cojinete de soporte trasero 154 está situado en el eje de rotor 134 cerca de la multiplicadora 136 y/o del generador 132. La góndola 106 puede incluir cualquier número de cojinetes de soporte que permitan que la turbina eólica 100 funcione como se divulga en el presente documento. El eje de rotor 134, el generador 132, la multiplicadora 136, el eje rápido 138, el acoplamiento 140 y cualquier dispositivo de sujeción, soporte y/o aseguramiento asociado que incluye, entre otros, el soporte 142, el soporte 144, el cojinete de soporte delantero 152 y el cojinete de soporte trasero 154, a veces se denominan tren de transmisión 156.
[0017] La Fig. 3 es un diagrama de bloques de un sistema de control de turbina a modo de ejemplo 150 que puede usarse con la turbina eólica 100 (mostrada en la Fig. 1). En el modo de realización a modo de ejemplo, el sistema de control de la turbina 150 incluye un procesador 200 que está acoplado operativamente a un dispositivo de memoria 202, a al menos un sensor 204 y a al menos un accionador 206. Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, el procesador 200 está acoplado y/o implementa al menos un sensor 208 virtual.
[0018] El dispositivo de memoria 202 incluye un medio legible por ordenador, tal como, sin limitación, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria flash, una unidad de disco duro, una unidad de estado sólido, un disquete y/o una unidad flash. De forma alternativa, el dispositivo de memoria 202 puede incluir cualquier medio legible por ordenador adecuado que permita al procesador 200 almacenar, recuperar y/o ejecutar instrucciones y/o datos. El dispositivo de memoria 202 almacena y transfiere información e instrucciones para ser ejecutadas por el procesador 200.
[0019] En el modo de realización a modo de ejemplo, entre los sensores 204 se incluyen, por ejemplo, uno o más de los siguientes: un sensor de voltaje, un sensor de corriente, un sensor de velocidad del viento, un sensor de dirección del viento, un sensor de densidad del aire, un sensor de temperatura, un acelerómetro y/o cualquier sensor adecuado. Los sensores 204 proporcionan mediciones de una o más condiciones de operación de la turbina eólica 100. En el modo de realización a modo de ejemplo, entre las condiciones operativas medidas de la turbina eólica 100 se incluyen, sin limitación, una potencia generada, un par generado, una velocidad de rotación del rotor 108 (mostrado en la Fig.2), una carga mecánica de uno o más componentes de la turbina eólica 100, una densidad del aire, una altitud, una velocidad del viento, una dirección del viento, una temperatura ambiente y/o cualquier condición adecuada en o dentro de la turbina eólica 100.
[0020] Los sensores virtuales 208, en el modo de realización a modo de ejemplo, proporcionan un proxy para uno o más sensores 204. Más específicamente, como se describe más completamente en el presente documento, uno o más sensores virtuales 208 pueden proporcionar una o más condiciones operativas calculadas para reemplazar una o más mediciones de un sensor 204 que funciona mal y/o no está disponible.
[0021] En el modo de realización a modo de ejemplo, el procesador 200 recibe datos de los sensores 204 y/o los sensores virtuales 208 y acciona los actuadores 206 basándose en los datos de los sensores para ajustar una posición de uno o más componentes de la turbina eólica 100. Por ejemplo, los actuadores 206 pueden incluir y/o pueden incorporarse dentro de uno o más motores 131 de accionamiento de pitch (mostrados en la Fig. 2), un mecanismo de accionamiento de orientación 146 (mostrado en la Fig. 2) y/o cualquier otro componente que permita que la turbina eólica 100 funcione como se describe en el presente documento.
[0022] La Fig. 4 es una vista esquemática de un parque eólico 300 a modo de ejemplo. En el modo de realización a modo de ejemplo, el parque eólico 300 incluye una pluralidad de turbinas eólicas 100 y un centro de control del parque eólico 302 que controla y supervisa el funcionamiento de las turbinas eólicas 100 y/o el parque eólico 300. Las turbinas eólicas 100 dentro del parque eólico 300 están acopladas entre sí mediante una red 304 que interactúa con un respectivo sistema de control de turbina 150 (mostrado en la Fig. 2) de cada turbina eólica 100. Más específicamente, las turbinas eólicas 100 y/o los sistemas de control de turbinas 150 están acoplados entre sí mediante cualquier tipo de red adecuado, incluida una red cableada y/o inalámbrica 304, que permite que cada turbina eólica 100 y/o sistema de control de turbina 150 transmita y reciba datos hacia y desde otras turbinas eólicas 100 y/o sistemas de control de turbinas 150 dentro del parque eólico 300. Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, cada turbina eólica 100 dentro del parque eólico 300 está acoplada al centro de control del parque eólico 302 por la red 304.
[0023] En el modo de realización a modo de ejemplo, las turbinas eólicas 100 se agrupan juntas en uno o más vecindarios 306. Más específicamente, los vecindarios 306 se definen con respecto a una turbina eólica primera o seleccionada 308. En un modo de realización particular, la turbina eólica seleccionada 308 es una turbina eólica bajo prueba 308 (es decir, una turbina eólica 100 que está en proceso de ser probada). Como se describe en el presente documento, una "turbina eólica bajo prueba" no se limita a una turbina eólica que está ejecutando una prueba formal o un programa de prueba. En lugar de eso, una turbina eólica que ejecuta los procedimientos descritos en el presente documento para verificar el funcionamiento de uno o más sensores puede denominarse "turbina eólica bajo prueba". Como se describe con más detalle en el presente documento, los vecindarios 306 pueden incluir un primer vecindario o vecindario inicial 310, un segundo vecindario o vecindario principal 312 y/o un tercer vecindario o vecindario de alojamiento 314. De forma alternativa, los vecindarios 306 pueden incluir cualquier número y/o tipo de vecindario adecuado. Como se usa en el presente documento, el término "vecindario" se refiere a un grupo organizativo de turbinas eólicas 100 basado en un factor o característica común. Por ejemplo, un vecindario 306 puede definirse geográficamente, tal como basándose en una distancia (no mostrada) entre turbinas eólicas 100. Un vecindario 306 también puede definirse basándose en una red de comunicación y/o energía, como la red 304, basándose en similitudes de condiciones de operación medidas como la velocidad del viento, basándose en modos de operación similares y/o basándose en cualquier otra característica o combinación de características adecuadas. Además, como se describe más completamente en el presente documento, los vecindarios 306 se utilizan para verificar el funcionamiento de una o más turbinas eólicas 100, como la turbina eólica bajo prueba 308, y/o para actuar como un proxy para un sensor defectuoso 204 de la turbina eólica bajo prueba. 308. Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, los vecindarios 306 identifican un grupo o grupos de turbinas eólicas 100 de las cuales la turbina eólica bajo prueba 308 recibe datos. Las turbinas eólicas 100 dentro de un vecindario 306 pueden denominarse "turbinas eólicas vecinas 100".
[0024] La Fig. 5 es un diagrama de flujo de un procedimiento a modo de ejemplo 400 para verificar un funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica, tal como al menos un sensor 204 de la turbina eólica 100 (mostrado en la Fig. 1). El procedimiento 400 puede ser ejecutado por el centro de control del parque eólico 302 (mostrado en la Fig.4) y/o por el sistema de control de la turbina 150 de la turbina eólica bajo prueba 308 (mostrada en la Fig. 4). En el modo de realización a modo de ejemplo, el procedimiento 400 es ejecutado por el procesador 200 (mostrado en la Fig.3) del sistema de control de turbina 150 de cada turbina eólica 100 dentro del parque eólico 300 a medida que se verifica el funcionamiento de cada turbina eólica 100 (es decir, a medida que cada turbina eólica 100 se convierte en turbina eólica bajo prueba 308).
[0025] En el modo de realización a modo de ejemplo, el procedimiento 400 incluye definir 402 un vecindario inicial, tal como un vecindario inicial 310 (mostrado en la Fig. 4), para una turbina eólica 100. El vecindario inicial 310 se usa para determinar 404 si uno o más sensores 204 de la turbina eólica bajo prueba 308 están defectuosos. En el modo de realización a modo de ejemplo, como se ilustra en la Fig. 4, el vecindario inicial 310 se define 402 para incluir solamente la turbina eólica bajo prueba 308. Como tal, la turbina eólica bajo prueba 308 verifica el funcionamiento de cada sensor 204 correlacionando los datos recibidos del sensor 204 (es decir, el sensor 204 que se está probando) con los datos recibidos de otros sensores 204 dentro de la turbina eólica bajo prueba 308. La turbina eólica bajo prueba 308 puede usar los datos correlacionados para determinar, por ejemplo, si el sensor 204 está "atascado" en un valor o valores específicos (es decir, si el sensor 204 siempre transmite la misma salida a pesar de recibir diferentes entradas), si el sensor 204 está desactivado y/o si el sensor 204 es inoperable de otro modo (en lo sucesivo denominado colectivamente como uno o más "fallos fijos"). De forma alternativa, el vecindario inicial 310 se define 402 para incluir cualquier turbina eólica 100 o turbinas eólicas 100 adecuadas que permitan que el procedimiento 400 funcione como se describe en el presente documento. De forma alternativa, un vecindario inicial 310 no está definido 402, y el procedimiento 400 determina 404 si uno o más sensores 204 de la turbina eólica bajo prueba 308 están defectuosos al comparar los datos de los sensores 204 con los datos del centro de control del parque eólico 302 y/o de otros datos de la turbina eólica bajo prueba 308.
[0026] Si se determina que el sensor 204 se define como 404, no presenta un fallo fijo, un vecindario principal, como el vecindario principal 312 (mostrado en la Fig. 4) de la turbina eólica bajo prueba 308, se define dinámicamente 406. Como se usa en el presente documento, el término "definido dinámicamente" se refiere a un vecindario que se define en un primer momento en el tiempo, y al menos un aspecto del vecindario se ajusta o redefine en un momento posterior. Como se describió anteriormente, el vecindario principal 312 puede definirse geográficamente, definirse lógicamente y/o definirse basándose en una o más características o relaciones entre la turbina eólica bajo prueba 308 y una o más turbinas eólicas 100 dentro del parque eólico 300 y/o una o más turbinas eólicas 100 fuera del parque eólico 300. En el modo de realización a modo de ejemplo, el vecindario principal 312 incluye una pluralidad de turbinas eólicas vecinas 100 además de la turbina eólica bajo prueba 308.
[0027] Se define un algoritmo de normalización 408 para la turbina eólica bajo prueba 308. En el modo de realización a modo de ejemplo, el algoritmo de normalización se basa en una distancia entre la turbina eólica bajo prueba 308 y cada turbina eólica 100 dentro del vecindario principal 312 y/o dentro del parque eólico 300. El algoritmo de normalización puede definirse como 408 basándose en una diferencia entre las velocidades del viento medidas de la turbina eólica bajo prueba 308 y de cada turbina eólica 100 dentro del vecindario principal 312 y/o parque eólico 300, un error cuadrático medio de las velocidades del viento medidas de la turbina eólica bajo prueba
308 y de cada turbina eólica 100 dentro del vecindario principal 312 y/o parque eólico 300, una comparación de un historial operativo y/o secuencia operativa de la turbina eólica bajo prueba 308 y de cada turbina eólica 100 dentro del vecindario principal 312 y/o parque eólico 300, y/o cualquier otra característica adecuada de las turbinas eólicas 100 y/o el parque eólico 300. Como se describe más completamente en el presente documento, el algoritmo de normalización se usa para ordenar y/o ponderar datos de las turbinas eólicas 100 para determinar los datos que son más adecuados y/o relevantes para su uso por la turbina eólica bajo la prueba 308.
[0028] Una vez definido el algoritmo de normalización 408, se ajusta 410 un tamaño del vecindario principal 312. Más específicamente, en el modo de realización a modo de ejemplo, se asigna un coeficiente de normalización a cada turbina eólica 100 basándose en el algoritmo de normalización. Los coeficientes de normalización se ordenan para crear un conjunto ordenado de valores de coeficientes. Se selecciona un número y/o porcentaje predefinidos de valores de coeficientes identificando los valores más altos dentro del conjunto de valores de coeficientes. De forma alternativa, se pueden usar los valores más bajos y/o cualquier otro criterio adecuado para seleccionar el número predefinido y/o porcentaje de valores de coeficientes. El tamaño del vecindario principal 312 se ajusta 410 o se establece en el número de turbinas eólicas 100 seleccionadas (es decir, turbinas eólicas 100 asociadas con los valores de coeficientes seleccionados). Por consiguiente, el vecindario principal 312 se redefine y/o se redimensiona para incluir las turbinas eólicas 100 seleccionadas en el presente documento. Además, las turbinas eólicas 100 se clasifican u ordenan por los valores de coeficiente en una lista creciente o decreciente representativa de cuán similar es cada turbina eólica 100 a la turbina eólica bajo prueba 308 para verificar el funcionamiento del sensor 204.
[0029] En el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica bajo prueba 308 recibe 412 datos de sensores de las turbinas eólicas 100 en el vecindario principal 312. Además, los datos de sensor recibidos 412 de las turbinas eólicas 100 dentro del vecindario principal 312 pueden incluir uno o más valores calculados y/o estimados de una o más características operativas y/o parámetros de las turbinas eólicas 100. De forma alternativa, las turbinas eólicas 100 transmiten datos del sensor al centro de control del parque eólico 302, y la turbina eólica bajo prueba 308 recibe datos del sensor para las turbinas eólicas 100 en el vecindario principal 312 desde el centro de control del parque eólico 302. Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, los datos solo se reciben de los mismos sensores 204 que un sensor 204 que se está probando en la turbina eólica bajo prueba 308. De forma alternativa, los datos para una pluralidad de sensores 204, tales como datos de todos los sensores 204, se reciben 412 desde cada turbina eólica 100 y/o centro de control de parque eólico 302 en el vecindario principal 312.
[0030] Los datos recibidos se normalizan 414 basándose en el algoritmo de normalización. Más específicamente, cada valor de sensor recibido de una turbina 100 eólica individual se multiplica por el valor del coeficiente asociado para la turbina 100 eólica. Por consiguiente, los datos del sensor se normalizan o ajustan basándose en la relevancia de los datos del sensor de cada turbina eólica 100 para la turbina eólica bajo prueba 308.
[0031] La turbina eólica bajo prueba 308 determina 416 si uno o más sensores 204 están defectuosos basándose en los datos de sensor normalizados recibidos de las turbinas eólicas 100 y/o el centro de control 302 del parque eólico. Si la turbina eólica bajo prueba 308 determina 416 que los sensores 204 no están defectuosos, el procedimiento 400 puede definir 402 un vecindario inicial para un sensor 204 subsiguiente y/o para una turbina eólica 100 diferente (es decir, una turbina 100 eólica diferente se convierte en turbina eólica bajo prueba 308). Sin embargo, si la turbina eólica bajo prueba 308 determina 416 que uno o más sensores 204 están defectuosos, la turbina eólica bajo prueba 308 notifica 418 al centro de control 302 del parque eólico del fallo detectado. Tal notificación 418 puede incluir, sin limitación, transmitir una o más señales o mensajes de alarma al centro de control del parque eólico 302, transmitir una o más señales o mensajes de estado al centro de control del parque eólico 302 y/o cualquier otra notificación adecuada.
[0032] En el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica bajo prueba 308 define 420 un vecindario de alojamiento, tal como un vecindario de alojamiento 314 (mostrado en la Fig. 4), para proporcionar un proxy para cada sensor 204 defectuoso. Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, el vecindario principal 312 se usa como vecindario de alojamiento 314. De forma alternativa, el vecindario de acomodación 314 se define 420 de una manera similar al vecindario principal 312 definido como 406, aunque el vecindario de acomodación 314 puede usar un algoritmo de normalización que es específico y/o basado en el tipo de fallo que se ha detectado. Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica bajo prueba 308 determina 422 si el vecindario de alojamiento 314 incluye un número predefinido de turbinas eólicas 100 para proporcionar una base suficiente de datos del sensor para usar como un proxy para el sensor 204 defectuoso. Si se incluye un número insuficiente de turbinas eólicas 100 dentro del vecindario de alojamiento 314 (es decir, si el número de turbinas eólicas 100 es menor que el número predefinido de turbinas eólicas 100), la turbina eólica bajo prueba 308 no usa el vecindario de alojamiento 314 como un sustituto para el sensor 204 defectuoso. Más bien, en el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica bajo prueba 308 genera 424 un fallo y/o se apaga (es decir, deja de generar energía).
[0033] Si la turbina eólica bajo prueba 308 determina 422 que el vecindario de alojamiento 314 incluye una cantidad suficiente de turbinas eólicas 100, la turbina eólica bajo prueba 308 crea 426 uno o más sensores virtuales
208 (mostrados en la Fig.3) que actúan como un proxy para el sensor defectuoso 204. En el modo de realización a modo de ejemplo, los sensores virtuales 208 son modelos de sensores 204 basados en software que generan datos de sensores virtuales como salidas. Como tales, los sensores virtuales 208 se almacenan al menos parcialmente en el dispositivo de memoria 202 (mostrado en la Fig. 3) y/o son implementados por el procesador 200 de la turbina eólica bajo prueba 308. Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, los datos del sensor virtual son los datos del sensor normalizados recibidos de las turbinas eólicas 100 dentro del entorno de alojamiento 314. En otras palabras, la turbina eólica bajo prueba 308 usa los datos del sensor normalizados recibidos de las turbinas eólicas 100 en el vecindario de alojamiento 314 para sustituir los datos que de otro modo se recibirían del sensor 204 defectuoso. Por consiguiente, la turbina eólica bajo prueba 308 puede continuar funcionando y generando energía usando uno o más sensores virtuales 208 si uno o más sensores 204 fallan. Además, la turbina eólica bajo prueba 308 puede obtener y/o calcular otras características o parámetros de operación adecuados a partir de los datos del sensor virtual según se desee. Después de crear 426 uno o más sensores virtuales 208, el procedimiento 400 puede definir 402 un vecindario inicial para un sensor 204 subsiguiente y/o para una turbina eólica 100 diferente (es decir, una turbina 100 eólica diferente se convierte en la turbina eólica bajo prueba 308).
[0034] Volviendo al comienzo del procedimiento 400, si se determina que el sensor 204 tiene 404 un fallo fijo como se ha descrito anteriormente, la turbina eólica bajo prueba 308 notifica 418 al centro de control 302 del parque eólico del fallo fijo detectado. Tal notificación 418 puede incluir, sin limitación, transmitir una o más señales o mensajes de alarma al centro de control del parque eólico 302, transmitir una o más señales o mensajes de estado al centro de control del parque eólico 302 y/o cualquier otra notificación adecuada.
[0035] Además, en el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica bajo prueba 308 define 408 un algoritmo de normalización para el sensor 204 defectuoso, y define 420 un vecindario de acomodación, como el vecindario de acomodación 314, para proporcionar un proxy para cada sensor 204 que exhibe un fallo fijo, de una manera similar a la descrita anteriormente. Además, como se describió anteriormente, la turbina eólica bajo prueba 308 determina 422 si el vecindario de alojamiento 314 incluye un número predefinido de turbinas eólicas 100 para proporcionar una base suficiente de datos del sensor para usar como un proxy para el sensor 204 defectuoso. Si se incluye un número insuficiente de turbinas eólicas 100 dentro del vecindario de alojamiento 314 (es decir, si el número de turbinas eólicas 100 es menor que el número predefinido de turbinas eólicas 100), la turbina eólica bajo prueba 308 no usa el vecindario de alojamiento 314 como un sustituto para el sensor 204 defectuoso. Más bien, en el modo de realización a modo de ejemplo, la turbina eólica bajo prueba 308 genera 424 un fallo y/o se apaga (es decir, deja de generar energía).
[0036] Si la turbina eólica bajo prueba 308 determina 422 que el vecindario de alojamiento 314 incluye un número suficiente de turbinas eólicas 100, la turbina eólica bajo prueba 308 recibe 412 datos de sensor de las turbinas eólicas 100 dentro del vecindario de alojamiento 314. Los datos del sensor se normalizan 414, como se describió anteriormente, usando el algoritmo de normalización. La turbina eólica bajo prueba 308 crea 426 uno o más sensores virtuales 208 que actúan como un proxy para el sensor defectuoso 204, y la turbina eólica bajo prueba 308 puede obtener y/o calcular otras características o parámetros operativos adecuados a partir de los datos del sensor virtual según se desee. Después de crear 426 uno o más sensores virtuales 208, el procedimiento 400 puede definir 402 un vecindario inicial para un sensor 204 subsiguiente y/o para una turbina eólica 100 diferente (es decir, una turbina 100 eólica diferente se convierte en la turbina eólica bajo prueba 308).
[0037] Si bien el procedimiento 400 se describe en el presente documento en relación con las turbinas eólicas 100 dentro del parque eólico 300, debe reconocerse que el procedimiento 400 también puede ejecutarse entre las turbinas eólicas 100 de una pluralidad de parques eólicos 300. Como tal, por ejemplo, uno o más vecindarios 306 pueden abarcar una pluralidad de parques eólicos 300.
[0038] Un efecto técnico de diversos de los sistemas y procedimientos descritos en el presente documento puede incluir al menos uno de: (a) definir dinámicamente un vecindario de turbinas eólicas vecinas para una turbina eólica bajo prueba, incluyendo cada turbina eólica vecina al menos un sensor; (b) recibir datos de al menos un sensor de turbina eólica vecino; y (c) determinar un estado de al menos un sensor de una turbina eólica bajo prueba usando datos recibidos de al menos un sensor de turbina eólica vecino.
[0039] Varios de los modos de realización descritos anteriormente proporcionan un procedimiento eficaz y robusto de verificar el funcionamiento de un sensor de turbina eólica. Un vecindario de turbinas eólicas se define dinámicamente para una turbina eólica bajo prueba. Se define un algoritmo de normalización para su uso en la determinación de la relevancia de cada turbina eólica dentro del vecindario para la turbina eólica bajo prueba. Los datos del sensor se reciben de cada turbina eólica vecina y los datos del sensor se normalizan mediante el algoritmo de normalización. Los datos del sensor normalizados se comparan con los datos del sensor de al menos un sensor de la turbina eólica bajo prueba para determinar si el sensor está defectuoso. Si se determina que el sensor está defectuoso, se crea al menos un sensor virtual para actuar como proxy del sensor defectuoso. El sensor virtual se crea basándose en los datos del sensor normalizados recibidos de las turbinas eólicas vecinas. Por el contrario, al menos algunas turbinas eólicas de la técnica anterior verifican el funcionamiento de uno o más sensores de turbinas eólicas utilizando únicamente sensores dentro de la turbina eólica. Por consiguiente, los
modos de realización descritos en el presente documento proporcionan un procedimiento y un sistema de control robustos y eficientes para verificar el funcionamiento de un sensor. Además, los modos de realización descritos en el presente documento permiten que una turbina eólica continúe funcionando si se determina que un sensor está defectuoso.
[0040] Los modos de realización a modo de ejemplo de un sistema de control y los procedimientos para verificar el funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica se describen anteriormente en detalle. Los procedimientos y el sistema de control no se limitan a los modos de realización específicos descritos en el presente documento, sino que en lugar de eso, los componentes del sistema de control y/o los pasos de los procedimientos se pueden utilizar independientemente y separadamente de otros componentes y/o pasos descritos en el presente documento. Por ejemplo, los procedimientos también se pueden usar en combinación con otros sistemas de control y parques eólicos, y no se limita a practicar solo con el sistema de control y el parque eólico como se describe en el presente documento. Más bien, el modo de realización a modo de ejemplo se puede implementar y utilizar en relación con muchas otras aplicaciones de turbina eólica.
[0041] Aunque características específicas de diversos modos de realización de la invención se pueden mostrar en algunos dibujos y no en otros, esto es solo por comodidad. De acuerdo con los principios de la invención, cualquier característica de un dibujo se puede referir y/o reivindicar en combinación con cualquier característica de cualquier otro dibujo.
[0042] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el modo preferente, y también para permitir que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que se produzcan por los expertos en la técnica.
Claims (3)
1. Un procedimiento (400) para verificar el funcionamiento de al menos un sensor de turbina eólica (204), comprendiendo dicho procedimiento:
definir dinámicamente un vecindario (306) de turbinas eólicas vecinas (100) para una primera turbina eólica (308), definiendo el vecindario (306) en un primer momento y ajustando el vecindario (306) en un momento posterior, con cada turbina eólica vecina que incluye al menos un sensor, siendo dicho vecindario (306) una agrupación organizativa de turbinas eólicas (100) basada en un factor común;
recibir datos de al menos un sensor de turbina eólica vecino;
definir un algoritmo de normalización (408) para la primera turbina eólica (308), con el algoritmo de normalización utilizado para normalizar los datos recibidos del al menos un sensor de turbina eólica vecino (100), determinando coeficientes de normalización para turbinas eólicas, con dichos coeficientes de normalización que representan la similitud de una turbina eólica respecto a la primera turbina eólica para verificar el funcionamiento del al menos un sensor de turbina eólica (204);
en el que dicha definición dinámica de un vecindario (306) de turbinas eólicas vecinas (100) en un momento determinado comprende:
definir dinámicamente un vecindario principal (312) que incluye la primera turbina eólica (308) y una pluralidad de turbinas eólicas vecinas; y
ajustar un tamaño del vecindario principal (312) basándose en el algoritmo de normalización;
usar el algoritmo de normalización (408) para asignar un coeficiente de normalización a cada turbina eólica (100) en el vecindario principal (312) para determinar la relevancia de los datos del sensor con respecto a la primera turbina eólica (308);
ordenar los coeficientes de normalización para crear un conjunto ordenado de valores de coeficientes;
seleccionar un número y/o porcentaje predefinidos del conjunto de valores de coeficientes; y
ajustar el tamaño del vecindario principal (312) en un momento posterior al número de turbinas eólicas (100) asociadas con el número predefinido seleccionado y/o porcentaje del conjunto de valores de coeficientes de modo que las turbinas eólicas seleccionadas se incluyan en el vecindario principal (312); dicho procedimiento (400) comprende además:
determinar un estado de avería de al menos un sensor de la primera turbina eólica utilizando los datos recibidos del sensor de la turbina eólica vecina;
en el que dicha determinación de un estado de avería de al menos un sensor (204) de la primera turbina eólica (308) comprende comparar los datos normalizados con los datos recibidos del sensor de la primera turbina eólica;
definir un vecindario de alojamiento (314) para la primera turbina eólica (308) si se determina que el sensor (204) de la primera turbina eólica es defectuoso, en el que el vecindario de alojamiento incluye al menos una turbina eólica para proporcionar un proxy para cada sensor defectuoso (204); y
crear al menos un sensor virtual (208) basado en los datos recibidos de la al menos una turbina eólica (100) dentro del vecindario de alojamiento (314), con el sensor virtual (208) configurado para actuar como un proxy para el sensor defectuoso (204).
2. Un procedimiento (400) según la reivindicación 1, que comprende además determinar si el vecindario de alojamiento (314) incluye un número predefinido de turbinas eólicas (100).
3. Un procedimiento (400) según la reivindicación 2, que comprende además generar un fallo si el vecindario de alojamiento (314) no incluye el número predefinido de turbinas eólicas (100).
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