ES2885019T3

ES2885019T3 - Sistema de detección de carga de pala para una turbina eólica

Info

Publication number: ES2885019T3
Application number: ES16731503T
Authority: ES
Inventors: Fabio Caponetti; Dan Hilton
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2021-12-13
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: EP3314226A1; CN107810397B; CN107810397A; EP3314226B1; US11143165B2; WO2016206691A1; US20180156200A1

Abstract

Un sistema de sensor (11) para una pala de turbina eólica (20), comprendiendo el sistema: un sensor de carga (30) que proporciona una medición de carga; una unidad de procesamiento (32) interconectada con el sensor de carga y configurada para proporcionar un parámetro de carga con corrección de temperatura como salida, en donde la unidad de procesamiento incluye: un módulo de estimación de temperatura (40) que determina una temperatura estimada de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) en función de al menos un parámetro de la turbina eólica; un módulo de compensación de carga (42) que determina el parámetro de carga con corrección de temperatura en función de la temperatura estimada y la medición de carga del sensor de carga (30); caracterizado por que el módulo de estimación de temperatura (40) está configurado para realizar un modelado de la temperatura de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) en función de la energía térmica neta transferida al interior de la pala (20).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de detección de carga de pala para una turbina eólica

Campo técnico

La invención se refiere a un sistema y a un método para determinar la carga experimentada por una pala de turbina eólica.

Antecedentes

Las palas de una turbina eólica experimentan cargas durante el funcionamiento debido a fuerzas aerodinámicas, gravitacionales e inerciales. Las cargas excesivas pueden dañar las palas y también otros componentes de la turbina eólica, por lo que es importante asegurarse de que las cargas experimentadas por las palas permanezcan dentro de límites aceptables. Para monitorizar esto, las turbinas eólicas modernas suelen estar provistas de un sistema de sensor de carga de palas. Un sistema de este tipo incluye típicamente un sensor de carga provisto en cada pala para medir la carga experimentada por esa pala. Los sensores de carga se proporcionan generalmente en forma de galga extensométrica y, más particularmente, como galga extensométrica óptica, por ejemplo, similar a la descrita en el documento EP1230531.

Todas las galgas extensométricas son fundamentalmente sensibles a la temperatura debido a la expansión térmica del objeto medido (es decir, la pala) que se detecta como deformación por la galga, o debido a los efectos directos de la temperatura en el paquete del sensor. Para acomodar esto, se conocen paquetes de sensores que incluyen un sensor de temperatura para que la señal de carga pueda compensarse por los efectos de la temperatura utilizando datos del sensor de temperatura.

Sin embargo, tales paquetes de sensores de carga pueden ser costosos, difíciles de montar y también problemáticos de mantener durante la vida útil de la turbina eólica, por lo que es deseable proporcionar una alternativa a dichos paquetes de sensores de carga, pero sin sacrificar la precisión que se puede lograr con la compensación de temperatura utilizando un sensor de temperatura integral.

Otro ejemplo de técnica anterior relevante se puede encontrar en el documento US2010/232963 A1.

Sumario de la invención

En este contexto, la invención proporciona, en un primer aspecto, un sistema de sensor para una pala de turbina eólica, comprendiendo el sistema un sensor de carga; una unidad de procesamiento interconectada con el sensor de carga y configurada para proporcionar un parámetro de carga con corrección de temperatura como salida, en donde la unidad de procesamiento incluye: un módulo de estimación de temperatura que determina una temperatura estimada de la pala en las proximidades del sensor de carga basándose en al menos un parámetro de la turbina eólica; y un módulo de compensación de carga que determina el parámetro de carga con corrección de temperatura en base a la temperatura estimada y la medición del sensor de carga; en donde el módulo de estimación de temperatura está configurado para realizar un modelado de la temperatura de la pala en las proximidades del sensor de carga en base a la energía térmica neta transferida al interior de la pala.

En un segundo aspecto, la invención se extiende a y, por lo tanto, también abarca, un método para determinar la carga sobre la carga en una pala de turbina eólica, que comprende: medir la carga de la pala por medio de un sensor de carga de una pala de turbina eólica; estimar la temperatura de la pala en las proximidades del sensor de carga; y determinar, en función de la temperatura estimada y la carga medida, un valor con corrección de temperatura para la carga en la pala de la turbina eólica; en donde la estimación de la temperatura de la pala en las proximidades del sensor de carga se realiza utilizando un modelo basado en la energía térmica neta transferida al interior de la pala.

Las realizaciones de la invención proporcionan la ventaja de que se evita la necesidad de instalar sensores adicionales en la pala para la compensación de temperatura. Por lo tanto, se pueden utilizar paquetes de sensores sin sensores de temperatura, que mejora, a modo de ejemplo: la mantenibilidad del paquete del sensor porque no se requiere calibración de temperatura; el coste del paquete de sensores ya que es posible un paquete de sensores más simple; y la flexibilidad de posicionamiento, ya que es posible un paquete de sensores más pequeño.

Además, se puede proporcionar una capacidad de compensación de temperatura más flexible al hardware de sensor existente ya que las realizaciones se pueden implementar en hardware de procesamiento estándar.

El sensor de carga puede ser una galga extensométrica óptica.

En una realización, el módulo de estimación de temperatura puede relacionar la temperatura estimada de la pala en las proximidades del sensor de carga directamente con los valores del al menos un parámetro de la turbina eólica. Esta es una solución relativamente simple desde el punto de vista de la implementación y puede proporcionar información de temperatura aceptablemente precisa para algunas aplicaciones. En tal caso, el módulo de estimación de temperatura puede relacionar la temperatura estimada de la pala en las proximidades del sensor de carga con una medición de temperatura de un componente o región de la turbina eólica alejada del sensor de carga. Realizaciones alternativas pueden implicar que el módulo de estimación de temperatura relacione la temperatura estimada de la pala en las proximidades del sensor de carga con la temperatura del entorno ambiental.

La invención también se extiende a una pala de la turbina eólica que incluye un sistema de sensor como se define aquí anteriormente, a un producto de programa informático descargable desde una red de comunicación y/o almacenable en un medio legible por máquina, que comprende instrucciones de código de programa para implementar el método tal como se define anteriormente, y un medio legible por máquina que tiene almacenado en el mismo un producto de programa informático de este tipo.

Breve descripción de los dibujos

Con el fin de que pueda entenderse más fácilmente la invención, ejemplos de la invención se describirán a continuación con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

La figura 1 es una vista frontal de una turbina eólica;

La figura 2 un sistema de sensor de carga de pala de acuerdo con una realización de la invención;

La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra características del sistema con más detalle; y

La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra etapas de un método que puede realizar el sistema de la figura 3.

Descripción detallada

Haciendo referencia a la figura 1, se muestra una turbina eólica 10 que comprende una góndola 12 montada en la parte superior de una torre 14 que está ella misma fijada en una base 16 de la manera habitual. La góndola 12 aloja varios componentes de generación de energía de la turbina eólica 10 y soporta un rotor que comprende un buje 18 y tres palas 2o. La instalación de turbina eólica que se muestra en la figura 1 es una instalación de turbina eólica de eje horizontal (HAWT) que es un tipo común de sistema, aunque existen otros tipos a los que también es aplicable la invención. Como se sabe, el flujo de viento que actúa sobre las palas 20 hace girar el rotor que acciona el equipo de generación de energía alojado en la góndola 12.

Como se ha expuesto anteriormente, durante el funcionamiento de la turbina eólica 10, las palas 20 experimentan cargas debido a fuerzas aerodinámicas, gravitacionales e inerciales. Para monitorizar estas cargas, la turbina eólica 10 está provista de un sistema de sensor de carga de pala 11 de acuerdo con una realización de la invención, características de la cual se describirán a continuación, con referencia a la figura 2.

Cabe señalar en esta etapa que las figuras adjuntas son esquemáticas y se han simplificado por motivos de claridad y para evitar detalles innecesarios que oscurecen la forma principal de la invención. En la práctica, evidentemente, la turbina eólica incluiría muchos más componentes. El experto en la materia apreciará que estarían presentes componentes convencionales adicionales en una implementación práctica de una turbina eólica, por lo que su presencia está implícita.

En la figura 2, la pala 20 se muestra con un perfil aerodinámico 22 proporcionado por una carcasa exterior 24 que define un interior sustancialmente hueco 26. El perfil aerodinámico 22 de la pala 20 se mezcla en una sección sustancialmente cilíndrica en su extremo de raíz 28 donde la pala 20 está acoplada al buje 18.

La pala 20 incluye un sensor de carga 30 ubicado cerca del extremo de raíz 28 de la pala 20, y el sensor de carga 30 está interconectado con una unidad de procesamiento 32 que, en esta realización, se muestra alojada en la góndola 12, aunque no es necesario que sea el caso, ya que puede estar ubicada en otra parte de la turbina eólica. El papel de la unidad de procesamiento 32 es recibir la señal de carga desde el sensor de carga 30 y emitir un parámetro de carga que se corrige por temperatura, como se explicará. En la figura 2, la unidad de procesamiento 32 se muestra conectada a un bus de datos 34 de modo que cualquier subsistema conectado a ese bus de datos 34 pueda tomar el parámetro de carga de la pala desde el mismo. Sin embargo, la unidad de procesamiento 32 puede configurarse alternativamente para enviar el parámetro de carga directamente a cualquier subsistema relevante.

En este punto, debe mencionarse que solo se muestra una única pala 20 en la figura 2, y que en la práctica la unidad de procesamiento 32 puede recibir datos de entrada de sensores de carga de las otras palas. Como alternativa, podría proporcionarse una unidad de procesamiento dedicada para cada pala. También, aunque solo se muestra un único sensor de carga 30, debe tenerse en cuenta que cada pala se puede configurar con más de un sensor de carga, dependiendo de la aplicación.

El sensor de carga 30 está configurado para medir la deformación mecánica de la pala 20. Aunque en esta realización el sensor 30 está ubicado en o cerca del extremo de raíz 28, cabe señalar que, en principio, el sensor 30 podría montarse en otras posiciones dentro de la pala 20. El sensor de carga 30 puede estar adherido a la superficie interior de la pala 20 o alternativamente, el sensor 30 puede estar incrustado dentro de la estructura de la carcasa 24 o adherido a la superficie exterior. Un ejemplo de un sensor de carga adecuado es una galga extensométrica óptica como una red de Bragg de fibra (FBG) que comprende puntos de reflexión igualmente espaciados en el núcleo de la fibra óptica que reflejan diferentes longitudes de onda de luz bajo diferentes niveles de deformación.

Tal y como se ha mencionado anteriormente, la unidad de procesamiento 32 está interconectada con el sensor de carga 30 para recibir la señal de carga bruta desde el sensor de carga 30 y está configurada para realizar una función de corrección de temperatura para que el parámetro de carga que sale de la unidad de procesamiento 32 tenga una precisión mejorada. Al hacerlo, la unidad de procesamiento 32 está dispuesta para monitorizar (es decir, recibir señales de datos relacionadas con) uno o más parámetros de la turbina eólica. El uno o más parámetros de la turbina eólica pueden incluir, pero no se limitan a: la temperatura de la góndola y la temperatura ambiente. Con este fin, la turbina eólica 10 está provista de varios sensores que proporcionan señales de datos a la unidad de procesamiento 32. La persona experta apreciará que los sensores pueden proporcionar señales a la unidad de procesamiento 32 a través de una conexión por cable o inalámbrica, según proceda.

Como se puede observar en la figura 2, la góndola 12 incluye un sensor de temperatura interior 36 para medir la temperatura dentro de la góndola 12. El sensor de temperatura interior 36 puede ser parte de un sistema de control de temperatura de la góndola que mantiene la temperatura dentro de la góndola 12 dentro de límites operativos aceptables para evitar que el equipo de generación de energía dentro de la góndola 12 se sobrecaliente.

La góndola 12 también incluye un sensor de temperatura ambiente 38 para medir la temperatura del aire ambiente en las proximidades de la turbina eólica 10. En la figura 2, el sensor de temperatura ambiente 38 se muestra como parte de un sistema meteorológico (o 'mástil meteorológico') montado en la góndola, pero el sensor de temperatura ambiente 38 puede proporcionarse simplemente como un paquete sensor de temperatura montado en cualquier componente adecuado de la turbina eólica 10 o proporcionado de forma remota desde la turbina eólica 10. Como alternativa, se prevé que la unidad de procesamiento 32 pueda recibir información relativa a la temperatura del aire ambiente desde una fuente de información meteorológica externa a la que se pueda acceder, por ejemplo, a través de una conexión inalámbrica convencional.

Habiendo descrito la disposición general de los componentes del sistema de sensor de carga de la pala, a continuación se describirán detalles adicionales de una realización de la invención con referencia a la figura 3.

Como se muestra en la figura 3, la unidad de procesamiento 32 comprende un módulo de estimación de temperatura 40 y un módulo de compensación de carga 42, representados como bloques funcionales en la figura 3. Aunque no se ilustra específicamente en la figura 3, debería apreciarse que la unidad de procesamiento 32 también incluye un área de memoria en la que se almacena el software adecuado y un entorno de ejecución para ejecutar el software de control. Cabe señalar en esta etapa que los bloques funcionales ilustran una funcionalidad específica de la unidad de procesamiento 32 y, como tal, que puede ser implementado por hardware, software o firmware, ya sea dentro del mismo entorno de procesamiento o en una arquitectura de procesamiento distribuida. Es decir, la arquitectura funcional ilustrada en la figura 3 no pretende limitar la invención a una arquitectura de hardware o software específica, plataforma o entorno de procesamiento. La arquitectura del sistema analizada en el presente documento se usa simplemente como un ejemplo para ilustrar la funcionalidad técnica de la invención y la invención puede implementarse mediante un sistema que tenga una arquitectura específica diferente.

El módulo de estimación de temperatura 40 se muestra en la figura 3 recibiendo una señal de entrada de datos de uno o más sensores 44. Como se ilustra en la figura 2, estas señales de entrada de datos pueden corresponder a la temperatura ambiente y la temperatura de la góndola.

El papel del módulo de estimación de temperatura 40 es dar salida a una temperatura estimada de la pala 20 (en las proximidades del sensor de carga) en base a las señales de entrada. Para generar una temperatura estimada, el módulo de estimación de temperatura 40 implementa un modelo de temperatura de la pala. El módulo de estimación de temperatura 40 puede implementar el modelo realizando algoritmos o, en otras realizaciones, el modelo puede implementarse consultando un conjunto de datos almacenados que correlaciona los valores de las señales de entrada con los valores de la temperatura estimada de la pala, es decir, una 'tabla de consulta'.

El módulo de compensación de carga 42 se muestra en la figura 3 recibiendo dos señales de entrada de datos. La primera señal de entrada de datos es la salida del módulo de estimación de temperatura 40, es decir, la temperatura estimada de la pala. La segunda entrada de señal de datos son datos de carga de la pala medidos desde el sensor de carga 30 montado en la pala. La función del módulo de compensación de carga 42 es dar salida a un parámetro de carga con corrección de temperatura en base a las dos señales de entrada de datos: la carga medida y la temperatura estimada de la pala.

Al determinar una temperatura estimada de la pala, el módulo de estimación de temperatura 40 puede implementar varias formas de modelo de temperatura dependiendo de la precisión de la estimación de temperatura que se requiera.

Algunos ejemplos se describirán a continuación a modo de ilustración.

Según una realización de la invención, el modelo de estimación de temperatura supone que la temperatura de la pala es igual a la temperatura ambiente en las proximidades de la pala y, por lo tanto, relaciona la temperatura estimada directamente con la temperatura ambiente. Así, solo hay una señal de entrada de datos al módulo de estimación de temperatura 40, a saber, datos de temperatura ambiente desde el sensor de temperatura ambiente 38, de manera que la salida del módulo de estimación de temperatura 40 sea la misma que la entrada. En una realización de este tipo, no es necesario que el sistema de sensor de carga de la pala incluya un sensor de temperatura de la góndola, lo que permite proporcionar un paquete de sensor de carga más simple y menos costoso. También, es posible implementar la invención en hardware de detección de carga existente, que ahorra costes de hardware, pero también mano de obra y tiempo de inactividad del sistema. Los detalles de un método que puede ser implementado por este sistema de sensor de carga de palas se describirán ahora con referencia a la figura 4, que muestra un diagrama de flujo que ilustra las etapas de ese método.

En la etapa 50, el sensor de temperatura ambiente 38 realiza una medición de la temperatura ambiente. El sensor 38 de temperatura ambiente envía una señal que indica la temperatura ambiente al módulo de estimación de temperatura 40 de la unidad de procesamiento 32.

En la etapa 52, el módulo de estimación de temperatura 40 implementa el modelo de estimación de temperatura de la pala y, en la etapa 54, emite una señal que indica la temperatura estimada de la pala. La temperatura estimada de la pala es igual a la temperatura ambiente medida y, por lo tanto, el módulo de estimación de temperatura 40 está configurado para proporcionar una señal de salida que es la misma que la señal de entrada.

En la etapa 56, el sensor de carga de la pala 30 realiza una medición de la carga experimentada por la pala 20 y envía una señal que indica el valor de esta medición al módulo de compensación de carga 42 de la unidad de procesamiento 32. Esta etapa se puede realizar mientras se estima la temperatura de la pala; es decir, simultáneamente con las etapas 50, 52 y 54. Como alternativa, el sistema de sensor de carga de la pala puede configurarse para realizar estas etapas secuencialmente.

En la etapa 58, el módulo de compensación de carga 42 recibe la señal de datos de temperatura estimada del módulo de estimación de temperatura y la señal de datos de carga medida del sensor de carga de la pala. El módulo de compensación de carga 42 consulta un conjunto de datos almacenados en forma de una tabla de consulta que correlaciona los valores de la temperatura estimada de la pala y la carga medida experimentada por la pala con valores corregidos por temperatura de la carga experimentada por la pala de la turbina eólica 20. Los valores de la tabla de consulta pueden haber sido calculados de antemano o determinados empíricamente antes de ser almacenados en el área de memoria de la unidad de procesamiento 32. Por ejemplo, tal conjunto de datos puede correlacionar las lecturas de carga con valores de carga ajustados que han sido compensados por la temperatura conocida, dado el coeficiente de expansión conocido del sensor de carga. En otras realizaciones, el módulo de compensación de carga 42 puede realizar uno o más algoritmos para determinar la carga con corrección de temperatura experimentada por la pala 20.

En la etapa 60, el módulo de compensación de carga 42 emite una señal que indica el valor de la tabla de consulta que corresponde a los valores de las entradas del módulo de compensación de carga. La salida de la unidad de compensación de carga 42 se puede proporcionar entonces a varios sistemas de la turbina eólica 10 según se requiera.

En otras realizaciones, se prevé que otros parámetros de la turbina eólica, es decir, otras medidas de temperatura, podrían usarse como la temperatura estimada de la pala. Por ejemplo, la medición de temperatura de uno de los otros sensores de temperatura desde dentro de la misma pala podría usarse como la temperatura estimada, o, de hecho, la medición de temperatura de un sensor montado en una de las otras palas de la turbina eólica, basado en el entendimiento de que las temperaturas de la pala deben ser aproximadamente las mismas, dado el entorno ambiental común. Todavía más, la medición de temperatura de otra turbina eólica podría usarse para la temperatura estimada.

Las pruebas han demostrado que el modelo de temperatura de la pala relativamente simple descrito anteriormente da buenos resultados en la práctica. Los valores de carga con corrección de temperatura proporcionados por el sistema de sensor de carga de la pala son lo suficientemente precisos para varias aplicaciones. Sin embargo, para circunstancias en las que se requiera un valor aún más preciso para la carga con corrección de temperatura, se prevé que el módulo de estimación de temperatura 40 implementaría un modelo de temperatura de la pala más sofisticado para dar una estimación más precisa de la temperatura de la pala. Uno de estos modelos se describe a continuación a modo de ejemplo.

El modelo aquí descrito estima la temperatura en el interior hueco 26 de la pala. Esto da una buena estimación de la temperatura de la pala 20 en las proximidades del sensor de carga 30 para las realizaciones en las que el sensor de carga 30 está unido a la superficie interior de la pala 20. Sin embargo, este modelo también es aplicable a realizaciones en las que el sensor de carga 30 se proporciona en otra parte de la pala 20, ya que la cavidad de la pala 26 y la carcasa de la pala 24 están en buen contacto térmico y, por tanto, tienen temperaturas similares.

En esta realización alternativa, el modelo de temperatura de la pala se construye basándose en el calor neto transferido a la cavidad de la pala 26. Si se puede determinar la transferencia neta de calor, la temperatura de la pala 20 se puede calcular de acuerdo con la relación térmica específica:

Q neto = c m (T b - T i)

donde: ^{Q neto} es el calor neto transferido a la cavidad de la pala 26; c es la capacidad calorífica del aire a temperatura y presión estándar; m es la masa de aire dentro de la cavidad de la pala 26; ^Tb es la temperatura de la cavidad de la pala 26 y ^{T j} es la temperatura inicial de la cavidad de la pala 26.

Para determinar el calor transferido a la cavidad de la pala 26, es necesario considerar cómo se transfiere el calor hacia y desde la pala 20. En este modelo, se supone que la pala 20 está en contacto térmico con el entorno ambiental y solo con la góndola 12. Generalmente, el calor se transfiere desde la góndola 12 a la pala 20, a través de aberturas en el mamparo de la pala cerca de la raíz 28 de la pala 20, y desde la pala 20 al entorno a través del material de la carcasa de la pala 24.

La ley de enfriamiento de Newton permite cuantificar la cantidad de calor transferido hacia o desde la pala 20. La ley de enfriamiento de Newton establece que:

donde: Q es el calor transferido desde un primer cuerpo a un segundo cuerpo; ^h es el coeficiente de transferencia de calor; ^A es el área de la superficie de transferencia de calor y T1 y T2 son las temperaturas del primer y segundo cuerpo respectivamente.

Usando esta relación, e integrándose en el tiempo, la cantidad de calor transferido a la cavidad de la pala 26 viene dada por:

Q n e to —Q góndo la^pa la - Q pa la^am biente

=/ ^{h n ^ n ( Tn — T b ) d t —} / ^{h b A b { T b — T a ) d t}

donde: ^{h n} y ^{h b} son los coeficientes de transferencia de calor entre la góndola 12 y la pala 20, y la pala 20 y los alrededores, respectivamente; ^{A n} es el área combinada de las aberturas en el extremo 28 de la raíz de la pala 20 que conduce al cubo 18; ^{A b} es el área de la superficie del perfil aerodinámico 22 de la pala 20 y ^{Tn, Tb} y ^Ta son la temperatura de la góndola, ambiente y de la pala, respectivamente.

Combinando la ecuación anterior con la relación de calor específica e incluyendo factores de evolución en el tiempo, el experto apreciará que la temperatura de la cavidad de la pala 26 viene dada por:

T „ = T i ± [ - ( T n - T b ) e ~ h nA n t ( Tb - T a ) e ~ h ^A ^ t ]

Así, se proporciona un modelo de temperatura de la pala que relaciona la temperatura de la pala 20 en las proximidades del sensor de carga 30 con la temperatura ambiente (medida por el sensor de temperatura ambiente 38) y la temperatura de la góndola (medida por el sensor de temperatura de la góndola 36).

Como se ha expuesto anteriormente, el módulo de estimación de temperatura 40 puede implementar el modelo anterior realizando uno o más algoritmos para calcular un valor para la temperatura estimada de la pala. Los valores de las constantes relevantes pueden almacenarse en el área de memoria de la unidad de procesamiento 32. Por ejemplo, los coeficientes térmicos pueden determinarse empíricamente mediante la identificación del sistema, que implica equipar una pala de prueba con sensores adecuados y derivar un mapeo entre las temperaturas del aire medidas y la temperatura interna de la pala. Como alternativa, la temperatura estimada de la pala puede calcularse para un intervalo de temperaturas ambiente y de la góndola antes de tiempo y almacenarse en el área de memoria de la unidad de procesamiento 32 como una tabla de consulta. El módulo de estimación de temperatura 40 puede entonces consultar esta tabla de consulta para determinar la temperatura estimada de la pala en base a las temperaturas ambiente y de la góndola medidas en ese momento en el tiempo.

El módulo de estimación de temperatura 40 emite una señal que indica la temperatura estimada de la pala que es recibida por el módulo de compensación de carga 42 y utilizada para determinar un valor de carga con corrección de temperatura, similar al método descrito anteriormente en relación con la figura 4.

Se apreciará que pueden realizarse muchas modificaciones a los ejemplos anteriores sin alejarse del ámbito de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas. Se prevé que, en otras realizaciones de la invención, el módulo de estimación de temperatura 40 implementará otros modelos de temperatura de las palas. Estos modelos pueden incluir los efectos de cualquier otro factor que afecte a la temperatura de la pala 20 según sea apropiado para la configuración de la turbina eólica 10 y la precisión requerida del valor de carga con corrección de temperatura.

Por ejemplo, un sistema de sensor de pala de acuerdo con una realización de la invención puede instalarse en una pala que incluye un sistema antihielo, como lo indica el cuadro de puntos en la figura 2, y se indica con la referencia 100. El sistema antihielo 100 evita que se forme hielo en las superficies de la carcasa de la pala 24 haciendo circular aire caliente alrededor de la cavidad de la pala 26 cuando sea necesario. Se prevé que el módulo de temperatura implementará un modelo de temperatura de la pala que tenga en cuenta el efecto del calor transferido a la cavidad de la pala 26 por el sistema antihielo 100. Para este fin, el sistema antihielo 100 puede incluir un indicador de estado que proporciona una señal a la unidad de procesamiento 32 indicando el calor transferido a la cavidad de la pala 26 por el sistema antihielo 100.

Se prevé que en otras realizaciones de la invención, el modelo de temperatura de la pala se construirá empíricamente en su totalidad o en parte. Los datos experimentales necesarios podrían obtenerse de una turbina eólica en funcionamiento in situ o de experimentos controlados realizados en un laboratorio o taller.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de sensor (11) para una pala de turbina eólica (20), comprendiendo el sistema:

un sensor de carga (30) que proporciona una medición de carga;

una unidad de procesamiento (32) interconectada con el sensor de carga y configurada para proporcionar un parámetro de carga con corrección de temperatura como salida, en donde la unidad de procesamiento incluye: un módulo de estimación de temperatura (40) que determina una temperatura estimada de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) en función de al menos un parámetro de la turbina eólica;

un módulo de compensación de carga (42) que determina el parámetro de carga con corrección de temperatura en función de la temperatura estimada y la medición de carga del sensor de carga (30);

caracterizado por que el módulo de estimación de temperatura (40) está configurado para realizar un modelado de la temperatura de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) en función de la energía térmica neta transferida al interior de la pala (20).

2. El sistema de sensor (11) de la reivindicación 1, en donde el módulo de estimación de temperatura (40) relaciona la temperatura estimada de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) directamente con los valores del al menos un parámetro de la turbina eólica.

3. El sistema de sensor (11) de la reivindicación 2, en donde el módulo de estimación de temperatura (40) relaciona la temperatura estimada de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) con una medición de temperatura de un componente o región de la turbina eólica alejada del sensor de carga (30).

4. El sistema de sensor (11) de la reivindicación 3, en donde el módulo de estimación de temperatura (40) relaciona la temperatura estimada de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) con la temperatura del entorno ambiental.

5. El sistema de sensor (11) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sensor de carga (30) es una galga extensométrica óptica.

6. Una pala de turbina eólica (20) que incluye un sistema de sensor (11) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. La pala de turbina eólica (20) de la reivindicación 6, en donde el sensor de carga (30) está incorporado en un extremo de raíz de la pala de turbina eólica (20).

8. Un método para determinar la carga en una pala de turbina eólica (20), que comprende:

medir la carga de la pala por medio de un sensor de carga de pala de turbina eólica (30);

estimar la temperatura de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30);

determinar, en función de la temperatura estimada y la carga medida, un valor corregido por temperatura para la carga en la pala de la turbina eólica (20);

caracterizado por que la estimación de la temperatura de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) se realiza utilizando un modelo basado en la energía térmica neta transferida al interior de la pala (20).

9. El método de la reivindicación 8, en donde la temperatura estimada de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) está relacionada directamente con el valor de al menos un parámetro de la turbina eólica.

10. El método de la reivindicación 9, en donde la temperatura estimada de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) está relacionada directamente con una medición de temperatura de un componente o región de la turbina eólica alejada del sensor de carga (30).

11. El método de la reivindicación 10, en donde la estimación de la temperatura de la pala (20) en las proximidades del sensor de carga (30) está relacionada directamente con la temperatura del entorno ambiental.

12. Un producto de programa informático descargable desde una red de comunicación y/o almacenable en un medio legible por máquina, que comprende instrucciones de código de programa que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, provocan que el ordenador lleve a cabo un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11.

13. Un medio legible por máquina que tiene almacenado en el mismo un producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 12.