ES2887791T3 - Sistema para controlar un actuador de orientación de una turbina eólica cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo está inoperativo - Google Patents
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Abstract
Una turbina eólica (10), que comprende: una torre (12); una góndola (16) montada encima de la torre (12); un rotor (18) acoplado de forma rotatoria a la góndola (16), comprendiendo el rotor (18) al menos una pala de rotor (22); un actuador de orientación (36) para ajustar un ángulo de orientación de la góndola (16); un sistema de control de actuador de orientación nativo (50) que incluye uno o más sensores nativos (52) para detectar uno o más parámetros indicativos de una condición de viento y un controlador nativo (56) acoplado comunicativamente al actuador de orientación nativo (36) y el uno o más sensores nativos (52); y un sistema (100) configurado para controlar el actuador de orientación (36) de la turbina eólica (10) cuando el sistema de control de actuador de orientación nativo (50) está inoperativo, comprendiendo el sistema (100): un sensor externo (102) configurado para detectar un parámetro indicativo de una condición de viento experimentada por la turbina eólica (10); y, un controlador externo (106) acoplado comunicativamente al sensor externo (102), estando configurado el controlador externo (106) para controlar el actuador de orientación (36) en base a unas señales de medición (130) recibidas desde el sensor externo (102), en la que el sensor externo (102) y el controlador externo (106) están aislados eléctricamente del sistema de control de actuador de orientación nativo (50).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema para controlar un actuador de orientación de una turbina eólica cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo está inoperativo
[0001] La presente divulgación se refiere en general a las turbinas eólicas. Más en particular, la presente divulgación se refiere a los sistemas para controlar actuadores de orientación (“yaw drive”) de turbinas eólicas cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo asociado está inoperativo.
[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medio ambiente actualmente disponibles, y a este respecto la atención que atraen las turbinas eólicas ha experimentado un incremento. Una turbina eólica moderna típicamente incluye una torre, una góndola montada sobre la torre, un generador situado en la góndola, y una o más palas de rotor. La una o más palas de rotor convierte energía cinética del viento en energía mecánica usando principios aerodinámicos conocidos. Un tren de potencia transmite la energía mecánica desde las palas de rotor al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede suministrar a una red eléctrica.
[0003] Las turbinas eólicas incluyen típicamente un actuador de orientación, que ajusta un ángulo de orientación (“yaw angle”) (es decir, el ángulo de la góndola en relación con la torre) de la turbina eólica para orientar apropiadamente las palas de rotor en relación con la dirección del viento. A este respecto, el actuador de orientación puede incluir uno o más mecanismos de ajuste de orientación, que hacen girar la góndola en relación con la torre. Además, la turbina eólica incluye un sistema de control de actuador de orientación para controlar el funcionamiento de los diversos componentes del actuador de orientación, tales como los mecanismos de ajuste de orientación.
[0004] Durante las operaciones de mantenimiento, diversos componentes del sistema de control de actuador de orientación (por ejemplo, fuentes de alimentación, controladores, sensores, etc.) se pueden inhabilitar, retirar de la turbina eólica o quedar inoperativos de otro modo. Cuando se produce esto, el ángulo de orientación de la turbina eólica no se puede ajustar. Durante determinadas actividades de mantenimiento, puede ser necesario mover equipos de mantenimiento, tales como grúas, en relación con la góndola. El movimiento de dichos equipos incrementa la duración y el coste de la operación de mantenimiento. Además, una incapacidad de ajustar el ángulo de orientación de la turbina eólica puede dar como resultado una carga aerodinámica no deseable en la góndola y/o el rotor. Se puede encontrar un ejemplo de técnica anterior en el documento EP3128170.
[0005] En consecuencia, un sistema para controlar un actuador de orientación de una turbina eólica cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo está inoperativo sería bien recibido en la técnica.
[0006] Diversos aspectos y ventajas de la tecnología se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden quedar claros a partir de la descripción, o se pueden descubrir a través de la puesta en práctica de la tecnología.
[0007] En otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1.
[0008] Diversas características, aspectos y ventajas de la presente tecnología se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que están incorporados en, y constituyen una parte de, la presente memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la tecnología y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la tecnología.
[0009] En los dibujos:
la FIG. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica ejemplar de acuerdo con unos modos de realización de la presente divulgación;
la FIG. 2 es una vista interna en perspectiva de una góndola ejemplar de una turbina eólica de acuerdo con unos modos de realización de la presente divulgación;
la FIG. 3 es una vista esquemática de un modo de realización de un sistema de control de actuador de orientación nativo ejemplar de una turbina eólica de acuerdo con unos modos de realización de la presente divulgación;
la FIG. 4 es una vista esquemática de un modo de realización de un sistema para controlar un actuador de orientación de una turbina eólica cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo está inoperativo de acuerdo con unos modos de realización de la presente divulgación; y
la FIG. 5 es una vista lateral de un modo de realización de un sensor externo de un sistema para controlar un actuador de orientación de una turbina eólica cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo
está inoperativo, que ilustra el sensor externo montado en una góndola de una turbina eólica de acuerdo con unos modos de realización de la presente divulgación.
[0010] El uso repetido de caracteres de referencia en la presente memoria descriptiva y los dibujos pretende representar las mismas o análogas características o elementos de la presente tecnología.
[0011] Se hace referencia ahora en detalle a unos presentes modos de realización de la tecnología, uno o más ejemplos de los cuales se ilustran en los dibujos adjuntos. En la descripción detallada se usan designaciones numéricas y de letras para referirse a unas características de los dibujos. Se han usado designaciones iguales o similares en los dibujos y la descripción para referirse a partes iguales o similares de la tecnología. Como se usan en el presente documento, los términos "primero", "segundo" y "tercero" se pueden usar de manera intercambiable para distinguir un componente de otro y no pretenden significar ni la ubicación ni la importancia de los componentes individuales.
[0012] Con referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica 10 ejemplar. Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye en general una torre 12 que se extiende desde una superficie de apoyo 14, una góndola 16 montada sobre la torre 12 y un rotor 18 acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje rotatorio 20 y al menos una pala de rotor 22 acoplada a, y que se extiende hacia el exterior desde, el buje 20. Por ejemplo, en el modo de realización mostrado en la FIG. 1, el rotor 18 incluye tres palas de rotor 22. Sin embargo, en modos de realización alternativos, el rotor 18 puede incluir más o menos de tres palas de rotor 22. Cada pala de rotor 22 puede estar separada alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para convertir energía cinética del viento en energía mecánica de rotación utilizable. Un generador 24 situado en la góndola 16 puede generar energía eléctrica a partir de la energía de rotación del rotor 18.
[0013] En referencia ahora a la FIG. 2, un tren de potencia 26 acopla de forma rotatoria el rotor 18 al generador 24. Como se muestra, el tren de potencia 26 puede incluir un eje de rotor 28, que acopla de forma rotatoria el buje 20 del rotor 18 a una multiplicadora 30. La multiplicadora 30 se puede sostener en y acoplar a una bancada 32 dentro de la góndola 16. El tren de potencia 26 también puede incluir un eje de generador 34, que acopla de forma rotatoria la multiplicadora 30 al generador 24. A este respecto, la rotación del rotor 18 acciona el generador 24. Más específicamente, el eje de rotor 28 puede proporcionar una entrada de baja velocidad y alto par de torsión a la multiplicadora 30 como respuesta a la rotación de las palas de rotor 22 y del buje 20. A continuación, la multiplicadora 30 puede convertir la entrada de baja velocidad y alto par de torsión en una salida de alta velocidad y bajo par de torsión para accionar el eje de generador 34 y, por tanto, el generador 24. Sin embargo, en modos de realización alternativos, el generador 24 puede estar directamente acoplado de forma rotatoria al eje de rotor 28 en una configuración de transmisión directa.
[0014] La turbina eólica 10 también puede incluir un actuador de orientación nativo 36 para ajustar un ángulo de orientación de la góndola 16 (es decir, la orientación angular de la góndola 16 en relación con la torre 12). En particular, la góndola 16 puede estar acoplada de forma rotatoria a la torre 12 mediante un rodamiento de orientación (“yaw bearing”) (no mostrado). Así pues, el actuador de orientación nativo 36 puede incluir uno o más mecanismos de ajuste de orientación nativos 38, que hacen girar la góndola 16 alrededor de un eje de orientación 40 (FIG. 1) en relación con la torre 12 para ajustar el ángulo de orientación de la góndola 16. Aunque la FIG. 2 ilustra dos mecanismos de ajuste de orientación 38, la turbina eólica 10 puede incluir cualquier número adecuado de mecanismos de ajuste de orientación 38, tal como un único mecanismo de ajuste de orientación 38 o más de dos mecanismos de ajuste de orientación 38. Por ejemplo, determinados modos de realización del actuador de orientación nativo 36 pueden incluir cuatro mecanismos de ajuste de orientación 38.
[0015] La FIG. 2 ilustra un modo de realización ejemplar de los mecanismos de ajuste de orientación 38. Más específicamente, cada mecanismo de ajuste de orientación 38 puede incluir un motor eléctrico 42 montado en y/o a través de la bancada 32. Cada motor eléctrico 42 puede incluir un engranaje de piñón 44 acoplado al mismo, que se engrana con un engranaje de corona dentada de torre 46 acoplado a la torre 12. Durante el funcionamiento de los mecanismos de ajuste de orientación 38, los motores eléctricos 42 hacen girar los correspondientes engranajes de piñón 44, que hacen girar el engranaje de corona dentada de torre 46. La rotación de los engranajes de piñón 44 en relación con el engranaje de corona dentada de torre 46 hace que la góndola 16 gire alrededor del eje de orientación 40 (FIG. 1). En modos de realización alternativos, los mecanismos de ajuste de orientación 38 pueden incluir cualquier tipo adecuado de accionador y/o cualquier estructura o mecanismo adecuado para transmitir movimiento entre la torre 12 y la góndola 16.
[0016] El actuador de orientación nativo 36 también puede incluir uno o más conjuntos de freno nativos 48 para controlar la rotación de la góndola 16 alrededor del eje de orientación 40. Por ejemplo, como se muestra en el modo de realización ilustrado, los conjuntos de freno 48 pueden estar montados en y/o a través de la bancada 32. Así pues, cada conjunto de freno 48 se puede engranar por fricción con el engranaje de corona dentada de torre 46 u otra superficie de fricción adecuada de la turbina eólica 10 para detener, ralentizar y/o controlar de otro modo la rotación de la góndola 16 alrededor del eje de orientación 40. La turbina eólica 10 puede incluir cualquier número adecuado de conjuntos de freno 48. Por ejemplo, en un modo de realización ejemplar, la turbina eólica 10 puede
incluir entre doce y veinte conjuntos de freno 48. En otros modos de realización, sin embargo, la turbina eólica 10 puede incluir menos de doce conjuntos de freno 48 o más de veinte conjuntos de freno 48.
[0017] En referencia ahora a la FIG. 3, la turbina eólica 10 puede incluir un sistema de control de actuador de orientación nativo 50 ("sistema de control nativo 50") para controlar el funcionamiento de uno o más componentes del actuador de orientación nativo 36, tal como los mecanismos de ajuste de orientación 38 y/o los conjuntos de freno 48. En general, el sistema de control nativo 50 controla el actuador de orientación nativo 36 durante el funcionamiento de la turbina eólica 10, tal como cuando la turbina eólica 10 está generando energía o no está inhabilitada o parcialmente inhabilitada de otro modo para operaciones de mantenimiento o reparación. En el modo de realización mostrado en la FIG. 3, por ejemplo, todos los componentes del sistema de control nativo 50 pueden estar localizados dentro de la turbina eólica 10. En modos de realización alternativos, sin embargo, algunos de los componentes del sistema de control nativo 50 pueden estar situados fuera de la turbina eólica 10.
[0018] Como se muestra, el sistema de control nativo 50 puede incluir uno o más sensores nativos 52 para detectar uno o más parámetros indicativos de una condición de viento experimentada por la turbina eólica 10. Aunque la FIG. 3 ilustra solo un sensor nativo 52, el sistema de control nativo 50 puede incluir cualquier número adecuado de sensores nativos 52. Por ejemplo, en varios modos de realización, el sensor nativo 52 puede ser un sensor de velocidad de viento 54 mostrado en la FIG. 2. Específicamente, el sensor de velocidad de viento 54 detecta una velocidad y/o dirección de viento experimentada por la turbina eólica 10 y, más en particular, la góndola 16. A este respecto, el sensor de velocidad de viento 54 puede ser un anemómetro, una veleta o cualquier otro tipo adecuado de sensor para medir una velocidad y/o dirección de viento. En algunos modos de realización, el sensor de velocidad de viento 54 puede estar montado en el exterior de la góndola 16. En modos de realización alternativos, sin embargo, el sensor nativo 52 puede ser cualquier tipo de sensor adecuado para medir cualquier parámetro adecuado de la turbina eólica 10 o del entorno próximo a la turbina eólica 10.
[0019] El sistema de control nativo 50 también puede incluir un controlador nativo 56 acoplado comunicativamente a uno o más componentes del sistema de control nativo 50 y/o el actuador de orientación nativo 36, tales como los sensores 52, los mecanismos de ajuste de orientación 38 y los conjuntos de freno 48. Aunque en la FIG. 3 el controlador nativo 56 se ilustra acoplado comunicativamente a un solo sensor nativo 52, un mecanismo de ajuste de orientación 38 y un conjunto de freno 48, el controlador nativo 56 puede estar acoplado comunicativamente a cualquier número adecuado de sensores nativos 52, mecanismos de ajuste de orientación 38 y/o conjuntos de freno 48. Por ejemplo, en algunos modos de realización, el controlador nativo 56 puede estar acoplado comunicativamente a todos los mecanismos de ajuste de orientación 38 y conjuntos de freno 48 del actuador de orientación nativo 36. Como se muestra en la FIG. 2, por ejemplo, el controlador nativo 56 puede estar dispuesto dentro de un armario de control 58 montado dentro de una parte de la góndola 16. Sin embargo, en modos de realización alternativos, el controlador nativo 56 puede estar dispuesto en cualquier ubicación sobre o dentro de la turbina eólica 10, en cualquier ubicación de la superficie de apoyo 14 o en cualquier otra ubicación adecuada.
[0020] En general, el controlador nativo 56 puede corresponder a cualquier dispositivo adecuado basado en procesador, incluyendo uno o más dispositivos informáticos. Como se muestra en la FIG. 3, por ejemplo, el controlador nativo 56 puede incluir uno o más procesadores 60 y uno o más dispositivos de memoria asociados 62 configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares divulgados en el presente documento). Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados que en la técnica se describen incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC), una matriz de puertas programable in situ (FPGA) y otros circuitos programables. Adicionalmente, los dispositivos de memoria 62 en general pueden incluir un(os) elemento(s) de memoria que incluye(n), pero sin limitarse a, un medio legible por ordenador (por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, memoria flash), una memoria de solo lectura de disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico ( M o D ) , un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados o combinaciones de los mismos. El dispositivo de memoria 62 puede almacenar instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador 60, hacen que el procesador 60 realice diversas funciones, tales como controlar el actuador de orientación nativo 36.
[0021] Como se menciona anteriormente, el sistema de control nativo 50 controla el funcionamiento del actuador de orientación nativo 36 durante el funcionamiento de la turbina eólica 10. Por ejemplo, en el modo de realización mostrado en la FIG. 3, el controlador nativo 56 puede recibir señales de medición (por ejemplo, como se indica mediante la flecha 64) desde el sensor nativo 52 durante el funcionamiento de la turbina eólica 10. En base a estas señales de medición 64, el controlador nativo 56 puede transmitir señales de control (por ejemplo, como se indica mediante la flecha 66) al mecanismo de ajuste de orientación 38 y al conjunto de freno 48 para controlar el ángulo de orientación de la turbina eólica 10. A este respecto, el sistema de control nativo 50 puede incluir además las interfaces de comunicación, los circuitos y/u otros dispositivos eléctricos/de comunicación necesarios para facilitar dicho funcionamiento del actuador de orientación nativo 36.
[0022] En modos de realización alternativos, el sistema de control nativo 50 puede incluir otros componentes además del sensor nativo 52, el controlador nativo 56 y las interfaces y los circuitos de comunicación asociados. Además, el sistema de control nativo 50 puede funcionar de cualquier manera adecuada que permita el control del ángulo de orientación de la turbina eólica 10.
[0023] La FIG. 4 es una vista esquemática de un modo de realización de un sistema 100 para controlar un actuador de orientación de una turbina eólica cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo está inoperativo. En general, el sistema 100 se describirá a continuación con referencia a la turbina eólica 10. No obstante, el sistema 100 divulgado se puede usar para controlar un actuador de orientación de cualquier turbina eólica que tiene cualquier configuración de turbina eólica adecuada cuando un sistema de control de actuador de orientación nativo asociado está inoperativo.
[0024] Como se menciona anteriormente, el sistema 100 se puede usar cuando el sistema de control nativo 50 está inoperativo. Por ejemplo, el sistema de control nativo 50 puede estar inoperativo durante diversas operaciones de mantenimiento y reparación. En dichos casos, parte o todo el sistema de control nativo 50 se puede inhabilitar, por ejemplo por medio de un procedimiento de bloqueo y etiquetado (LOTO) adecuado. Además, en algunas actividades de mantenimiento o reparación, determinados componentes del sistema de control nativo 50 se pueden retirar de la turbina eólica 10. Así pues, el sistema de control nativo 50 está inoperativo cuando el sistema de control nativo 50 no puede controlar el actuador de orientación nativo 36.
[0025] Como se muestra en la FIG. 4, el sistema 100 incluye uno o más sensores externos 102 para detectar uno o más parámetros indicativos de una condición de viento experimentada por la turbina eólica 10. En general, los sensores externos 102 están aislados eléctrica y/o comunicativamente del sistema de control nativo 50. Así pues, los sensores externos 102 no son dependientes de ningún componente del sistema de control nativo 50 para admitir o facilitar de otro modo su funcionamiento. A este respecto, los sensores externos 102 pueden ser operativos cuando el sistema de control nativo 50 está inoperativo. Aunque la FIG. 4 ilustra solo un sensor externo 102, el sistema 100 puede incluir cualquier número adecuado de sensores externos 102.
[0026] En varios modos de realización, cada sensor externo 102 puede corresponder a uno de los sensores nativos 52. Así pues, el sensor externo 102 puede proporcionar la misma información al sistema 100 que los sensores nativos 52 proporcionan al sistema de control nativo 50. A este respecto, el sensor externo 104 puede estar configurado para detectar los mismos parámetros que el sensor nativo 52 o unos similares. Por ejemplo, como se ilustra en la FIG. 5, el sensor externo 102 puede ser un sensor de velocidad de viento 104 que detecta una velocidad de viento y/o dirección de viento experimentada por la turbina eólica 10 y, más en particular, la góndola 16. Así pues, el sensor de velocidad de viento 104 puede ser un anemómetro, una veleta o cualquier otro tipo adecuado de sensor para medir la velocidad y/o la dirección del viento. En modos de realización alternativos, el sensor externo 102 puede estar configurado para detectar un parámetro diferente al del sensor nativo 52. En otros modos de realización, el sensor externo 102 puede ser cualquier tipo adecuado de sensor para medir cualquier parámetro adecuado de la turbina eólica 10 o el entorno próximo a la turbina eólica 10.
[0027] El sistema 100 también incluye un controlador externo 106 configurado para acoplarse comunicativamente a uno o más componentes del sistema 100 y/o el actuador de orientación nativo 36, tales como el sensor 102, los mecanismos de ajuste de orientación 38 y los conjuntos de freno 48. En general, el controlador externo 106 está aislado eléctrica y/o comunicativamente del sistema de control nativo 50. Así pues, el controlador externo 106 no es dependiente de ningún componente del sistema de control nativo 50 para admitir o facilitar su funcionamiento. A este respecto, el controlador externo 106 puede ser operativo cuando el sistema de control nativo 50 está inoperativo. Aunque en la FIG. 4 el controlador externo 106 se ilustra acoplado comunicativamente a un solo sensor externo 102, un mecanismo de ajuste de orientación 38 y un conjunto de freno 48, el controlador externo 106 puede estar acoplado comunicativamente a cualquier número adecuado de sensores externos 52, mecanismos de ajuste de orientación 38 y/o conjuntos de freno 48. En modos de realización particulares, el controlador externo 106 puede estar acoplado comunicativamente a todos los mecanismos de ajuste de orientación 38 y conjuntos de freno 48 del actuador de orientación nativo 36.
[0028] En general, el controlador externo 106 puede corresponder a cualquier dispositivo adecuado basado en procesador, incluyendo uno o más dispositivos informáticos. Como se muestra en la FIG. 4, por ejemplo, el controlador externo 106 puede incluir uno o más procesadores 108 y uno o más dispositivos de memoria asociados 110 configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares divulgados en el presente documento). Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados que en la técnica se describen incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC), una matriz de puertas programable in situ (FPGA) y otros circuitos programables. Adicionalmente, los dispositivos de memoria 110 en general puede incluir un(os) elemento(s) de memoria que incluye(n), pero sin limitarse a, un medio legible por ordenador (por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, memoria flash), una memoria de solo lectura de disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico ( M o D ) , un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados o combinaciones de los mismos.
El dispositivo de memoria 110 puede almacenar instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador 108, hacen que el procesador 108 realice diversas funciones, tales como controlar el actuador de orientación nativo 36.
[0029] En varios modos de realización, el controlador externo 106 puede incluir una arquitectura de actuador de frecuencia variable (VFD). En dichos modos de realización, el controlador externo 106 puede estar configurado para generar señales de control (por ejemplo, como se indica mediante las flechas 118) que tienen una pluralidad de tensiones y/o frecuencias. A este respecto, el controlador externo 106 puede ser compatible con turbinas eólicas y actuadores de orientación asociados que tienen tensiones y/o frecuencias de funcionamiento variables. Así pues, la arquitectura de VFD puede permitir un uso del sistema 100 con turbinas eólicas de diferentes tamaños, energías de salida, fabricantes y/o similares. En modos de realización alternativos, el controlador externo 106 puede no incluir una arquitectura de VFD.
[0030] El sistema 100 puede incluir además una fuente de alimentación 112 acoplada eléctricamente a uno o más componentes del sistema 100, tales como el sensor externo 102 y el controlador externo 16. Más específicamente, la fuente de alimentación 112 puede estar configurada para recibir energía eléctrica desde una fuente de energía adecuada (por ejemplo, como se indica mediante la flecha 114), tal como un generador portátil, una red eléctrica o la turbina eólica 10. La fuente de alimentación 112 puede estar configurada, pues, para convertir o modificar de otro modo la energía eléctrica proporcionada por la fuente de energía 114 en una forma adecuada para su uso por el sistema 100. Por ejemplo, la fuente de alimentación 112 puede convertir una energía de corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua para su uso por el controlador externo 106. Como se muestra, la fuente de alimentación 112 puede suministrar la energía eléctrica (por ejemplo, como se indica mediante las flechas 116) al sensor externo 102 y/o al controlador externo 106. Aunque la fuente de alimentación 112 que se ilustra proporciona energía eléctrica 116 directamente al sensor externo 102, el sensor externo 102 también puede recibir la energía eléctrica 116 desde el controlador externo 106. El controlador externo 106 también puede proporcionar energía eléctrica al actuador de orientación nativo 36 en forma de señales de control 118. Así pues, el sistema 100 puede manejar el actuador de orientación nativo 36 sin necesidad de energía del sistema de control nativo 50. En modos de realización alternativos, la fuente de alimentación 112 puede proporcionar la energía eléctrica 116 directamente al actuador de orientación nativo 36. Así pues, las señales de control 118 pueden accionar un relé o tiristor adecuado para controlar el suministro de energía eléctrica al actuador de orientación nativo 36. En otros modos de realización, el sistema 100 puede recibir energía eléctrica directamente desde la fuente de energía 114.
[0031] Además, el sistema 100 puede incluir una interfaz de usuario 120 acoplada comunicativamente al controlador externo 106. En general, la interfaz de usuario 120 puede estar configurada para permitir una interacción entre un usuario y el controlador externo 106. Por ejemplo, la interfaz de usuario 120 puede incluir uno o más dispositivos de entrada 122 (por ejemplo, pantallas táctiles, teclado, panel táctil, perillas, botones, deslizadores, pulsadores, un ratón, un micrófono, otras interfaces de hardware, etc.) configurados para recibir una entrada de usuario. La interfaz de usuario 120 puede transmitir a continuación la entrada de usuario al controlador externo 106 como señales de entrada de usuario (por ejemplo, como se indica mediante la flecha 124). Además, en algunos modos de realización, el controlador externo 106 puede proporcionar retroalimentación con respecto a diversas condiciones operativas y/o ambientales de la turbina eólica 10. En dichos casos, el controlador externo 106 puede transmitir señales de retroalimentación (por ejemplo, como se indica mediante la flecha 126) a la interfaz de usuario 120. A este respecto, la interfaz de usuario 120 puede incluir uno o más dispositivos de retroalimentación 128 (por ejemplo, pantallas de visualización, altavoces, luces de advertencia, etc.) que comunican la retroalimentación desde el controlador externo 106 al usuario. Los dispositivos de entrada y retroalimentación 122, 128 pueden estar integrados como un solo componente (por ejemplo, una pantalla táctil) o ser componentes separados y diferenciados (por ejemplo, un teclado y una pantalla de visualización). Sin embargo, en modos de realización alternativos, el sistema 100 puede no incluir la interfaz de usuario 120.
[0032] En varios modos de realización, el sistema 100 puede estar configurado en general para ser portátil. Por ejemplo, el controlador externo 106 y la interfaz de usuario 120 pueden estar configurados para ser subidos por la torre 12 y colocados dentro de la góndola 16 durante actividades de mantenimiento o reparación. En dichos modos de realización, un mazo de cables (no mostrado) puede acoplar de comunicativa y eléctricamente el controlador externo 106 con el actuador de orientación nativo 36. Por ejemplo, el mazo de cables puede incluir cables que se conectan con cada mecanismo de ajuste de orientación nativo 38 y con cada conjunto de freno nativo 48. Sin embargo, el controlador externo 106 y la interfaz de usuario 120 pueden estar configurados para su colocación en cualquier ubicación adecuada, tal como una ubicación en la superficie de apoyo 14. Además, como se muestra en la FIG. 5, el sensor externo 102 puede estar configurado para un montaje amovible en el exterior de la góndola 16. Sin embargo, en modos de realización alternativos, el sensor de velocidad de viento 104 se puede montar en cualquier ubicación adecuada, tal como una ubicación en la superficie de apoyo 14.
[0033] Como se menciona anteriormente, el sistema 100 está configurado para controlar el actuador de orientación nativo 36 de la turbina eólica 10 cuando el sistema de control nativo 50 está inoperativo. A este respecto, el sistema 100 puede controlar el ángulo de orientación de la turbina eólica 10 para evitar una carga aerodinámica no deseada en la góndola 16 durante períodos en los que el sistema de control nativo 50 no puede manejar el actuador de orientación nativo 36. Más específicamente, el controlador externo 106 puede estar configurado para controlar el actuador de orientación nativo 36 en base a unas señales de medición (por ejemplo,
como se indica mediante la flecha 130) recibidas desde el sensor externo 102. En algunos modos de realización, las señales de medición 130 pueden ser indicativas de las condiciones del viento experimentadas por la turbina eólica 10. El controlador externo 106 puede incluir una tabla de consulta o una fórmula matemática adecuada almacenada dentro de la memoria 110 que correlaciona las mediciones del sensor con un ángulo de orientación deseado. Cuando el ángulo de orientación deseado es diferente del ángulo de orientación actual, el controlador externo 106 está configurado para generar las señales de control 118 que controlan los diversos componentes del actuador de orientación nativo 36 para ajustar el ángulo de orientación actual de la turbina eólica 10 al ángulo de orientación deseado. Así pues, el controlador externo 106 puede estar configurado para transmitir las señales de control 118 a los mecanismos de ajuste de orientación 38 y/o los conjuntos de freno 48, que ejecutan el cambio deseado en el ángulo de orientación. Por ejemplo, el controlador 106 puede estar configurado para transmitir las señales de control 118 a los mecanismos de ajuste de orientación 38 para cambiar el ángulo de orientación de la góndola 16. Cuando el ángulo de orientación actual es el mismo que el ángulo de orientación deseado, el controlador externo 106 puede estar configurado para transmitir las señales de control 118 a los conjuntos de freno 48 para detener la rotación de la góndola 16. En algunos modos de realización, el sistema 100 puede incluir una banda muerta para una velocidad o dirección de viento de modo que el controlador externo 106 puede no accionar el actuador de orientación nativo 36 cuando la velocidad de viento o la dirección de viento están en la banda muerta.
[0034] En algunos modos de realización, el controlador externo 106 puede estar configurado para controlar el actuador de orientación nativo 36 en base a otros parámetros, tales como la ubicación del equipo de montaje o reparación (por ejemplo, grúas, cables de retención, etc.). Por ejemplo, el controlador externo 106 puede estar configurado para impedir que la góndola 16 entre en contacto con el equipo de montaje o reparación durante unos ajustes de ángulo de orientación. En dichos modos de realización, la ubicación del equipo se puede almacenar en la memoria 110 del controlador externo 106. Además, el controlador externo 106 puede estar configurado para impedir el funcionamiento de los mecanismos de ajuste de orientación 38 cuando los conjuntos de freno 48 están engranados.
[0035] El controlador externo 106 puede estar configurado para controlar el actuador de orientación nativo 36 en base a unas señales de entrada 124 recibidas desde la interfaz de usuario 120. Por ejemplo, el usuario puede introducir (por ejemplo, por medio del dispositivo de entrada 122) un ángulo de orientación deseado de la turbina eólica 10 en la interfaz de usuario 120. La interfaz de usuario 120 puede, a su vez, transmitir las señales de entrada 124 del usuario, que son indicativas del ángulo de orientación deseado, al controlador externo 106. El controlador externo 106 controla a continuación el actuador de orientación nativo 36 en consecuencia. Así pues, el usuario podría ajustar el ángulo de orientación de la turbina eólica 10 en una ubicación específica, tal como para alinearla con grúas u otro equipo de reparación. En dichos modos de realización, no es necesario mover el equipo para alinearlo con la góndola 16 porque la góndola 16 se puede mover para alinearse con el equipo.
[0036] En determinados modos de realización, el sistema 100 puede estar configurado para proporcionar retroalimentación (por ejemplo, por medio de las señales de retroalimentación 126 al dispositivo de retroalimentación 128) con respecto al funcionamiento del sistema 100, el funcionamiento de la turbina eólica 10 y/o el entorno que rodea a la turbina eólica 10. Por ejemplo, el sistema 100 puede estar configurado para alertar al usuario de forma audible o visual (por ejemplo, mediante luces de advertencia, alarmas, etc.) cuando se produce un error o fallo de sistema en el sistema 100 y/o la turbina eólica 10. Además, el sistema 100 puede proporcionar una indicación de diversos parámetros operativos actuales (por ejemplo, velocidad de viento, dirección de viento, ángulo de orientación, etc.) del sistema 100 y/o la turbina eólica 10. En modos de realización alternativos, el sistema 100 puede proporcionar cualquier forma adecuada de retroalimentación al usuario. En otros modos de realización, sin embargo, el sistema 100 puede no estar configurado para proporcionar retroalimentación al usuario.
[0037] En otros modos de realización, el sistema 100 puede estar configurado para proporcionar una funcionalidad adicional. Por ejemplo, el controlador externo 106 puede estar configurado para monitorizar las temperaturas de los diversos componentes del actuador de orientación nativo 36 en relación con un límite de temperatura. A este respecto, el controlador externo 106 también puede estar configurado para detener cualquier componente del actuador de orientación nativo 36 cuando su temperatura supera el límite de temperatura. Adicionalmente, el sistema 100 puede estar configurado para revertir el generador 24 cuando la turbina eólica 10 está inoperativa para evitar daños en los cables de alimentación internos. Más específicamente, en determinados casos, el viento puede hacer que la góndola 16 gire en relación con la torre 12. Cuando la góndola 16 gira en relación con la góndola más de un número predeterminado de revoluciones consecutivas (por ejemplo, tres revoluciones) en una dirección (por ejemplo, en sentido horario o antihorario), el controlador externo 106 puede estar configurado para hacer girar la góndola 16 en la dirección opuesta para revertir la góndola 16.
[0038] En esta descripción escrita se usan ejemplos para divulgar la tecnología, que incluyen el mejor modo preferente, y también para permitir que cualquier experto en la técnica lleve a la práctica la tecnología, lo que incluye fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Una turbina eólica (10), que comprende:
una torre (12);
una góndola (16) montada encima de la torre (12);
un rotor (18) acoplado de forma rotatoria a la góndola (16), comprendiendo el rotor (18) al menos una pala de rotor (22);
un actuador de orientación (36) para ajustar un ángulo de orientación de la góndola (16);
un sistema de control de actuador de orientación nativo (50) que incluye uno o más sensores nativos (52) para detectar uno o más parámetros indicativos de una condición de viento y un controlador nativo (56) acoplado comunicativamente al actuador de orientación nativo (36) y el uno o más sensores nativos (52); y
un sistema (100) configurado para controlar el actuador de orientación (36) de la turbina eólica (10) cuando el sistema de control de actuador de orientación nativo (50) está inoperativo, comprendiendo el sistema (100):
un sensor externo (102) configurado para detectar un parámetro indicativo de una condición de viento experimentada por la turbina eólica (10); y,
un controlador externo (106) acoplado comunicativamente al sensor externo (102), estando configurado el controlador externo (106) para controlar el actuador de orientación (36) en base a unas señales de medición (130) recibidas desde el sensor externo (102),
en la que el sensor externo (102) y el controlador externo (106) están aislados eléctricamente del sistema de control de actuador de orientación nativo (50).
2. La turbina eólica (10) de la reivindicación 1, en la que el sistema (100) comprende además:
una fuente de alimentación (112) configurada para proporcionar energía a al menos uno del sensor externo (102), el controlador externo (106), o el actuador de orientación (36), estando la fuente de alimentación (112) aislada eléctricamente del sistema de control de actuador de orientación nativo (50).
3. La turbina eólica (10) de
cualquier reivindicación precedente, en la que el sistema (100) comprende además:
una interfaz de usuario (120) acoplada comunicativamente al controlador externo (106).
4. La turbina eólica (10) de la reivindicación 3, en la que el controlador externo (106) está configurado para controlar el actuador de orientación (36) en base a unas señales de entrada (124) recibidas desde la interfaz de usuario (120).
5. La turbina eólica (10) de cualquier reivindicación precedente, en la que el controlador externo (106) está configurado para controlar uno o más mecanismos de ajuste de orientación (38) del actuador de orientación (36) en base a unas señales de medición (130) recibidas desde el sensor externo (102).
6. La turbina eólica (10) de cualquier reivindicación precedente, en la que el controlador externo (106) está configurado para controlar uno o más frenos de orientación (48) del actuador de orientación (36) en base a unas señales de medición (130) recibidas desde el sensor externo (102).
7. La turbina eólica (10) de cualquier reivindicación precedente, en la que el controlador externo (106) comprende una arquitectura de actuador de frecuencia variable.
8. La turbina eólica (10) de la reivindicación 7, en la que el controlador externo (106) está configurado para generar señales de control (118) que tienen una pluralidad de frecuencias o tensiones.
9. La turbina eólica (10) de cualquier reivindicación precedente, en la que el controlador externo (106) está configurado para controlar el actuador de orientación (36) en base a una ubicación de un equipo de montaje o reparación.
10. La turbina eólica (10) de cualquier reivindicación precedente, en la que la condición de viento es una dirección de viento o una velocidad de viento.
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