ES2899573T3 - Método y dispositivo de control para evitar embalamiento y turbina eólica - Google Patents

Método y dispositivo de control para evitar embalamiento y turbina eólica Download PDF

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Abstract

Método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica, que comprende: determinar si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no; si el sistema de freno ha fallado, calcular una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, y posibilitar que un sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial; realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante un proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo; determinar si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo; y si la dirección de viento tiene un cambio repentino, calcular una nueva posición de viento transversal basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y posibilitar que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la nueva posición de viento transversal.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y dispositivo de control para evitar embalamiento y turbina eólica
Campo
La presente divulgación se refiere al campo de la tecnología de la generación de energía eólica y, en particular, a un método y dispositivo de control para evitar embalamientos, y una turbina eólica.
Antecedentes
Con el fin de proteger el funcionamiento seguro de una turbina eólica, cuando falla la turbina eólica, es necesario realizar un procesamiento de parada de emergencia (es decir, frenado de emergencia) a la turbina eólica usando un sistema de freno. En la actualidad, esquemas de freno para el sistema de freno incluyen principalmente un esquema de freno neumático, un esquema de freno mecánico o una combinación de ambos. Entre ellos, el esquema de freno neumático se aplica a una turbina eólica con un sistema de paso para palas, en el que la energía eólica capturada por las palas se minimiza accionando de manera independiente cada pala para alcanzar una posición en bandolera. El esquema de freno mecánico actúa sobre un mecanismo de transmisión de un impulsor, en el que el impulsor se ve obligado a frenar completamente utilizando un efecto de amortiguación de alta fricción mecánica de un dispositivo de freno mecánico (por ejemplo, un disco de freno).
Sin embargo, teniendo en cuenta incertidumbres tales como la fiabilidad del equipo y la adaptabilidad al entorno, el sistema de freno todavía tiene una posibilidad de fallo general. Después del fallo general del sistema de freno, la velocidad de rotación de la turbina eólica no puede controlarse de manera efectiva, y al final se producirá un fallo de embalamiento. Un fallo de embalamiento puede provocar fácilmente accidentes tales como producir fuego por fricción de un disco de freno, provocando daños graves a la turbina eólica.
El documento WO 2010/130057 A2 da a conocer métodos y aparatos para el control de una turbina eólica. Un sistema para controlar las RPM de una turbina eólica usa inversores para extraer corriente de la turbina eólica, ralentizando de ese modo la velocidad de rotación de las palas de turbina eólica. El documento CN 104 314 759 A pertenece al campo técnico del control de sistema de generación de viento y se refiere particularmente a un método de control de guiñada automático basado en filtrado ponderado de dirección de viento para un conjunto de generación de viento. El documento CN 102619688 A da a conocer un método de control de freno de sistema de generador de turbina eólica, que incluye las siguientes etapas: una primera etapa, cuando se recibe la instrucción de detención enviada por un sistema de control principal de turbina eólica, se inicia un freno neumático, y se lleva a cabo una segunda etapa. La segunda etapa, si el tipo de instrucción de detención es detención para mantenimiento, entonces se lleva a cabo una tercera etapa, o si no se lleva a cabo una cuarta etapa. En la tercera etapa, se activa un freno mecánico, y entonces se lleva a cabo la cuarta etapa. En la cuarta etapa, se termina todo el proceso de ejecución de detención. El documento JP 2008309097 A da a conocer un método de control de molino de viento para un equipo de generación de energía eólica y un molino de viento que comprende: una pala que atrapa la energía eólica y que rota; un medio que dirige la dirección de un eje perpendicularmente con respecto al plano de rotación de la pala, estando situados los medios contra el viento; y un medio de detección que detecta el viento de turbulencia del viento, y controla para compensar la dirección del eje mediante solo en un ángulo predeterminado contra el viento cuando se detecta turbulencia.
Sumario
Las realizaciones de la presente divulgación proporcionan un método y dispositivo de control para evitar embalamientos, y una turbina eólica, que puede realizar una operación de parada de la turbina eólica después del fallo general de un sistema de freno de la turbina eólica, evitando de ese modo la aparición de un fallo de embalamiento.
Según un primer aspecto de las realizaciones de la presente divulgación, se proporciona un método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica que incluye: determinar si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no; si el sistema de freno ha fallado, calcular una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, y posibilitar que un sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial; realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante un proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo; determinar si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo; y si la dirección de viento tiene un cambio repentino, calcular una nueva posición de viento transversal basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y posibilitar que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la nueva posición de viento transversal.
Según un segundo aspecto de las realizaciones de la presente divulgación, se proporciona un dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica que incluye: un primer módulo de determinación configurado para determinar si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no; un primer módulo de ejecución configurado para: si el sistema de freno ha fallado, calcular una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, y posibilitar que un sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basada en la posición de viento transversal inicial; un módulo de cálculo configurado para: realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante un proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo; un segundo módulo de determinación configurado para determinar si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo; y un segundo módulo de ejecución configurado para: si la dirección de viento tiene un cambio repentino, calcular una nueva posición de viento transversal basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y posibilitar que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la nueva posición de viento transversal.
Según un tercer aspecto de las realizaciones de la presente divulgación, se proporciona una turbina eólica que incluye el dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica como se describió anteriormente.
Según realizaciones de la presente divulgación, con el fin de evitar la aparición de un fallo de embalamiento, se determina en primer lugar si un sistema de freno de una turbina eólica ha fallado o no. Si el sistema de frenado ha fallado, se calcula una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, de modo que un sistema de guiñada de la turbina eólica puede realizar una operación de viento transversal en un impulsor basándose en la posición de viento transversal inicial. Dado que la energía eólica capturada puede reducirse después de realizar la operación de viento transversal, y puede reducirse así la velocidad de rotación de la turbina eólica, puede evitarse, por tanto, la aparición de un fallo de embalamiento.
Además, considerando que la dirección de viento cambia constantemente durante un proceso de viento transversal, también es posible realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante el proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo. Entonces se determina si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo. Si la dirección de viento tiene un cambio repentino, se calcula una posición de viento transversal actualizada basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y se posibilita que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal actualizada. De esta manera, la operación de viento transversal puede mantenerse consistente con la dirección de viento. Por ejemplo, cuando la dirección de viento cambia mucho, la operación de viento transversal del sistema de guiñada puede ajustarse a tiempo para mejorar la velocidad de respuesta de dirección de viento y la adaptabilidad ambiental del sistema de guiñada.
Además, dado que el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica en las realizaciones de la presente divulgación puede determinar activamente si el sistema de freno de la turbina eólica ha fallado, y puede entrar automáticamente en un proceso de viento transversal basándose en el resultado de la determinación. Por lo tanto, en comparación con la activación de la operación de viento transversal del sistema de guiñada artificialmente, por un lado, el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica tiene ventajas de alta prontitud y alta precisión. Por otro lado, puede evitar riesgos para la salud laboral para el personal de mantenimiento, especialmente siendo capaz de realizar un mantenimiento nocturno automático en lugar de un ser humano. Como tal, se garantiza que se complete una función de viento transversal a largo plazo, impidiendo de ese modo un fallo de viento transversal provocado por factores tales como cables retorcidos, cambios lentos en la dirección de viento y cambios repentinos en la dirección de viento.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de un método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según una realización de la presente divulgación;
la figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de coordenadas cartesianas en el que una dirección de viento es la referencia 0° según una realización de la presente divulgación;
la figura 3 es un diagrama de flujo esquemático de un método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según otra realización de la presente divulgación;
la figura 4 es un diagrama de flujo esquemático de un método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según otra realización más de la presente divulgación;
la figura 5 es un diagrama estructural esquemático de un dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según una realización de la presente divulgación.
Descripción detallada
Las características y realizaciones a modo de ejemplo de diversos aspectos de la presente divulgación se describirán en detalle a continuación. En la siguiente descripción detallada, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de la presente divulgación.
Realizaciones de la presente divulgación proporcionan un método y dispositivo de control para evitar embalamientos, y una turbina eólica. Al adoptar la solución técnica en las realizaciones de la presente divulgación, después del fallo general de un sistema de freno de la turbina eólica, puede realizarse una operación de parada de la turbina eólica. Es decir, esta solución técnica puede usarse como una defensa adicional después de que el sistema de freno falle, evitando así la aparición de un fallo de embalamiento.
En general, se proporciona un sistema de guiñada en una turbina eólica. Dependiendo de un propósito de implementación, el sistema de guiñada puede realizar una operación de barlovento y una operación de viento transversal.
Cuando el sistema de guiñada realiza la operación de barlovento, un plano de rotación de un impulsor se ajusta para que sea perpendicular con respecto a una dirección de viento, de modo que el impulsor pueda capturar la energía eólica maximizada.
Cuando el sistema de guiñada realiza la operación de viento transversal, el plano de rotación del impulsor se ajusta para que sea paralelo con respecto a la dirección de viento, es decir, un ángulo entre una dirección de la góndola y la dirección de viento se ajusta a casi 90°, de modo que se reduce la energía eólica que el impulsor puede capturar, reduciendo de ese modo la velocidad de rotación de la turbina eólica. Cuando el plano de rotación del impulsor es completamente paralelo a la dirección de viento, la velocidad de rotación de la turbina eólica se reduce a 0, para lograr el propósito de apagar la turbina eólica.
Con este principio, después del fallo general del sistema de freno de la turbina eólica, el plano de rotación del impulsor se ajusta para que sea completamente paralelo con respecto a la dirección de viento activando una función de viento transversal del sistema de guiñada, para lograr el propósito de reducir la velocidad de rotación de la turbina eólica y evitar un fallo de embalamiento.
La figura 1 es un diagrama de flujo esquemático de un método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según una realización de la presente divulgación. Como se muestra en la figura 1, el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica puede incluir las etapas 101 a 105.
En la etapa 101, se determina si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no.
En una realización alternativa, se determina si el sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no determinando si el sistema de freno frena al menos dos palas a una posición predeterminada correspondiente dentro de un primer período de tiempo predeterminado t1 después de recibir una instrucción de parada. Se determina que el sistema de freno ha fallado, si el sistema de freno no puede frenar las al menos dos palas a la posición predeterminada correspondiente dentro del primer período de tiempo predeterminado t1 después de recibir la instrucción de parada.
La posición predeterminada puede referirse a una posición de freno de paso variable, y el frenado de paso variable puede referirse a realizar una operación en bandolera a lo largo de un plano paralelo a un plano de una rueda eólica para ajustar una posición de una pala desde una superficie de barlovento hasta una posición donde un ángulo entre la posición y el plano de la rueda eólica es 90°, para reducir la capacidad de capturar energía eólica.
En una realización alternativa, también puede determinarse si el sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no determinando si el sistema de freno reduce una velocidad de rotación de la turbina eólica a una velocidad de rotación predeterminada dentro de un segundo período de tiempo predeterminado t2 después de recibir la instrucción de parada. Se determina que el sistema de freno ha fallado, si el sistema de freno no logra reducir la velocidad de rotación de la turbina eólica a la velocidad de rotación predeterminada dentro del segundo período de tiempo predeterminado t2 después de recibir la instrucción de parada.
Cabe señalar que, dado que una posición después del frenado y una velocidad de rotación después del frenado son dos indicadores independientes, los métodos anteriores para determinar si el sistema de freno ha fallado o no basándose en una posición predeterminada y una velocidad de rotación predeterminada se realizan por separado. Se determina que el sistema de freno ha fallado siempre que se cumpla una cualquiera de las condiciones.
En la etapa 102, si el sistema de freno ha fallado, se calcula una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, y se posibilita que un sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial.
Una posición de viento transversal es un concepto relativo, y se determina en función de la dirección de viento, es decir, la posición de viento transversal puede cambiar a medida que cambia la dirección de viento.
La figura 2 es un diagrama esquemático de un sistema de coordenadas cartesianas en el que una dirección de viento es la referencia 0° según una realización de la presente divulgación, en la que la dirección de viento está representada por B.
En una realización alternativa, un intervalo de ángulo de [80°, 100°] y [260°, 280°] con respecto a la dirección de viento B se usa como el intervalo de posición de viento transversal definido por la dirección de viento actual B, aunque el ángulo entre la dirección de góndola y la dirección de viento B se encuentre dentro de [80, 100] y [260, 280].
En una realización alternativa, la posición de viento transversal también puede obtenerse basándose en un método para simular una carga de funcionamiento del impulsor.
En la etapa 103, se realiza un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante un proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y se realiza un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo.
El procesamiento de filtro de período largo es adecuado para la guiñada en el caso de una dirección de viento relativamente estable. Por ejemplo, el procesamiento de filtro de período largo se realiza en datos de dirección de viento adquiridos basándose en una estrategia de ponderación de 30 s.
El procesamiento de filtrado de período corto se usa para una detección de cambio repentino en la dirección de viento. Por ejemplo, el procesamiento de filtro de período corto se realiza en los datos de dirección de viento adquiridos basándose en una estrategia de ponderación de 5 s. Métodos de procesamiento de filtro basados en la estrategia de ponderación pueden referirse a la técnica anterior, y no se describirán detalles en el presente documento.
En la etapa 104, se determina si la dirección de viento tiene o no un cambio repentino en función del ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo.
En una realización alternativa, se calcula una diferencia entre el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo. Se determina que la dirección de viento tiene un cambio repentino si la diferencia es mayor que un umbral preestablecido, y se determina que la dirección de viento es relativamente estable si la diferencia no es mayor que el umbral preestablecido.
En una realización alternativa, también puede optimizarse el ángulo de dirección de viento promedio o el ángulo de dirección de viento instantáneo (por ejemplo, multiplicando por algunas constantes o realizando algún procesamiento de datos común) basándose en una situación real, de modo que el ángulo de dirección de viento promedio calculado y el ángulo de dirección de viento instantáneo se usan para determinar con precisión un cambio repentino en la dirección de viento.
En la etapa 105, si la dirección de viento tiene un cambio repentino, se calcula una nueva posición de viento transversal basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y se posibilita que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la nueva posición de viento transversal.
Según una realización de la presente divulgación, con el fin de evitar la aparición de un fallo de embalamiento, se determina en primer lugar si un sistema de freno de una turbina eólica ha fallado o no. Si el sistema de freno ha fallado, se calcula una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, de modo que un sistema de guiñada de la turbina eólica pueda realizar una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial. Dado que la energía eólica capturada puede reducirse después de realizar la operación de viento transversal, y puede reducirse así la velocidad de rotación de la turbina eólica, por tanto puede evitarse la aparición de un fallo de embalamiento.
Además, considerando que la dirección de viento cambia constantemente durante un proceso de viento transversal, también es posible realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante el proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo. Entonces se determina si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo. Si la dirección de viento tiene un cambio repentino, se calcula una posición de viento transversal actualizada basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y se posibilita que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal actualizada. De esta manera, la operación de viento transversal puede mantenerse consistente con la dirección de viento. Por ejemplo, cuando la dirección de viento cambia mucho, la operación de viento transversal del sistema de guiñada puede ajustarse a tiempo para mejorar la velocidad de respuesta de dirección de viento y la adaptabilidad ambiental del sistema de guiñada.
Además, dado que el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica en las realizaciones de la presente divulgación puede determinar activamente si el sistema de freno de la turbina eólica ha fallado, y puede entrar automáticamente en un proceso de viento transversal basándose en el resultado de determinación. Por lo tanto, en comparación con la activación artificialmente de la operación de viento transversal del sistema de guiñada, por un lado, el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica tiene ventajas de alta prontitud y alta precisión. Por otro lado, puede evitar riesgos para la salud laboral para el personal de mantenimiento, especialmente siendo capaz de realizar un mantenimiento nocturno automático en lugar de un ser humano. Como tal, se garantiza que se complete una función de viento transversal a largo plazo, impidiendo de ese modo un fallo de viento transversal provocado por factores tales como cables retorcidos, cambios lentos en la dirección de viento y cambios repentinos en la dirección de viento.
Además, dado que el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica en realizaciones de la presente divulgación no necesita añadir un nuevo dispositivo de hardware, y puede adoptar una manera de implementación de una estrategia de control de software, y, por lo tanto, el método tiene ventajas de bajo coste y es fácil de popularizar.
Además, considerando que un cable que conecta una góndola y una parte inferior de una torre está dispuesto en un alojamiento de góndola de la turbina eólica, el cable puede retorcerse con el sistema de guiñada con respecto a su estado recto, por ejemplo, una o más vueltas. Por lo tanto, el sistema de guiñada también debe cumplir un requisito de evitación de riesgo para un cable retorcido cuando se realiza una operación de viento transversal.
En una realización alternativa, cuando se realiza una operación de viento transversal del sistema de guiñada, también puede adquirirse un sentido de desenrollado del cable, y se posibilita que el sistema de guiñada realice la operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado para ajustar la dirección de la góndola con respecto a la posición de viento transversal inicial, para reservar más ángulos de torsión para el cable durante un proceso continuo de viento transversal.
Como ejemplo, si un sentido de torsión del cable es en el sentido de las agujas del reloj, entonces el sentido de desenrollado debe ser en el sentido contrario a las agujas del reloj, y si el sentido de torsión del cable es en el sentido contrario a las agujas del reloj, entonces el sentido de desenrollado debe ser en el sentido de las agujas del reloj.
La figura 3 es un diagrama de flujo esquemático de un método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según otra realización de la presente divulgación. Como se muestra en la figura 3, el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica puede incluir además las etapas 301 a 305, para proteger un cable en un caso en el que el sistema de guiñada realiza continuamente una operación de viento transversal, para evitar un fallo de la turbina eólica provocado por una superación de límite de un ángulo de torsión del cable.
En la etapa 301, el ángulo de torsión del cable se adquiere durante un proceso de viento transversal actual.
En la etapa 302, se determina si el ángulo de torsión es mayor o igual que un ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que un ángulo de torsión seguro predeterminado.
En la etapa 303, si el ángulo de torsión es mayor o igual que el ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que el ángulo de torsión seguro predeterminado, se suspende la realización de una próxima operación de viento transversal después de que finalice el proceso de viento transversal actual, y se posibilita que el sistema de guiñada reanude la realización de la próxima operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado del cable cuando un ángulo entre una dirección de viento actual y la dirección de góndola pasa a ser menor que un ángulo crítico predeterminado.
Cada posición de viento transversal puede corresponder a una operación de viento transversal. Si el ángulo de torsión es mayor o igual que el ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que el ángulo de torsión seguro predeterminado, puede indicar que después de realizar una operación de viento transversal por el sistema de guiñada, se ha alcanzado el ángulo de torsión permisible del cable, pero el ángulo de torsión seguro del cable (es decir, un valor de protección de cable enrollado que se establece por un sistema de seguridad de la turbina eólica) no se ha excedido.
En el presente documento, el ángulo de torsión del cable es un concepto absoluto. Una posición en la que el cable está en un estado recto se considera como referencia 0°, y la posición de la referencia 0° se determina mediante un proceso de elevación de la turbina eólica. En un ejemplo, el ángulo de torsión permisible predeterminado se establece en 800°, y el ángulo de torsión seguro predeterminado se establece en 900°. Los expertos en la técnica pueden establecer un ángulo de torsión permisible predeterminado adecuado y un ángulo de torsión seguro predeterminado basándose en una situación real, y en este aspecto no hay límite en este caso.
En una realización alternativa, un ángulo entre la dirección de viento y la dirección de la góndola cuando la velocidad de rotación de la turbina eólica está acelerando se considera como un ángulo crítico predeterminado. Dado que cuando el ángulo entre la dirección de viento actual y la dirección de la góndola es menor que el ángulo crítico predeterminado, el impulsor de la turbina eólica está en un estado de barlovento, y, por lo tanto, la capacidad de capturar energía eólica es fuerte, lo que puede hacer que la velocidad de rotación de la turbina eólica se acelere fácilmente. Por lo tanto, se posibilita que el sistema de guiñada reanude la realización de la próxima operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado actual, para impedir que la turbina eólica provoque un fallo de embalamiento debido a la aceleración de la velocidad de rotación. A continuación, considerando que el sistema de guiñada puede recibir continuamente otras instrucciones de guiñada durante la realización de una operación de viento transversal, con el fin de evitar un conflicto de ejecución de instrucción e impedir con éxito un fallo de embalamiento, el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica en realizaciones de la presente divulgación puede incluir además los siguientes contenidos.
En una realización alternativa, si el sistema de guiñada recibe otras instrucciones de guiñada automáticas que no están relacionadas con una operación de viento transversal durante el proceso de viento transversal actual, las otras instrucciones de guiñada automáticas que no están relacionadas con la operación de viento transversal están deshabilitadas, y el sistema de guiñada se controla para continuar realizando una operación de viento transversal actual.
Otras instrucciones de guiñada que no están relacionadas con una operación de viento transversal pueden incluir: una instrucción de guiñada de barlovento, una instrucción de guiñada de desenrollado y una instrucción de guiñada de lubricación, que son instrucciones de operación comunes en el campo de la generación de energía eólica.
En una realización alternativa, si el sistema de guiñada recibe una instrucción de guiñada manual durante el proceso de viento transversal actual, se termina la operación de viento transversal actual, y se controla el sistema de guiñada para realizar la próxima operación de viento transversal basándose en la instrucción de guiñada manual.
En este caso, la instrucción de guiñada manual es una instrucción de guiñada local manual o una instrucción remota de guiñada, y la diferencia entre ellas es que el emisor es diferente.
La figura 4 es un diagrama de flujo esquemático de un método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según otra realización más de la presente divulgación, que se usa para ilustrar el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica en realizaciones de la presente divulgación en detalle por medio de un ejemplo. Como se muestra en la figura 4, el método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica en este ejemplo puede incluir las etapas 401 a 413.
En la etapa 401, se determina si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no. Si el sistema de freno de la turbina eólica ha fallado, entonces el método puede avanzar a la etapa 402, y si el sistema de freno de la turbina eólica no ha fallado, entonces el método puede retornar a la etapa 401.
En la etapa 402, se alerta del accidente de fallo del sistema de freno y se activa un elemento indicador de viento transversal de guiñada de un sistema de guiñada. La información de alerta y la información de activación del elemento indicador de viento transversal de guiñada se cargan en un sistema de monitorización remoto.
En la etapa 403, se determina una posición de viento transversal basándose en una dirección de viento actual.
En la etapa 404, se realiza una operación de viento transversal a lo largo de un sentido de desenrollado de un cable para ajustar una dirección de la góndola con respecto a la posición de viento transversal.
En la etapa 405, se determina si un ángulo de torsión del cable es mayor o igual que un ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que un ángulo de torsión seguro predeterminado. Si el ángulo de torsión del cable es mayor o igual que el ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que el ángulo de torsión seguro predeterminado, entonces el método puede avanzar a la etapa 406, de lo contrario, el método puede retornar a la etapa 405.
En la etapa 406, se continúa la realización de una operación de viento transversal actual, y se suspende la realización de una próxima operación de viento transversal.
En la etapa 407, se determina si un ángulo entre una dirección de viento y la dirección de la góndola es menor que un ángulo crítico predeterminado. Si el ángulo entre la dirección de viento y la dirección de la góndola es menor que el ángulo crítico predeterminado, entonces el método puede avanzar a la etapa 408, y si el ángulo entre la dirección de viento y la dirección de la góndola no es menor que el ángulo crítico predeterminado, entonces el método puede retornar a la etapa 407.
En la etapa 408, la realización de la siguiente operación de viento transversal se reanuda en un sentido de desenrollado actual del cable.
En la etapa 409, se determina si la dirección de viento tiene o no un cambio repentino durante un proceso de viento transversal. Si la dirección de viento tiene un cambio repentino durante el proceso de viento transversal, entonces el método puede avanzar a la etapa 410, y si la dirección de viento no tiene un cambio repentino durante el proceso de viento transversal, entonces el método puede avanzar a la etapa 411.
En la etapa 410, se calcula una posición de viento transversal basándose en un ángulo de dirección de viento promedio, y entonces el método puede volver a la etapa 404.
En la etapa 411, se calcula una posición de viento transversal usando un ángulo de dirección de viento instantáneo, y entonces el método puede volver a la etapa 404.
En la etapa 412, se determina si se recibe una instrucción de guiñada manual durante el proceso de viento transversal. Si se recibe una instrucción de guiñada manual durante el proceso de viento transversal, entonces el método puede avanzar a la etapa 413, y si no se recibe ninguna instrucción de guiñada manual durante el proceso de viento transversal, entonces el método puede retornar a la etapa 405.
En la etapa 413, se termina la operación de viento transversal actual, y se realiza una operación de guiñada basándose en la instrucción de guiñada manual.
La figura 5 es un diagrama estructural esquemático de un dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según una realización de la presente divulgación. Como se muestra en la figura 5, el dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica puede incluir un primer módulo de determinación 501, un primer módulo de ejecución 502, un módulo de cálculo 503, un segundo módulo de determinación 504 y un segundo módulo de ejecución 505.
El primer módulo de determinación 501 está configurado para determinar si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no.
El primer módulo de ejecución 502 está configurado para: si el sistema de freno ha fallado, calcular una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, y posibilitar que un sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial.
En una realización alternativa, el primer módulo de ejecución 502 puede incluir una unidad de adquisición y una unidad de ejecución. La unidad de adquisición está configurada para obtener un sentido de desenrollado de un cable. La unidad de ejecución está configurada para posibilitar que el sistema de guiñada realice la operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado para ajustar una dirección de la góndola con respecto a la posición de viento transversal inicial.
El módulo de cálculo 503 está configurado para: realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante un proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo.
El segundo módulo de determinación 504 está configurado para determinar si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo.
En una realización alternativa, el segundo módulo de determinación 504 puede incluir una unidad de cálculo y una unidad de determinación. La unidad de cálculo está configurada para calcular una diferencia entre el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo. La unidad de determinación está configurada para determinar que la dirección de viento tiene un cambio repentino si la diferencia es mayor que un umbral preestablecido.
El segundo módulo de ejecución 505 está configurado para: si la dirección de viento tiene un cambio repentino, calcular una nueva posición de viento transversal basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y posibilitar que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la nueva posición de viento transversal.
En una realización alternativa, como se muestra en la figura 5, el dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica puede incluir además un módulo de adquisición 506, un tercer módulo de determinación 507 y un tercer módulo de ejecución 508.
El módulo de adquisición 506 está configurado para obtener un ángulo de torsión del cable durante un proceso de viento transversal actual.
El tercer módulo de determinación 507 está configurado para determinar si el ángulo de torsión es mayor o igual que un ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que un ángulo de torsión seguro predeterminado.
El tercer módulo de ejecución 508 está configurado para: si el ángulo de torsión es mayor o igual que el ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que el ángulo de torsión seguro predeterminado, suspender la realización de una próxima operación de viento transversal después de que finalice el proceso de viento transversal actual, y posibilitar que el sistema de guiñada reanude la realización de la próxima operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado del cable cuando un ángulo entre una dirección de viento actual y la dirección de la góndola pasa a ser menor que un ángulo crítico predeterminado.
Cabe señalar que, el dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica descrito anteriormente está integrado en un controlador principal de la turbina eólica, o es un componente capaz de realizar una operación lógica de forma independiente, y en este aspecto no hay límite en este caso.
Realizaciones de la presente divulgación también pueden proporcionar una turbina eólica, que puede incluir el dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica descrito anteriormente.
También debe tenerse en cuenta que, bloques funcionales mostrados en los diagramas de estructura descritos anteriormente se implementan como hardware, software, firmware, o una combinación de los mismos. Cuando se implementa en hardware, puede ser, por ejemplo, un circuito electrónico, un circuito integrado para aplicaciones específicas (ASIC), firmware adecuado, un complemento, una tarjeta de función, y similares. Cuando se implementa en software, elementos en realizaciones de la presente divulgación son un programa o un segmento de código que puede usarse para realizar una tarea requerida. El programa o segmento de código se almacena en un medio legible por máquina, o se transmite a través de un medio de transmisión o enlace de comunicación a través de una señal de datos transportada en un portador. Un “medio legible por máquina” puede incluir cualquier medio capaz de almacenar o transferir información. Ejemplos de un medio legible por máquina pueden incluir un circuito electrónico, un dispositivo de memoria de semiconductor, una ROM, una memoria flash, una ROM borrable (PROM), un disquete, un CD-ROM, un disco óptico, un disco duro, un medio de fibra óptica, un enlace de radiofrecuencia (RF), y similares. El segmento de código se descarga a través de una red informática tal como Internet, una intranet, y similares.
El alcance de protección está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método de control para evitar un embalamiento de turbina eólica, que comprende:
    determinar si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no;
    si el sistema de freno ha fallado, calcular una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, y posibilitar que un sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial;
    realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante un proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo;
    determinar si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo; y
    si la dirección de viento tiene un cambio repentino, calcular una nueva posición de viento transversal basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y posibilitar que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la nueva posición de viento transversal.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que la determinación de si la dirección de viento tiene un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo comprende:
    calcular una diferencia entre el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo; y
    determinar que la dirección de viento tiene un cambio repentino si la diferencia es mayor que un umbral preestablecido.
  3. 3. Método según la reivindicación 1, en el que un cable está dispuesto en una alojamiento de góndola de la turbina eólica, y posibilitar que el sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial comprende:
    adquirir un sentido de desenrollado del cable; y
    posibilitar que el sistema de guiñada realice la operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado para ajustar una dirección de góndola con respecto a la posición de viento transversal inicial.
  4. 4. Método según la reivindicación 3, en el que el método comprende además:
    adquirir un ángulo de torsión del cable durante un proceso de viento transversal actual;
    determinar si el ángulo de torsión es mayor o igual que un ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que un ángulo de torsión seguro predeterminado;
    si el ángulo de torsión es mayor o igual que el ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que el ángulo de torsión seguro predeterminado, suspender la realización de una próxima operación de viento transversal después de que finalice el proceso de viento transversal actual, y posibilitar que el sistema de guiñada reanude la realización de la próxima operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado del cable cuando un ángulo entre una dirección de viento actual y la dirección de góndola pasa a ser menor que un ángulo crítico predeterminado.
  5. 5. Método según la reivindicación 1, en el que la determinación de si el sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no comprende:
    determinar si el sistema de freno frena al menos dos palas a una posición predeterminada correspondiente dentro de un primer período de tiempo predeterminado después de recibir una instrucción de parada, y determinar que el sistema de freno ha fallado, si el sistema de freno falla al frenar las al menos dos palas a la posición predeterminada correspondiente dentro del primer período de tiempo predeterminado después de recibir la instrucción de parada; o
    determinar si el sistema de freno reduce una velocidad de rotación de la turbina eólica a una velocidad de rotación predeterminada dentro de un segundo período de tiempo predeterminado después de recibir la instrucción de parada, y
    determinar que el sistema de freno ha fallado, si el sistema de freno falla al reducir la velocidad de rotación de la turbina eólica a la velocidad de rotación predeterminada dentro del segundo período de tiempo predeterminado después de recibir la instrucción de parada.
  6. 6. Método según la reivindicación 1, en el que el método comprende además:
    si el sistema de guiñada recibe otras instrucciones de guiñada automáticas que no están relacionadas con una operación de viento transversal durante un proceso de viento transversal actual, deshabilitar las otras instrucciones de guiñada automáticas que no están relacionadas con la operación de viento transversal, y controlar el sistema de guiñada para continuar realizando una operación de viento transversal actual; si el sistema de guiñada recibe una instrucción de guiñada manual durante el proceso de viento transversal actual, finalizar la operación de viento transversal actual, y controlar el sistema de guiñada para realizar una próxima operación de viento transversal basándose en la instrucción de guiñada manual.
  7. 7. Dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica, que comprende:
    un primer módulo de determinación configurado para determinar si un sistema de freno de la turbina eólica ha fallado o no;
    un primer módulo de ejecución configurado para: si el sistema de freno ha fallado, calcular una posición de viento transversal inicial basándose en un ángulo de dirección de viento actual, y posibilitar que un sistema de guiñada de la turbina eólica realice una operación de viento transversal basándose en la posición de viento transversal inicial;
    un módulo de cálculo configurado para: realizar un procesamiento de filtro de período largo en datos de dirección de viento adquiridos durante un proceso de viento transversal para obtener un ángulo de dirección de viento promedio, y realizar un procesamiento de filtro de período corto en los datos de dirección de viento para obtener un ángulo de dirección de viento instantáneo;
    un segundo módulo de determinación configurado para determinar si una dirección de viento tiene o no un cambio repentino basándose en el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo; y
    un segundo módulo de ejecución configurado para: si la dirección de viento tiene un cambio repentino, calcular una nueva posición de viento transversal basándose en el ángulo de dirección de viento promedio, y posibilitar que el sistema de guiñada realice una operación de viento transversal basándose en la nueva posición de viento transversal.
  8. 8. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que el segundo módulo de determinación comprende:
    una unidad de cálculo configurada para calcular una diferencia entre el ángulo de dirección de viento promedio y el ángulo de dirección de viento instantáneo;
    una unidad de determinación configurada para determinar que la dirección de viento tiene un cambio repentino si la diferencia es mayor que un umbral preestablecido.
  9. 9. Dispositivo según la reivindicación 7, en el que un cable está dispuesto en un alojamiento de góndola de la turbina eólica, y el primer módulo de ejecución comprende:
    una unidad de adquisición configurada para adquirir un sentido de desenrollado del cable;
    una unidad de ejecución configurada para posibilitar que el sistema de guiñada realice la operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado para ajustar una dirección de góndola con respecto a la posición de viento transversal inicial.
  10. 10 Dispositivo según la reivindicación 9, en el que el dispositivo comprende además:
    un módulo de adquisición configurado para adquirir un ángulo de torsión del cable durante un proceso de viento transversal actual;
    un tercer módulo de determinación configurado para determinar si el ángulo de torsión es mayor o igual que un ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que un ángulo de torsión seguro predeterminado; un tercer módulo de ejecución configurado para: si el ángulo de torsión es mayor o igual que el ángulo de torsión permisible predeterminado y menor que el ángulo de torsión seguro predeterminado, suspender la realización de una próxima operación de viento transversal después de que finalice el proceso de viento transversal actual, y posibilitar que el sistema de guiñada reanude la realización de la próxima operación de viento transversal a lo largo del sentido de desenrollado del cable cuando un ángulo entre una dirección de viento actual y la dirección de góndola pasa a ser menor que un ángulo crítico predeterminado.
  11. 11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que el dispositivo está integrado en un controlador principal de la turbina eólica.
  12. 12. Turbina eólica que comprende el dispositivo de control para evitar un embalamiento de turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 7-11.
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