ES2910204T3 - Método de control de la holgura de punta de un generador de turbina eólica y producto de programa informático, sistema de control y generador correspondientes - Google Patents
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Abstract
Un método de control de holgura de punta (TCC) (1000) de un generador de turbina eólica (1) que tiene un rotor (4) con al menos una pala (5) que gira con respecto a una torre (2) y con una holgura de punta (8) entre una punta de pala (7) de al menos una pala (5) y la torre (2); comprendiendo el método los actos de: - medir (1100) en el generador de turbina eólica (1) un conjunto de valores operativos (110) y un conjunto de valores de carga de pala (150); - estimar (1200) la holgura de punta (210) entre una punta de pala (7) y la torre (2) en función del conjunto de valores operativos (110) y el conjunto de valores de carga de pala (150); - generar (1300) una orden de control (310) a partir de la holgura estimada de punta (210); en el que el acto de estimar (1200) la holgura de punta (8) comprende un acto de determinar: **(Ver fórmula)** en el que el acto de determinar la holgura de punta (1220) **(Ver fórmula)** implica resolver AX = Y donde **(Ver fórmula)** al usar el conjunto medido de valores operativos (110) y el conjunto medido de valores de carga de pala (150); en el que YTC es la holgura de punta (8); en el que los valores operativos (110) son los siguientes: θ es el ángulo de paso, ω es la velocidad del generador, y T es el par del generador; en el que Mbladeroot es una medida del momento del pie de la pala en forma de aleta; donde MSHtilt es una medida del momento de inclinación de un buje estacionario; en el que Fthrust es el empuje del rotor (4); en el que x1 a x7 son constantes determinadas en base a datos operativos.
Description
DESCRIPCIÓN
Método de control de la holgura de punta de un generador de turbina eólica y producto de programa informático, sistema de control y generador correspondientes
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la estimación y el control de la holgura de punta de un generador de turbina eólica.
Antecedentes de la invención
Dado que el diseño de la turbina eólica utiliza palas más largas para esperar extraer más energía del viento, la holgura de punta de la pala se convierte en un gran desafío. Cuando la pala pasa por la torre, no solo las condiciones ambientales extremas, tales como la cizalladura, las ráfagas y las turbulencias del viento, aumentarán la probabilidad de golpear la torre, sino que la pala de diseño se vuelve cada vez más flexible.
Se presenta un método de control de holgura de punta (TCC) para el comportamiento de paso activo cuando la pala pasa por la torre. El método de control de circuito cerrado hace que el sistema sea fiable y estable. La holgura mejorada de la punta no solo evitará el riesgo en el sitio del viento, sino que también beneficiará al diseño de la pala.
El documento US 2008/0101930 A1 describe una turbina eólica con un sensor que mide la desviación fuera del plano de las palas y un controlador que usa la señal del sensor para determinar el riesgo de un golpe con la torre. El controlador toma las medidas necesarias para evitar un golpe a la torre cuando determina que el riesgo de un golpe es alto. El sensor puede incluir galgas extensiométricas o acelerómetros montados en las palas o un sensor fijo montado en el lateral de una torre para medir la holgura de la torre a medida que la pala pasa por la misma. El controlador compara la deflexión fuera del plano medida y la velocidad de las palas con una envolvente operativa predeterminada para determinar si existe el riesgo de un golpe con la torre. La acción de control tomada puede incluir el paso de las palas, la guiñada de una góndola o la detención de la turbina eólica.
Descripción de la invención
La invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.
Se consigue un objetivo mediante un método, un sistema de control para un generador de turbina eólica, un generador de turbina eólica y un producto de programa informático para ejecutar instrucciones como se describirá a continuación. Se logra un objetivo mediante un método de control de la holgura de punta (TCC) de un generador de turbina eólica que tiene un rotor con al menos una pala que gira con respecto a una torre y con una holgura de punta entre la punta de la pala de al menos una pala y la torre. El método comprende el acto de medir en el generador de turbina eólica un conjunto de valores operativos y un conjunto de valores de carga de pala.
Los valores operativos pueden incluir valores de ángulos de paso, velocidad del generador o par.
Hay un acto para estimar la holgura de punta entre la punta de una pala y la torre en función del conjunto de valores operativos y el conjunto de valores de carga de la pala. Hay un acto de generar una orden de control (310) a partir de la holgura estimada de la punta.
La orden de control se puede aplicar directamente al generador de turbina eólica.
A medida que el rotor de la turbina eólica se vuelve más grande, surgen problemas de holgura en la punta e incluso imponen límites al diseño de la turbina eólica. Para mejorar la holgura de punta, se ha diseñado un método de control de holgura de punta (TCC) para garantizar una holgura mínima de seguridad de la punta. Cuando el controlador detecta que la holgura de punta está por debajo de cierto umbral, el TCC dará órdenes de paso individuales a tres configuraciones de paso diferentes para doblar hacia arriba todo el plano del rotor y evitar un evento de holgura de punta extremo.
El TCC utiliza un estimador de holgura de punta como entrada del sistema. El estimador utiliza una combinación lineal y no lineal de la carga de la pala, el ángulo de paso, la velocidad del generador y el par con el fin de generar una holgura estimada de la punta.
Se miden señales desde diferentes sensores. La holgura mínima de la punta es cuando una pala pasa por la torre y el algoritmo o método está diseñado para combinar y muestrear tres holguras estimadas de la punta de la pala en una ventana para generar una señal de entrada discreta.
El TCC puede tener un módulo de control de doble PI (integral proporcional) dentro del controlador. Un primer controlador PI está configurado para generar cuánto momento de flexión de inclinación del buje se espera para evitar la situación de holgura extrema de la punta. El segundo controlador PI está configurado para cambiar el error del momento de flexión a las órdenes de paso individuales. La holgura de punta esperada se transfiere al momento de flexión a través del primer controlador PI y el momento de flexión se transferirá al ángulo de paso requerido en el eje
DQ a través del segundo controlador PI. El ángulo de paso en el eje DQ se transfiere a tres órdenes de inclinación a través de una transformación DQ inversa clásica.
La funcionalidad o método TCC se puede dividir en tres partes.
La primera parte puede ser mediciones de señales utilizadas como entrada al método. Las señales pueden incluir el rendimiento básico de la turbina eólica o información operativa, incluidas medidas del ángulo de paso, la velocidad del generador y el par.
También se pueden adquirir diferentes cargas de elementos de pala. Se puede obtener una carga a través de varios sensores de calibre de tren montados dentro de la superficie de la pala. El número de galgas extensométricas decidirá la precisión de la holgura estimada de la punta.
La medida de la carga se puede obtener utilizando una solución de detección de fibra óptica. Se pueden adquirir medidas de carga, como se describirá más adelante.
La segunda parte puede ser la estimación de la holgura de punta.
Esta estimación de TC puede hacer uso de la regresión lineal basada en la información o medidas sensoriales básicas de la turbina eólica, como se describe. Una forma de realizar un ajuste lineal es usar un método de mínimos cuadrados. La tercera parte de la función TCC puede ser un control de doble PI en un método de bucle cerrado.
La funcionalidad o método TCC puede usar dos controladores PI separados en los que se calibran los parámetros. El parámetro de propagación y el parámetro de integración pueden depender, o dependerán, del modelo de generador de turbina eólica.
Una parte adicional puede ser donde las señales o las órdenes pasan a través de una transformación DQ inversa para descomponer, o dividir, la señal, o el orden, en tres señales de paso en el caso de un rotor de tres palas.
Según la invención, el método de control de la holgura de punta comprende el acto de estimar la holgura de punta, que comprende el acto de determinar:
En un aspecto, el acto de determinar la holgura de punta (1220) Ytc (1230) implica determinar MSHtilt (el momento de inclinación) por actos de ajuste de Mbladeroot disponibles (el momento de carga de la pala). Puede haber dos M bladeroot diferentes para un generador de turbina eólica con al menos dos palas. Puede haber tres M bladeroot diferentes para un generador de turbina eólica con al menos tres palas, y así sucesivamente.
Según la invención, el acto de determinar la holgura de punta como
implica resolver
AX = Y
donde
Las ecuaciones se completan con el conjunto medido de valores operativos y el conjunto medido de valores de carga de la pala. YTC es la holgura de punta. Esa es la distancia entre la punta de la pala y la torre, cuando una pala pasa
por la torre. La holgura de punta puede ser una medida similar de la distancia entre la punta de una pala y la torre o una parte estacionaria.
Los valores operativos son los siguientes: 0 es el ángulo de paso, w es la velocidad del generador y T es el par del generador.
Mbladeroot es una medida del momento del pie de la pala en forma de aleta. Msh« es una medida del momento de inclinación de un buje estacionario. Msh« puede obtenerse como una combinación no lineal de 3 cargas diferentes en el sentido de las aletas del pie de la pala.
Fthrust es el empuje del rotor. Fthrust puede obtenerse como una combinación lineal de tres cargas diferentes en el pie de la pala.
x 1 a x7 son constantes determinadas en base a datos operativos y, en el ejemplo, determinadas por ajuste de regresión y resolución del conjunto de ecuaciones.
En un aspecto, el acto de generar una orden de control se realiza mediante actos como se describirá.
Puede haber un acto de generar una primera orden en función de la holgura de punta estimada y la holgura de punta del punto de ajuste, donde la primera orden es una orden de momento de inclinación del punto de ajuste.
Este acto puede ir seguido de un acto de generar un segundo orden en función de la primera orden y un momento de inclinación del buje medido, donde la segunda orden es una orden de paso.
En un aspecto, el acto de generar la orden de control implica el uso de un IPC (control de tono individual) con una tabla de consulta dinámica con un límite inferior y un límite superior, y en la que solo se cambia el límite inferior como una función de la holgura estimada de la punta.
La tabla de consulta dinámica puede comprender momentos de inclinación del buje en función de las velocidades del viento. Puede haber un perfil de límite superior y puede haber un perfil de límite inferior.
La dinámica puede ser que el perfil del límite superior y/o el perfil del límite inferior cambien en función de, digamos, las velocidades del viento.
Esto puede ser ventajoso durante condiciones extremas de viento, como cizalladura del viento y condiciones de cambio de viento. Por ejemplo, si se detecta un cambio o un cambio rápido de, por ejemplo, la carga del buje, entonces se puede aumentar una orden de paso (individual) o un valor de límite inferior del punto de ajuste o se puede disminuir el valor de límite superior para anticipar el comportamiento de las órdenes de paso.
En un aspecto, el método comprende además el acto de transformar (cuya transformación puede ser una transformación DQ) la orden de control (que puede ser una orden de paso) en órdenes de pala individuales, es decir, órdenes de paso de pala individuales.
En un aspecto, el conjunto medido de valores de carga de pala se obtiene como medida de uno o más de los medios de medición de valores de pala. Puede haber una galga extensiométrica mecánica. Puede haber un medidor de tensión de fibra óptica. Puede haber una configuración de láser. Puede haber una configuración de cámara. Se pueden usar combinaciones para proporcionar una mayor precisión o redundancia de datos.
En un aspecto, el conjunto medido de valores de carga de la pala se obtiene como una configuración mecánica de galgas extensométricas, en la que la configuración mecánica incluye una configuración de puente de Wheatstone y medios para la calibración.
Las acciones descritas pueden implementarse en un producto de programa informático que comprende instrucciones que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador realice las acciones.
Las acciones descritas pueden implementarse en un sistema de control de generador de turbina eólica que comprenda medios para llevar a cabo las acciones. El sistema de control del generador de turbina eólica puede implementarse con un producto de programa informático y un ordenador como se describe.
En un aspecto, el sistema de control del generador de turbina eólica puede incluir medios para medir un conjunto de valores de carga de las palas, cuyos medios pueden comprender un sensor de galgas extensométricas montado en el interior de la superficie del pie de las palas.
En un aspecto, el sensor de galgas extensométricas está configurado en una configuración de puente de Wheatstone.
Por ejemplo, la reconstrucción de la holgura de punta y una entrada de carga del buje IPC dependen de la carga del pie de la pala.
En un aspecto, la carga de la pala se puede obtener utilizando un sensor de galgas extensométricas montado dentro de la superficie del pie de la pala. El controlador puede obtener tres señales de sensor del pie de pala como entrada de carga y pueden calibrarse los sensores.
Se puede usar un pegamento de soporte en la superficie interior de la pala con pegamento epoxi y GRP (plástico reforzado con fibra de vidrio) para no dañar la superficie de la pala. El sensor se puede montar en el soporte con tornillos, lo que hace que esta solución sea conveniente para el mantenimiento.
El sensor de deformación puede constar de una galga extensométrica, un amplificador de señal y una protección mecánica. El sensor de deformación está configurado para medir la microdeformación de la superficie del pie de la pala mediante un puente Wheatstone de galgas extensométricas. El sensor está configurado para transformar la microdeformación en una señal de tensión, que representa la carga del pie de la pala después de la calibración. Además de un sistema o método de bucle de control real (cerrado), los actos y los componentes pueden aislarse para proporcionar un método o un sistema de estimación de la holgura de punta. Tal método de estimación de una holgura de punta entre la punta de una pala y una torre en un generador de turbina eólica puede comprender los actos descritos sin generar o realizar los actos de control.
Descripción de los dibujos
La invención se describe únicamente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos, en los que:
La figura 1 ilustra la holgura de punta (TC) en un generador de turbina eólica;
La figura 2 ilustra un flujo de control o controlador de la holgura de punta de un generador de turbina eólica;
La figura 3 ilustra un rotor con palas y ejemplos de muestreo de holgura de punta;
La figura 4 ilustra los valores de holgura de punta en función del tiempo;
La figura 5 ilustra un sistema de control con un primer controlador y un segundo controlador;
La figura 6 ilustra el efecto del control de holgura de punta (TCC)
La figura 7 ilustra un sistema o método de control de la holgura de punta de un generador de turbina eólica; y La figura 8 ilustra los ajustes de los datos utilizados en la estimación de la holgura de punta.
Descripción detallada de la invención
La figura 1 ilustra un generador de turbina eólica con una góndola 3, un rotor 4 con al menos una pala que gira con respecto a una torre, y una holgura entre la punta de la pala 7 de al menos una pala y la torre. Una pala 5 se extiende desde el pie de pala 6 hacia la punta de la pala 7. Entre la punta de pala 8 y la torre 2 hay una holgura de punta (TC) 8. La holgura de punta (TC) es la pala 5 más baja del rotor 4.
La figura 2 ilustra un método o sistema de control de la holgura de punta 1000 de un generador de turbina eólica 1 como se ejemplifica en la figura 1. El método comprende actos de medición 1100, en el generador de turbina eólica 1, de un conjunto de valores operativos 110. Los valores operativos 110 pueden incluir valores de ángulo de paso, velocidad del generador y par. Los valores operativos 110 incluyen un conjunto de valores de carga de pala 150, cuyos valores de carga de pala pueden obtenerse mediante unos medios de medición de carga de pala 10 como se ejemplifica y tales como mediante unos sensores de galgas extensométricas 20.
Hay un acto de estimar 1200 la holgura de punta 210 entre una punta de pala 7 y la torre 2 en función del conjunto de valores operativos 110 y el conjunto de valores de carga de pala 150.
Hay un acto de generar 1300 una orden de control 310 a partir de la holgura estimada de punta 210. El acto de generar la orden de control 310 lo realiza un controlador 300, cuyo controlador aquí se muestra como un primer controlador 320 que proporciona una primera orden de control 311 para un segundo controlador 340 que genera la segunda orden de control 312.
Hay un acto adicional de ajustar 1400 la turbina eólica 1 inclinando individualmente cada pala como se muestra como tres órdenes de control de inclinación individuales de la supuesta turbina eólica de tres palas que se muestra en la figura 1.
El primer controlador 320 y el segundo controlador 340 se detallan adicionalmente en la figura 4.
Las instrucciones que pueden ejecutarse en un ordenador pueden almacenarse en un programa informático 400.
La figura 3 ilustra un rotor 4 y una pala 5 que pasan por una torre 2 (cuyo centro se ilustra con una línea de puntos). Cuando la pala pasa por la torre 2, una muestra estima la holgura de punta en el intervalo del ángulo de acimut en una ventana de muestreo 170, cuya ventana puede cubrir, digamos, 175-185 grados.
Por cada ángulo de acimut de 120 grados, habrá un ángulo de acimut de 110 grados y un estado de espera. En el ejemplo, la figura 4 ilustra la holgura real de la punta 8 de una pala 5 a la torre 2 y la holgura estimada de la punta 210. El eje X es el tiempo en segundos y el eje Y es en metros para la turbina eólica en particular. La meseta vista en la holgura de punta estimada 210 es una muestra y se mantiene para cada pala 5 en un rotor 4 de tres palas 5 separadas por 120 grados, cuya muestra y retención se mantiene para un ángulo de azimut de 110 grados.
La figura 5 ejemplifica una configuración de control de doble PI. Un punto de ajuste de la holgura de punta (TC SP) 215 puede ser un parámetro constante o regulado dinámicamente. El error entre el punto de ajuste 215 de la holgura de punta y un valor estimado 210 de la holgura de punta se transfiere a un punto de ajuste del momento de inclinación del buje para el primer controlador PI (PI 1). Como se ejemplifica, el punto de ajuste 215 de la holgura de punta se compara con una holgura de punta 210 estimada proporcionada por un estimador 200 de la holgura de punta (no mostrado aquí). El error o resultado de la comparación se proporciona a un primer controlador 320 que puede ser un controlador PI mostrado como PI 1, cuyo primer controlador 320 está configurado para generar un punto de ajuste del momento de inclinación del buje de la turbina eólica.
El punto de ajuste del momento de inclinación se compara con un momento de inclinación y el error o el resultado de la comparación se proporciona a un segundo controlador 340 que puede ser un controlador PI que se muestra como PI 2, cuyo segundo controlador 340 está configurado para emitir una orden de control de paso.
En resumen, la figura 5 ilustra un aspecto particular de la figura 2 que es el acto de generar 1300 una orden de control 310 mediante el acto de generar una primera orden (311) en función de la holgura de punta estimada 210 y la holgura de punta de punto de ajuste 215. La primera orden 311 es una orden de momento de inclinación de punto de ajuste. El acto es seguido por un acto de generar una segunda orden 312 en función de la primera orden 311 y un momento de inclinación del buje medido, donde la segunda orden 312 es una orden de paso. La segunda orden 312 puede transformarse además en una orden de control 310 (no mostrada).
La figura 6 ilustra el efecto de un control de holgura de punta (TCC). La figura superior ilustra un control de ángulo de paso con (línea oscura) control de holgura de punta (TCC) 1000 y un control de ángulo de paso (línea clara) sin control de holgura de punta (SIN TCC). La figura inferior ilustra la holgura de punta 8.
La holgura de punta 8 se muestra con el método de control de holgura de punta 1000 y sin método (línea clara).
Si la holgura de punta 8 es menor que el umbral de la TCC en un ciclo en particular (véase alrededor de 151 en el eje X), la TCC comenzará a funcionar durante algunos ciclos posteriores.
Como se muestra, el controlador de la turbina eólica comienza a cabecear después del primer ciclo (alrededor de 151) y se incrementa la holgura de punta.
La figura 7 describe una realización de un control de holgura de punta (TCC) 1000 de una turbina eólica 1 para mejorar la holgura de punta. La realización puede entenderse como una serie de acciones, una colección de componentes del sistema o acciones instaladas en un ordenador o producto de programa informático de modo que cuando las acciones se realizan como instrucciones, el ordenador generará órdenes. Con el producto de turbina eólica descrito, el TCC (control de holgura de punta) mejora la seguridad de la holgura de punta y puede garantizar una holgura mínima de la punta y satisfacer los requisitos de carga crítica.
El TCC 1000 cerrado y el sistema de generador de turbina eólica 1 pueden ponerse en funcionamiento como se describe a continuación.
Después de obtener los datos de los sensores, la funcionalidad TCC habilitará un algoritmo IPC (control de paso individual) para doblar hacia arriba el plano del rotor del generador de turbina eólica 1 con el fin de evitar una holgura extrema en la punta.
Se obtiene un IPC-SP (punto de ajuste) a partir de una tabla de puntos de ajuste.
Si el IPC-PV (valor de proceso) está por debajo del SP, el controlador IPC-PI (integración proporcional) ajustará el PV con el SP. El bucle TCC también obtendrá un IPC-SP y lo comparará con el IPC-SP original. Cuando el TCC-SP es más grande que el IPC-SP, el IPC funcionará incluso cuando la carga del buje esté en el intervalo normal.
Se utiliza un modelo TC 200 para simular la holgura de punta. Dado que la holgura de punta no se puede usar directamente como entrada al controlador, entonces se usan señales de funcionamiento o rendimiento de la turbina para reconstruir la holgura de punta. Tales valores operativos pueden incluir cargas del pie de pala, ángulos de paso, velocidad del generador, par y momento de inclinación del buje.
La holgura de punta se estima, según la invención, resolviendo las siguientes ecuaciones en el TC Modelo 200.
ÁX = 7
Ytc es la holgura de punta. Esa es la distancia entre la punta de la pala y la torre, cuando una pala pasa por la torre. La holgura de punta puede ser una medida similar de la distancia entre la punta de una pala y la torre o una parte estacionaria.
Los valores operativos son los siguientes: 0 es el ángulo de paso, w es la velocidad del generador y T es el par del generador.
Mbladeroot es una medida del momento del pie de la pala en forma de aleta. MSHtilt es una medida del momento de inclinación de un buje estacionario. MSHtilt puede obtenerse como una combinación no lineal de 3 cargas diferentes en el sentido de las aletas del pie de la pala.
Fthrust es el empuje del rotor. Fthrust puede obtenerse como una combinación lineal de tres cargas diferentes en el pie de la pala.
x1 a x7 son constantes determinadas en base a datos operativos y, en el ejemplo, determinadas por ajuste de regresión y resolución del conjunto de ecuaciones.
En el ejemplo, se utiliza un modelo de regresión estándar para determinar las constantes. Un ajuste por mínimos cuadrados ha demostrado ser un enfoque para aproximar la curva ajustada.
Habiendo determinado los parámetros X, entonces se puede determinar una holgura de punta estimada como:
F'" =AX
El valor estimado de la holgura de punta es, por lo tanto, un ajuste por mínimos cuadrados al valor real de la holgura de punta Y.
El valor estimado Y' puede considerarse valor real Y con tolerancias asociadas. Además, el trabajo de valor estimado es fácil de implementar en hardware como un método de regresión lineal.
MSHtilt puede ser el resultado de un resultado no lineal de tres valores Mbladeroot diferentes y determinado como:
Fthrust puede obtenerse como una combinación lineal de tres cargas diferentes en el pie de la pala.
$ es el ángulo acimutal y L es la longitud de una pala
Por lo tanto, los valores del sensor de carga del pie de la pala se utilizan para estimar la holgura de punta y realizar el control de la holgura de punta.
Con referencia a la figura 8, los datos de series temporales se extraen de la turbina eólica cuando una pala pasa por la torre en los casos de carga de diseño 1.x (DLC 1.x). Los datos medios se muestrean en un ángulo de azimut de 180 ± 5 grados. El número total de datos es n y se obtiene un conjunto de datos de origen. Los ajustes de los datos se realizan para DLC1.2, DLC1.3, DLC1.4 y DLC1.5 para cambiar los diferentes porcentajes de contribución de DLC a los resultados.
En las ecuaciones anteriores, los datos se proporcionan en la matriz A y un método de ajuste de mínimos cuadrados puede ser realizar una regresión lineal. Una contribución de los parámetros son los resultados de las constantes en el vector X y la normalización de A. En particular, se ha observado que el momento del pie de la pala tiene la correlación más alta con la holgura de punta.
El parámetro identificado se usa para verificar los resultados de ajuste en DLC 1.x como en la figura 8. Con un enfoque en la holgura estimada de la punta por debajo de 10 m, el error de reconstrucción es de alrededor de ± 0,5 m.
Los ejemplos de mostrados y el muestreo de azimut deben verse en relación con la figura 3. Una señal estimada de holgura de punta de cada pala se procesa en una señal de entrada de holgura de punta proporcionada al controlador. Debido a la sección de muestreo, la señal de holgura de punta es muy discreta, como se ve en la figura 4.
Cuando una pala pasa por la torre, el controlador tomará una muestra de la holgura estimada de la punta en un intervalo de ángulo de acimut entre, digamos, 175-185 grados. Por cada ángulo de acimut de 120 grados, habrá un estado de "permanecer y mantener" de ángulo de acimut de 110 grados.
Opcionalmente, puede haber un controlador, como un controlador PI con dos opciones. Hay una primera opción en la que el bucle de control es un control de bucle abierto que mantiene la holgura estimada de la punta en un punto de ajuste. Hay una segunda opción para mantener la holgura estimada de la punta en un valor de salida de una función y usar esto en un control de bucle cerrado.
El resultado resultante del módulo TCC es elevar o aumentar el punto de ajuste inferior de IPC, lo que tendrá como resultado que el IPC asiente el rotor.
Hay una tabla de consulta dinámica. El IPC original está configurado para reducir la carga de asimetría del rotor mediante el uso de la transformación de Coleman para procesar el momento de inclinación del buje y la señal del momento de guiñada del buje. Se puede configurar un controlador PI para ajustar el efecto de reducción de carga. La reducción de la carga de fatiga del buje contribuirá a, o acumulará daños en, los rodamientos de paso.
La tabla de búsqueda dinámica puede hacer que la función IPC no solo beneficie la carga extrema. La condición de activación y desactivación es una tabla de consulta que también es el punto de ajuste de control. La tabla de consulta tiene un límite superior y un límite inferior.
Si el valor procesado del momento central está fuera del intervalo de la tabla de búsqueda, la función IPC funcionará para controlar el momento central hasta el límite de la tabla. Esto reducirá (significativamente) el comportamiento innecesario del paso del IPC y, por lo tanto, reducirá el daño del rodamiento de paso.
La tabla de consulta es una tabla de dos dimensiones que incluye la velocidad del viento y el valor del momento del eje calibrado. Los datos de la velocidad del viento provienen de un estimador de viento dentro del controlador y puede haber un valor específico que dependa de un compromiso entre las cargas de fatiga del buje y el daño del rodamiento de paso.
La funcionalidad TCC solo cambia el límite inferior del punto de ajuste de IPC para controlar la flexión del buje hacia arriba con el fin de evitar una holgura extrema en la punta. Por lo tanto, el IPC normal y el TCC no estarán en conflicto.
Por lo tanto, se logran los dos objetivos de compartir una sola tabla de puntos de ajuste de IPC (IPC-SP) y tratar de mantener la carga del buje dentro de un intervalo normal.
En cuanto a la predicción de la carga y con el fin de mejorar la capacidad del IPC en condiciones de cizalladura extrema del viento y condiciones de cambio de viento extremas, se puede considerar y tener en cuenta también la tasa de cambio de la carga del buje. La tasa de cambio de una carga de buje filtrada cambiará la tabla de búsqueda dinámica de IPC. Si el módulo detecta un cambio rápido de la carga del buje, aumentará el límite inferior del punto de ajuste de IPC o reducirá el punto de ajuste del límite superior para anticipar el comportamiento de IPC.
Claims (12)
1. Un método de control de holgura de punta (TCC) (1000) de un generador de turbina eólica (1) que tiene un rotor (4) con al menos una pala (5) que gira con respecto a una torre (2) y con una holgura de punta (8) entre una punta de pala (7) de al menos una pala (5) y la torre (2); comprendiendo el método los actos de:
- medir (1100) en el generador de turbina eólica (1) un conjunto de valores operativos (110) y un conjunto de valores de carga de pala (150);
- estimar (1200) la holgura de punta (210) entre una punta de pala (7) y la torre (2) en función del conjunto de valores operativos (110) y el conjunto de valores de carga de pala (150);
- generar (1300) una orden de control (310) a partir de la holgura estimada de punta (210);
en el que el acto de estimar (1200) la holgura de punta (8) comprende un acto de determinar:
Yrc = * ! x¿ • 0 x 3 • (o x A • T x 5 • Mbladeroot + x 6 • MSHtllt + x 7 ■ Fthrust\
en el que el acto de determinar la holgura de punta (1220)
Yjc — X i + X2 '0 + X3 ■ ÍO + X4 • T + X$ • A^ bladeroot 3" *6 ' ^SHtílt 3" X j • Fthrusti
implica resolver
AX = Y
donde
al usar el conjunto medido de valores operativos (110) y el conjunto medido de valores de carga de pala (150); en el que Ytc es la holgura de punta (8);
en el que los valores operativos (110) son los siguientes: 0 es el ángulo de paso, w es la velocidad del generador, y T es el par del generador;
en el que Mbladeroot es una medida del momento del pie de la pala en forma de aleta;
donde Msh« es una medida del momento de inclinación de un buje estacionario;
en el que Fthrust es el empuje del rotor (4);
en el que x1 a x7 son constantes determinadas en base a datos operativos.
2. El método de control de holgura de punta (TCC) (1000) según la reivindicación 1, en el que el acto de determinar la holgura de punta (1220) Ytc (1230) implica determinar MSHtilt por actos de ajuste de Mbladeroot disponible, tal como dos Mbladeroot diferentes para un generador de turbina eólica (1) con al menos dos palas, tal como tres Mbladeroot diferentes para el generador de turbina eólica (1) con al menos tres palas, etc.
3. El método de control de holgura de punta (TCC) (1000) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acto de generar (1300) una orden de control (310) se realiza mediante:
- un acto de generar una primera orden (311) en función de la holgura de punta estimada (210) y la holgura de punta establecida (215), donde la primera orden (311) es una orden de momento de inclinación de punto de ajuste, seguida de
- un acto de generar una segunda orden (312) en función de la primera orden (311) y un momento de inclinación del buje medido, donde la segunda orden (312) es una orden de paso.
4. El método de control de holgura de punta (TCC) (1000) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acto de generar la orden de control (310) implica un acto de usar un control de paso individual con una tabla de consulta dinámica con un límite inferior y un límite superior, y en el que sólo se cambia el límite inferior en función de la holgura estimada de punta (210).
5. El método de control de holgura de punta (TCC) (1000) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el método comprende además un acto de transformar la orden de control (310) en órdenes de palas individuales.
6. El método de control de la holgura de punta (TCC) (1000) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto medido de valores de carga de pala (150) se obtiene como medición de uno o más de los medios de medición de valores de pala (10) que se eligen entre:
- una galga extensiométrica mecánica;
- una galga extensiométrica de fibra óptica;
- una configuración de láser;
- una configuración de cámara;
- o combinaciones de los mismos.
7. El método de control de holgura de punta (TCC) (1000) según la reivindicación 6, en el que el conjunto medido de valores de carga de pala (150) se obtiene como una configuración mecánica de galgas extensométricas, en el que la configuración mecánica incluye una configuración de puente de Wheatstone y medios para calibración.
8. Un producto de programa informático (400) que comprende instrucciones que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador realice las acciones de una o más de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Un sistema de control de generador de turbina eólica (300) que comprende medios para llevar a cabo las acciones de una o más de las reivindicaciones 1 a 7.
10. Un generador de turbina eólica (1) que comprende un sistema de control (300) según la reivindicación 9.
11. El generador de turbina eólica (1) según la reivindicación 10, en el que los medios para medir un conjunto de valores de carga de pala (150) comprenden un sensor de galgas extensométricas (20) montado en el interior de la superficie del pie de pala (6).
12. El generador de turbina eólica (1) según la reivindicación 11, en el que el sensor de galga extensométrica (20) está configurado según una configuración de puente de Wheatstone.
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