ES2917417T3 - Sistema y procedimiento para estimar la temperatura de motor de un sistema de pitch de una turbina eólica - Google Patents
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Abstract
Un método (100) para estimar una temperatura de un motor (33) de un mecanismo de accionamiento de tono (32) de una cuchilla del rotor (22) de una turbina eólica (10) incluye monitoreo, a través de al menos un sensor (57-59), una temperatura real y al menos una condición de funcionamiento adicional del motor (33) durante un período de funcionamiento normal de la turbina eólica (10) (102). El método (100) también incluye el almacenamiento, a través de un controlador de tono (30), las temperaturas monitoreadas y las condiciones de operación adicionales monitoreadas del motor (33) para el período de operación normal (104). Además, el método (100) incluye determinar una relación entre las temperaturas monitoreadas y las condiciones de operación adicionales monitoreadas del motor (33) para el período de operación normal (106). Por lo tanto, en el caso de que el sensor (57-59) no funcione, el método (100) incluye determinar, a través del controlador de tono (30), una temperatura estimada del motor (33) según la relación (110). También se revela un sistema de tono (70) para una turbina eólica que utiliza el método (100). El método (100) y el sistema (70) podrían evitar tropezar con la turbina eólica (10) innecesaria cuando el RTD falla. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para estimar la temperatura de motor de un sistema de pitch de una turbina eólica
Campo de la invención
[0001] La presente divulgación se refiere, en general, a turbinas eólicas y, más en particular, a sistemas y procedimientos para estimar la temperatura de motor de un sistema de pitch de una turbina eólica, por ejemplo cuando falla el sensor de temperatura de motor estándar.
Antecedentes de la invención
[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más ecológicas disponibles en la actualidad, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye, típicamente, una torre, un generador, una multiplicadora, una góndola y un rotor que incluye una o más palas de rotor. Las palas de rotor capturan la energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos y transmiten la energía cinética a través de energía de rotación para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a una multiplicadora, o si no se usa una multiplicadora, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.
[0003] Durante la operación, la dirección del viento que propulsa la turbina eólica puede cambiar. La turbina eólica puede por tanto ajustar la góndola a través de, por ejemplo, un ajuste de orientación (“yaw adjustment”) sobre un eje longitudinal de la torre para mantener la alineación con la dirección del viento. Además, la turbina eólica puede ajustar un ángulo de pitch de una o más de las palas de rotor por medio de un mecanismo de accionamiento de pitch configurado con un rodamiento de pitch de la pala de rotor respectiva para cambiar el ángulo de la pala con respecto al viento.
[0004] Los mecanismos de accionamiento de pitch típicos incluyen un motor de accionamiento de pitch, una multiplicadora de accionamiento de pitch y un piñón de accionamiento de pitch. En muchos casos, el motor de accionamiento de pitch es un motor compuesto de corriente continua (CC) que tiene, al menos, un inducido y un devanado de campo de derivación. El motor de accionamiento de pitch está acoplado a la multiplicadora de accionamiento de pitch de modo que el motor de accionamiento de pitch imparte una fuerza mecánica a la multiplicadora de accionamiento de pitch. De forma similar, la multiplicadora de accionamiento de pitch puede estar acoplada al piñón de accionamiento de pitch para su rotación con el mismo. El piñón de accionamiento de pitch puede, a su vez, estar en acoplamiento rotativo con el rodamiento de pitch acoplado entre el buje y una pala de rotor correspondiente de modo que la rotación del piñón de accionamiento de pitch causa la rotación del rodamiento de pitch. Por tanto, en dichos modos de realización, la rotación del motor de accionamiento de pitch acciona la multiplicadora de accionamiento de pitch y el piñón de accionamiento de pitch, haciendo rotar de este modo el rodamiento de pitch y la pala de rotor alrededor del eje de pitch.
[0005] El devanado de campo de derivación del motor de accionamiento de pitch es típicamente el componente más sensible a la temperatura del mismo. Por lo tanto, los motores de accionamiento de pitch típicos incluyen un dispositivo de temperatura de resistencia (RTD) para monitorizar la temperatura del devanado de campo de derivación. Durante la operación normal, el controlador de pitch recibe señales de temperatura desde el RTD y activa el sistema de pitch cuando el motor de accionamiento de pitch tiene un exceso de temperatura. Si falla el RTD, el controlador de pitch activa el sistema de pitch debido a una temperatura de motor anómala, lo que finalmente provoca que se apague toda la turbina eólica.
[0006] Aunque los RTD son económicos, poner en marcha la turbina eólica no lo es.
[0007] Un ejemplo del campo de los vehículos eléctricos se conoce por el documento EP 2 928 050 A1, que divulga un procedimiento para estimar la temperatura de un motor, que implica detectar el fallo de un sensor de temperatura de aire interno, en cuyo caso se usa un sensor de temperatura de bobina. Se comparan el sensor de temperatura de bobina y una temperatura calculada de la bobina y se realiza una corrección si es necesario.
[0008] De este modo, sería deseable un sistema y un procedimiento que aborden las cuestiones mencionadas anteriormente. En consecuencia, la presente divulgación se refiere a sistemas y procedimientos para estimar la temperatura de motor de un sistema de pitch de una turbina eólica, por ejemplo, cuando falla el sensor RTD.
Breve descripción de la invención
[0009] Aspectos y ventajas de la invención se expondrán, en parte, en la siguiente descripción o pueden resultar evidentes a partir de la descripción, o se pueden aprender llevando la invención a la práctica.
[0010] En un aspecto, la presente divulgación se refiere a un procedimiento para estimar una temperatura de un motor de un mecanismo de accionamiento de pitch de una pala de rotor de una turbina eólica. El procedimiento
incluye monitorizar, por medio de al menos un sensor, una temperatura real y al menos una condición de operación adicional del motor durante un período de operación normal de la turbina eólica. El procedimiento también incluye almacenar, por medio de un controlador de pitch, las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal. Además, el procedimiento incluye determinar una relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal. Por tanto, en caso de fallo de operación del sensor, el procedimiento incluye determinar, por medio del controlador de pitch, una temperatura estimada del motor en base a la relación. Por ejemplo, el fallo de operación del sensor puede deberse a un fallo, un cortocircuito o un interruptor abierto.
[0011] En un modo de realización, tanto la temperatura real como la temperatura estimada del motor pueden representar una temperatura de campo de derivación de un devanado de campo de derivación del motor. En otro modo de realización, la(s) condición(es) de operación adicional(es) del motor puede(n) incluir una resistencia de campo de derivación, una corriente de campo de derivación, una tensión de campo de derivación, una corriente de inducido, una tensión de inducido, una velocidad de motor o similar y/o combinaciones de lo anterior.
[0012] En modos de realización adicionales, la etapa de determinar la relación entre las temperaturas monitorizadas y las resistencias monitorizadas del motor para el período de operación normal puede incluir realizar, por medio del controlador de pitch, un análisis estadístico de las temperaturas monitorizadas y las resistencias monitorizadas del motor para el período de operación normal. Por ejemplo, en un modo de realización, el análisis estadístico puede incluir un análisis de regresión.
[0013] En modos de realización adicionales, la etapa de determinar la relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal puede incluir determinar, por medio del aprendizaje automático, la relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal para múltiples ciclos de potencia hasta que se alcance un aumento de temperatura predeterminado del motor. Más específicamente, en determinados modos de realización, el aumento de temperatura predeterminado puede incluir desde aproximadamente veinte (20) grados hasta aproximadamente sesenta (60) grados, tal como aproximadamente cincuenta (50) grados.
[0014] En varios modos de realización, el procedimiento puede incluir además generar una función de transferencia entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal, y determinar la temperatura estimada del motor en base a la función de transferencia si falla el sensor. En modos de realización particulares, el procedimiento también puede incluir la actualización de la función de transferencia durante el período de operación normal de la turbina eólica.
[0015] En otro modo de realización más, el procedimiento puede incluir generar una señal de alarma en caso de fallo de operación del sensor.
[0016] En otro aspecto, la presente divulgación se refiere a un sistema de pitch para una turbina eólica. El sistema de pitch incluye un motor de accionamiento de pitch que tiene un inducido y un devanado de campo de derivación, al menos un sensor configurado para monitorizar una temperatura real y al menos una condición de operación adicional del devanado de campo de derivación durante un período de operación normal de la turbina eólica, un convertidor acoplado de forma comunicativa al motor de accionamiento de pitch para accionar el inducido, y un controlador de pitch acoplado de forma comunicativa al, al menos, un sensor. El controlador de pitch incluye al menos un procesador configurado para realizar una o más operaciones, que incluyen, pero sin limitarse a, almacenar las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal, determinar una relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal y, en caso de fallo de operación del sensor, determinar una temperatura estimada del motor en base a la relación.
[0017] En un modo de realización, el/los sensor(es) puede(n) incluir un detector de temperatura de resistencia (RTD). Además, debería entenderse que el sistema de pitch puede configurarse además con cualquiera de los rasgos característicos y/o modos de realización adicionales descritos en el presente documento.
[0018] Aún en otro aspecto, la presente divulgación se refiere a un procedimiento para estimar una temperatura de un motor de un mecanismo de accionamiento de pitch de una pala de rotor de una turbina eólica. El procedimiento incluye almacenar inicialmente una función de transferencia en un controlador de pitch del mecanismo de accionamiento de pitch que relaciona al menos una temperatura real del motor con al menos una condición de operación del motor durante un período de operación normal. En caso de fallo de operación de un sensor de un motor del mecanismo de accionamiento de pitch, el procedimiento incluye además determinar, por medio del controlador de pitch, una temperatura estimada del motor en base a la función de transferencia.
[0019] En un modo de realización, el procedimiento incluye además comparar la temperatura estimada con un límite de temperatura actual del motor y determinar la precisión de la función de transferencia en base a la comparación.
[0020] En otro modo de realización, el procedimiento puede incluir además actualizar la función de transferencia si la precisión está por encima de un umbral predeterminado o generar una señal de alarma si la precisión está por debajo de un umbral predeterminado. Adicionalmente, se debe entender que el procedimiento puede estar configurado, además, con cualquiera de las etapas, rasgos característicos y/o modos de realización adicionales descritos en el presente documento.
[0021] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que están incorporados en, y constituyen una parte de, esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para exponer los principios de la invención.
Breve descripción de los dibujos
[0022] En la memoria descriptiva se expone una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:
la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de una turbina eólica de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación;
la FIG. 2 ilustra una vista interna en perspectiva de una góndola de una turbina eólica de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación;
la FIG. 3 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de componentes adecuados que pueden incluirse en un controlador de turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 4 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de pitch de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 5 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un motor de accionamiento de pitch de un sistema de pitch de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;
la FIG. 6 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para estimar una temperatura de un motor de un mecanismo de accionamiento de pitch de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación; y
la FIG. 7 ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento para estimar una temperatura de un motor de un mecanismo de accionamiento de pitch de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación.
Descripción detallada de la invención
[0023] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, ilustrándose uno o más de sus ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención.
[0024] En referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde una superficie de soporte 14, una góndola 16 montada en 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 fuera del buje 20. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el rotor 18 incluye tres palas de rotor 22. Sin embargo, en un modo de realización alternativo, el rotor 18 puede incluir un número mayor o menor que tres palas de rotor 22. Cada pala de rotor 22 se puede espaciar alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para permitir que la energía cinética del viento se convierta en energía mecánica utilizable y, posteriormente, en energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 20 se puede acoplar de forma rotatoria a un generador eléctrico 24 (FIG. 2) situado dentro de la góndola 16 para permitir que se produzca energía eléctrica.
[0025] En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra una vista interna simplificada de un modo de realización de la góndola 16 de la turbina eólica 10. Como se muestra, un generador 24 puede estar dispuesto dentro de la góndola 16. En general, el generador 24 puede estar acoplado al rotor 18 de la turbina eólica 10 para generar potencia eléctrica a partir de la energía de rotación generada por el rotor 18. Por ejemplo, el rotor 18 puede incluir un eje principal 40 acoplado al buje 20 para su rotación con el mismo. El generador 24 se puede acoplar a continuación
al eje principal 40 de modo que la rotación del eje principal 40 accione el generador 24. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el generador 24 incluye un eje de generador 42 acoplado de forma rotatoria al eje principal 40 a través de una multiplicadora 44. Sin embargo, en otros modos de realización, se debe apreciar que el eje de generador 42 se puede acoplar de forma rotatoria directamente al eje principal 40. De forma alternativa, el generador 24 puede acoplarse de forma rotatoria directamente al eje principal 40.
[0026] Se debe apreciar que el eje principal 40 puede estar sostenido, en general, dentro de la góndola 16 mediante un bastidor de soporte o bancada 46 situado encima de la torre de turbina eólica 12. Por ejemplo, el eje principal 40 puede sostenerse mediante la bancada 46 por medio de un par de bloques de almohada (“pillow blocks”) 48, 50 montados en la bancada 46.
[0027] Como se muestra en las FIGS. 1 y 2, la turbina eólica 10 puede incluir también un sistema de control de turbina o un controlador de turbina 26 dentro de la góndola 16. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 2, el controlador de turbina 26 está dispuesto dentro de un armario de control 52 montado en una porción de la góndola 16. Sin embargo, se debe apreciar que el controlador de turbina 26 puede estar dispuesto en cualquier ubicación sobre o dentro de la turbina eólica 10, en cualquier ubicación de la superficie de soporte 14 o, en general, en cualquier otra ubicación. El controlador de turbina 26 se puede configurar, en general, para controlar los diversos modos de operación (por ejemplo, secuencias de arranque o parada) y/o componentes de la turbina eólica 10.
[0028] Cada pala de rotor 22 también puede incluir un mecanismo de ajuste de pitch 32 configurado para rotar cada pala de rotor 22 alrededor de su eje de pitch 34. Además, cada mecanismo de ajuste de pitch 32 puede incluir un motor de accionamiento de pitch 33 (por ejemplo, cualquier motor eléctrico, hidráulico o neumático adecuado), una multiplicadora de accionamiento de pitch 35 y un piñón de accionamiento de pitch 37. En dichos modos de realización, el motor de accionamiento de pitch 33 se puede acoplar a la multiplicadora de accionamiento de pitch 35 de modo que el motor de accionamiento de pitch 33 confiera fuerza mecánica a la multiplicadora de accionamiento de pitch 35. De forma similar, la multiplicadora de accionamiento de pitch 35 se puede acoplar al piñón de accionamiento de pitch 37 para la rotación con el mismo. El piñón de accionamiento de pitch 37 puede estar, a su vez, en acoplamiento de rotación con un rodamiento de pitch 54 acoplado entre el buje 20 y una pala de rotor 22 correspondiente de modo que la rotación del piñón de accionamiento de pitch 37 provoque la rotación del rodamiento de pitch 54. Por tanto, en dichos modos de realización, la rotación del motor de accionamiento de pitch 33 acciona la multiplicadora de accionamiento de pitch 35 y el piñón de accionamiento de pitch 37, haciendo rotar, de este modo, el rodamiento de pitch 54 y la pala de rotor 22 alrededor del eje de pitch 34. De forma similar, la turbina eólica 10 puede incluir uno o más mecanismos de accionamiento de orientación 38 acoplados de forma comunicativa al controlador 26, estando configurado cada mecanismo de accionamiento de orientación 38 para cambiar el ángulo de la góndola 16 con respecto al viento (por ejemplo, acoplándose a un rodamiento de orientación (“yaw bearing”) 56 de la turbina eólica 10).
[0029] Además, el controlador de turbina 26 también puede estar acoplado de forma comunicativa a cada mecanismo de ajuste de pitch 32 de la turbina eólica 10 (uno de los cuales se muestra) a través de un controlador de pitch separado o integrado 30 (FIG. 1) para controlar y/o alterar el ángulo de pitch de las palas de rotor 22 (es decir, un ángulo que determina una perspectiva de las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento).
[0030] Además, como se muestra en la FIG. 2, uno o más sensores 57, 58, 59 pueden proporcionarse en la turbina eólica 10. Más específicamente, como se muestra, un sensor de pala 57 puede estar configurado con una o más de las palas de rotor 22 para monitorizar las palas de rotor 22. Además, como se muestra, puede proporcionarse un sensor de viento 58 en la turbina eólica 10. Por ejemplo, el sensor de viento 58 puede ser una veleta, un anemómetro, un sensor LIDAR u otro sensor adecuado que mida la velocidad y/o la dirección del viento. Además, puede configurarse un sensor de pitch 59 con cada mecanismo de accionamiento de pitch 32, por ejemplo con una o más baterías de los motores de accionamiento de pitch 33 de los mismos, que se analizarán con más detalle a continuación. Como tales, los sensores 57, 58, 59 pueden estar, además, en comunicación con el controlador 26 y pueden proporcionar información relacionada al controlador 26. Por ejemplo, el/los sensor(es) de pitch 59 puede(n) corresponder a sensores de temperatura que envían señales de temperatura a los controladores 26, 30 para indicar una temperatura de las baterías de pitch, lo que se describe con más detalle en el presente documento.
[0031] También se debe apreciar que, tal como se usa en el presente documento, el término "monitorizar" y sus variaciones indican que los diversos sensores de la turbina eólica 10 pueden configurarse para proporcionar una medición directa de los parámetros que se monitorizan y/o una medición indirecta de dichos parámetros. Por tanto, los sensores descritos en el presente documento pueden usarse, por ejemplo, para generar señales relacionadas con el parámetro que esté monitorizándose, que puede utilizarse entonces por el controlador 26 para determinar la condición.
[0032] En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de componentes adecuados que pueden incluirse dentro del controlador 26 (o del controlador de pitch 30) de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el controlador 26, 30 puede incluir uno o más procesadores 60 y dispositivos de memoria asociados 62 configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por
ordenador (por ejemplo, realizando los procedimientos, etapas, cálculos y similares y almacenando datos pertinentes, tal como se divulga en el presente documento). Adicionalmente, el controlador 26, 30 puede incluir también un módulo de comunicaciones 64 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 26, 30 y los diversos componentes de la turbina eólica 10. Además, el módulo de comunicaciones 64 puede incluir una interfaz de sensor 66 (por ejemplo, uno o más convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde uno o más sensores 57, 58, 59 se conviertan en señales que puedan ser entendidas y procesadas por los procesadores 60. Se debe apreciar que los sensores 57, 58, 59 se pueden acoplar de forma comunicativa al módulo de comunicaciones 64 usando cualquier medio adecuado. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3, los sensores 57, 58, 59 están acoplados a la interfaz de sensor 66 por medio de una conexión por cable. Sin embargo, en otros modos de realización, los sensores 57, 58, 59 se pueden acoplar a la interfaz de sensor 66 por medio de una conexión inalámbrica, tal como usando cualquier protocolo de comunicaciones inalámbricas adecuado conocido en la técnica.
[0033] Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (PLC), un circuito integrado específico de aplicación y otros circuitos programables. Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 62 puede(n) comprender, en general, elemento(s) de memoria que incluyen, pero sin limitarse a, un medio legible por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disquete, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 62 puede(n) estar configurado(s), en general, para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 60, configuran el controlador 26 para que realice diversas funciones que incluyen, pero sin limitarse a, transmitir señales de control adecuadas para implementar una o más acciones correctivas en respuesta a una señal de distancia que excede un umbral predeterminado como se describe en el presente documento, así como otras diversas funciones adecuadas implementadas por ordenador.
[0034] En referencia ahora a la FIG. 4, se ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de pitch general 70 para la turbina eólica 10. Más específicamente, como se muestra, el sistema de pitch 70 puede incluir una pluralidad de mecanismos de accionamiento de pitch 32, es decir, uno para cada eje de pitch 34 para rotar respectivos rodamientos de pitch 54. Además, como se muestra, cada uno de los mecanismos de accionamiento de pitch puede acoplarse de forma comunicativa a la red eléctrica 45, así como a una o más baterías de reserva 72. Más específicamente, como se muestra, cada mecanismo de accionamiento de pitch 32 puede incluir una pluralidad de baterías de reserva 72 almacenadas en un armario para baterías 74. Durante la operación normal de la turbina eólica 10, los motores de accionamiento de pitch 33 se accionan mediante la red eléctrica 45. Sin embargo, en algunos casos, tal como durante una incidencia de red adversa o pérdida de red, los motores de accionamiento de pitch 33 pueden accionarse mediante una o más baterías de reserva 72.
[0035] En referencia ahora a la FIG. 5, se ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un circuito de control 80 para controlar una de las palas de rotor 22 de la presente divulgación. Como se muestra, el circuito de control 80 incluye el motor de accionamiento de pitch 33, un convertidor 82 para accionar el motor 33 y el controlador de pitch 30 para controlar el circuito 80. Más específicamente, el motor de accionamiento de pitch 33 es un motor compuesto de corriente continua (CC) que incluye un inducido 86 y un devanado de campo de derivación 84 o bobina. Además, como se muestra, el controlador de pitch 30 puede recibir una o más señales de control desde el controlador de turbina 26 y operar el/los motor(es) de accionamiento de pitch 33 en consecuencia.
[0036] En un motor de CC compuesto, el devanado de campo de derivación 84 es, en general, la parte del motor más sensible a la temperatura. Por lo tanto, el circuito de control 80 incluye típicamente un sensor de temperatura 59 en o cerca del devanado de campo de derivación 84 para monitorizar la temperatura del mismo. En consecuencia, durante la operación normal, el controlador de pitch 30 detecta la temperatura del motor 33 (es decir, del devanado de campo de derivación 84) usando el sensor de temperatura 59. De este modo, el controlador de pitch 30 está configurado para activarse cuando la temperatura detectada supera un umbral predeterminado que es indicativo de una condición de exceso de temperatura. En un modo de realización, el sensor de temperatura 59 puede ser un dispositivo de temperatura de resistencia (RTD). Si el sensor de temperatura 59 falla, lo que puede ser un modo de fallo común, el controlador de pitch 30 también se activa debido a la detección de una temperatura de motor anómala, lo que finalmente hace que la turbina eólica 10 se apague.
[0037] Por lo tanto, la presente divulgación se refiere a sistemas y procedimientos para predecir la temperatura de motor aprendiendo la relación entre la resistencia de campo de derivación y su temperatura cuando el sensor de temperatura 59 funciona correctamente y usando la predicción de temperatura cuando el sensor de temperatura 59 falla para reducir el tiempo de inactividad de la turbina. Más específicamente, como se muestra en la FIG. 6, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 100 para estimar la temperatura de un motor 33 del mecanismo de accionamiento de pitch 32 de una de las palas de rotor 22 de la turbina eólica 10. Como se muestra en 102, el procedimiento 100 monitoriza una temperatura real del motor 33 por medio del sensor de temperatura 59 y al menos una condición de operación adicional del motor 33 durante un período de operación
normal de la turbina eólica 10. Por ejemplo, como se muestra, la temperatura real del motor 33 es representativa de la temperatura del campo de derivación del devanado de campo de derivación 84 del motor 33. Además, la(s) condición(es) de operación adicional(es) del motor 33 puede(n) incluir una resistencia de campo de derivación, una corriente de campo de derivación, una tensión de campo de derivación, una corriente de inducido, una tensión de inducido, una velocidad de motor o similar y/o combinaciones de lo anterior.
[0038] Aún en referencia a la FIG. 6, como se muestra en 104, el procedimiento 100 incluye almacenar, por medio del controlador de pitch 30, las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor 33 para el período de operación normal. Como se muestra en 106, el procedimiento 100 incluye determinar una relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor 33 para el período de operación normal. Más específicamente, en determinados modos de realización, el controlador de pitch 30 puede realizar un análisis estadístico de las temperaturas monitorizadas y las resistencias monitorizadas del motor 33 para el período de operación normal. Por ejemplo, en un modo de realización, el análisis estadístico puede incluir un análisis de regresión. De forma alternativa, debe entenderse que también se puede realizar cualquier análisis estadístico adicional acerca de las temperaturas monitorizadas y las resistencias monitorizadas del motor 33 para el período de operación normal.
[0039] En modos de realización adicionales, el controlador de pitch 30 puede determinar la relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor 33 para el período de operación normal mediante aprendizaje automático. Además, el controlador de pitch 30 puede determinar la relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor para el período de operación normal para múltiples ciclos de potencia hasta que se alcance un aumento de temperatura predeterminado del motor. Más específicamente, en determinados modos de realización, el aumento de temperatura predeterminado puede incluir desde aproximadamente veinte (20) grados hasta aproximadamente sesenta (60) grados, tal como aproximadamente cincuenta (50) grados.
[0040] En varios modos de realización, el controlador de pitch 30 también puede configurarse para generar una función de transferencia entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor 33 para el período de operación normal. En dichos modos de realización, el controlador 30 está configurado, además, para determinar la temperatura estimada del motor 33 en base a la función de transferencia, por ejemplo, si falla el sensor 59. En modos de realización adicionales, el controlador de pitch 30 también puede actualizar la función de transferencia durante el período de operación normal de la turbina eólica 10.
[0041] Por tanto, como se muestra en 108, el controlador de pitch 30 determina si el sensor de temperatura 59 está operando correctamente. En consecuencia, como se muestra en 110, en caso de fallo de operación del sensor 59, el controlador de pitch 30 está configurado para determinar una temperatura estimada del motor 33 basándose en la relación descrita anteriormente. Por ejemplo, en un modo de realización, la temperatura estimada del motor 33 puede representar una temperatura estimada del devanado de campo de derivación 84 del motor 33. Como se describe en el presente documento, el fallo de operación del sensor puede deberse a un fallo o cortocircuito, un interruptor abierto o cualquier otro problema de sensor que provoque que el sensor 59 no funcione u opere correctamente. En un modo de realización, el controlador de pitch 30 puede generar una señal de alarma en caso de fallo de operación del sensor de temperatura 59.
[0042] En referencia ahora a la FIG. 7, se ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento 200 para estimar la temperatura de motor del motor de accionamiento de pitch 33. Como se muestra en 202, se inicia el procedimiento 200. Como se muestra en 204, el procedimiento 200 incluye almacenar inicialmente una función de transferencia en un controlador de pitch del mecanismo de accionamiento de pitch que relaciona al menos una temperatura real del motor con al menos una condición de operación del motor durante un período de operación normal. Como se muestra en 206, el procedimiento 200 incluye determinar si el sensor está operando correctamente o no. En caso de fallo de operación del sensor de temperatura 59, como se muestra en 208, el procedimiento 200 incluye determinar, por medio del controlador de pitch 30, una temperatura estimada del motor 33 en base a la función de transferencia.
[0043] En un modo de realización, el procedimiento 200 incluye además comparar la temperatura estimada con un límite de temperatura actual del motor y determinar la precisión de la función de transferencia en base a la comparación. En otro modo de realización, el procedimiento 200 puede incluir además actualizar la función de transferencia si la precisión está por encima de un umbral predeterminado o generar una señal de alarma si la precisión está por debajo de un umbral predeterminado.
Claims (15)
1. Un procedimiento para estimar una temperatura de un motor (33) de un mecanismo de accionamiento de pitch (32) de una pala de rotor (22) de una turbina eólica (10), comprendiendo el procedimiento:
monitorizar, por medio de al menos un sensor (59), una temperatura real y al menos una condición de operación adicional del motor (33) durante un período de operación normal de la turbina eólica (10); almacenar, por medio de un controlador de pitch (30), las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal; determinar una relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal; y,
en caso de fallo de operación del sensor (59), determinar, por medio del controlador de pitch (30), una temperatura estimada del motor (33) en base a la relación.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que tanto la temperatura real como la temperatura estimada del motor (33) representan una temperatura de campo de derivación de un devanado de campo de derivación (84) del motor (33).
3. El procedimiento de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la al menos una condición de operación adicional del motor (33) comprende al menos una de una resistencia de campo de derivación, una corriente de campo de derivación, una tensión de campo de derivación, una corriente de inducido, una tensión de inducido, una velocidad de motor (33) o combinaciones de las mismas.
4. El procedimiento de las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que determinar la relación entre las temperaturas monitorizadas y las resistencias monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal comprende además:
realizar, por medio del controlador de pitch (30), un análisis estadístico de las temperaturas monitorizadas y las resistencias monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal.
5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el que el análisis estadístico comprende un análisis de regresión.
6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que determinar la relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal comprende además:
determinar, por medio del aprendizaje automático, la relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal para múltiples ciclos de potencia hasta que se alcance un aumento de temperatura predeterminado del motor (33).
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que el aumento de temperatura predeterminado comprende desde aproximadamente veinte (20) grados hasta aproximadamente sesenta (60) grados.
8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además:
generar una función de transferencia entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal; y determinar, por medio del controlador de pitch (30), la temperatura estimada del motor (33) en base a la función de transferencia si falla el sensor (59).
9. El procedimiento de la reivindicación 8, que comprende además actualizar la función de transferencia durante el período de operación normal de la turbina eólica (10).
10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el fallo de operación del sensor (59) es causado por al menos uno de un fallo o un interruptor abierto.
11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además generar, por medio del controlador de pitch (30), una señal de alarma en caso de fallo de operación del sensor (59).
12. Un sistema de pitch (70) para una turbina eólica (10), comprendiendo el sistema de pitch (70):
un motor de accionamiento de pitch (33) que comprende un inducido (86) y un devanado de campo de derivación (84);
al menos un sensor (59) configurado para monitorizar una temperatura real y al menos una condición de operación adicional del devanado de campo de derivación (84) durante un período de operación normal de la turbina eólica (10);
un convertidor (82) acoplado de forma comunicativa al motor de accionamiento de pitch (33) para accionar el inducido; y,
un controlador de pitch (30) acoplado de forma comunicativa al, al menos, un sensor (59), comprendiendo el controlador de pitch (30) al menos un procesador configurado para realizar una o más operaciones, comprendiendo la una o más operaciones:
almacenar las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal;
determinar una relación entre las temperaturas monitorizadas y las condiciones de operación adicionales monitorizadas del motor (33) para el período de operación normal; y,
en caso de fallo de operación del sensor (59), determinar una temperatura estimada del motor (33) en base a la relación.
13. El sistema (70) de la reivindicación 12, en el que el al menos un sensor (59) comprende un detector de temperatura de resistencia (RTD).
14. El sistema (70) de las reivindicaciones 12 o 13, en el que tanto la temperatura real como la temperatura estimada del motor (33) representan una temperatura de campo de derivación de un devanado de campo de derivación (84) del motor (33).
15. El sistema (70) de las reivindicaciones 12, 13 o 14, en el que la al menos una condición de operación adicional del motor (33) comprende al menos una de una resistencia de campo de derivación, una corriente de campo de derivación, una tensión de campo de derivación, una corriente de inducido, una tensión de inducido, una velocidad de motor (33) o combinaciones de las mismas.
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