ES2927211T3

ES2927211T3 - Amortiguación de oscilaciones de torres de turbinas eólicas

Info

Publication number: ES2927211T3
Application number: ES17765437T
Authority: ES
Inventors: Per Egedal
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: EP3504425A1; EP3504425B1; US20190277256A1; CN110023618A; WO2018077530A1; PL3504425T3; US10934997B2; DK3504425T3

Abstract

Amortiguación de oscilaciones de torres de aerogeneradores Se describe un método para amortiguar una oscilación lateral (5) de una torre (1) de un aerogenerador (20) que tiene un generador (29) conectado a un convertidor (33), comprendiendo el método : medir un valor de aceleración (51) de la torre (1); determinar, en base al valor de aceleración (51), al menos un valor de frecuencia (53) de al menos un modo de oscilación de la torre, incluyendo un segundo modo de oscilación de la torre; controlar el convertidor (33) del aerogenerador (20) en base al menos al valor de aceleración (51) y al valor de frecuencia (53). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Amortiguación de oscilaciones de torres de turbinas eólicas

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método y a una disposición para amortiguar una oscilación de lado a lado de una torre de una turbina eólica.

Antecedentes de la técnica

Una turbina eólica puede comprender una torre de turbina eólica, una góndola montada en la parte superior de la torre de turbina eólica, en la que la góndola puede soportar un rotor que tiene una pluralidad de palas de rotor conectadas al mismo y que está conectado mecánicamente a un generador eléctrico que genera energía eléctrica tras la rotación del rotor. Debido a la excitación por la influencia ambiental, como el viento, y/o a la rotación del rotor, incluyendo las palas, con una velocidad particular, la torre de la turbina eólica puede oscilar. Estos movimientos de oscilación de la torre pueden generar grandes cargas en los componentes de la turbina eólica, tal como el sistema de guiñada, un sistema de engranajes y la integridad de la torre o la propia construcción de la torre.

Convencionalmente, se ha realizado una amortiguación activa de la oscilación de la torre. Por ejemplo, en la dirección de adelante hacia atrás (a lo largo de la dirección del viento), las oscilaciones pueden haberse amortiguado convencionalmente de manera eficaz por las palas y su perfil aerodinámico o por influencia aerodinámica cuando la turbina está en funcionamiento. Sin embargo, por lo tanto, cualquier oscilación de lado a lado puede no reducirse de manera eficaz.

La solicitud de patente europea EP 2620639 divulga un método para amortiguar las oscilaciones en una turbina eólica, en el que se controla una oscilación longitudinal de la torre en la dirección del eje X, en la segunda o mayor frecuencia del modo de flexión. Además, se determina un par de compensación para amortiguar al menos parcialmente la oscilación y para cada pala de rotor de la turbina eólica se determina un ajuste del ángulo de cabeceo adecuado para generar dicho par de compensación. Finalmente, el ángulo de cabeceo se ajusta para generar un par de compensación compensado al menos en parte.

Se conocen métodos de amortiguación de oscilaciones adicionales de la técnica anterior a partir de los documentos EP 1643122 A2 y US 2010013235 A1.

Sin embargo, se ha observado que los métodos y las disposiciones convencionales para amortiguar las oscilaciones de la torre son bastante complicados, engorrosos, requieren una metodología compleja o no son capaces de abordar todos los tipos de modos de oscilación de la oscilación de una torre.

Por lo tanto, puede existir la necesidad de un método y de una disposición para amortiguar una oscilación de lado a lado de una torre de una turbina eólica, que se realice fácilmente y sea capaz de contrarrestar las oscilaciones de la torre que no se han amortiguado usando los métodos y sistemas convencionales.

Sumario de la invención

Esta necesidad puede satisfacerse mediante el objeto según las reivindicaciones independientes. Realizaciones ventajosas de la presente invención se describen mediante las reivindicaciones dependientes.

Según una realización de la presente invención, se proporciona un método para amortiguar una oscilación de lado a lado de una torre de una turbina eólica que tiene un generador conectado a un convertidor, comprendiendo el método medir un valor de aceleración de la torre, determinar, en función del valor de aceleración, al menos un valor de frecuencia de al menos un modo de oscilación de la torre, incluyendo un segundo modo de oscilación de la torre, y controlar el convertidor de la turbina eólica en función al menos del valor de aceleración y del valor de frecuencia. El método puede, por ejemplo, realizarse mediante un controlador de turbina eólica y puede implementarse en hardware y/o software. La oscilación de lado a lado de la torre se refiere a una oscilación (por ejemplo, un movimiento periódico) en una dirección perpendicular a un plano que abarca el eje del rotor y un eje longitudinal de la torre de la turbina eólica. El generador puede comprender, por ejemplo, un generador síncrono de imanes permanentes. El convertidor puede comprender una porción de CA-CC, un enlace de CC y una porción de CC-CA que está conectada (posiblemente a través de uno o más transformadores) a una red pública. La porción de CA-CC, así como la porción de CC-CA del convertidor, pueden comprender cada una una pluralidad de interruptores de alimentación, tal como IGBT, que pueden recibir señales de controlador de la puerta, tal como señales de modulación de ancho de pulso. La salida de potencia de la turbina eólica puede caracterizarse por una tensión particular, potencia activa, potencia reactiva, ángulo de fase entre corriente y tensión y una frecuencia. Las características de la potencia de salida pueden controlarse mediante el control del convertidor. El convertidor puede controlarse, por ejemplo, a través del suministro de una señal de entrada, por ejemplo, que representa una salida de potencia deseada, tal como la potencia activa deseada, la potencia reactiva deseada y la tensión deseada.

El valor de aceleración de la torre puede adquirirse o medirse usando un acelerómetro o uno o más acelerómetros que pueden instalarse dentro de (ubicaciones potencialmente diferentes de) la torre de la turbina eólica y/o que pueden instalarse en la góndola. En particular, para poder medir diferentes modos de oscilación de la torre, pueden medirse una pluralidad de valores de aceleración en una pluralidad de ubicaciones (por ejemplo, distribuidas a lo largo de una dirección longitudinal de la torre de la turbina eólica). La torre puede, por ejemplo, oscilar en un primer modo estructural que puede haberse considerado en sistemas y métodos convencionales para amortiguar las oscilaciones de la torre. Además, la torre, en particular, una torre muy alta, también puede oscilar en el segundo modo estructural que puede no haberse considerado en los métodos y sistemas convencionales.

El primer modo de oscilación puede comprender un movimiento de la punta superior de la torre, mientras que las porciones inferiores de la torre se mueven cada vez menos cuanto más cerca se encuentran de unos cimientos o de un suelo. En los cimientos, el movimiento de la torre puede ser sustancialmente nulo en el primer modo de oscilación.

El segundo modo de oscilación puede caracterizarse por movimientos de la torre, en el que una desviación de una posición ideal a lo largo de una línea vertical puede aumentar desde los cimientos hacia una porción media de la torre y puede disminuir desde la porción media de la torre hacia la parte superior de la torre de la turbina eólica. El primer modo de oscilación puede tener una frecuencia, por ejemplo, en un intervalo de 0,2 Hz a 0,4 Hz y el segundo modo de oscilación puede tener una frecuencia entre 1 Hz y 3 Hz, en particular, alrededor de 2 Hz, en el que estas frecuencias pueden depender de la longitud de la torre, del material usado para construir la torre y del diseño estructural de la torre de la turbina eólica. Las frecuencias del primer modo, así como del segundo modo de oscilación pueden calcularse a partir de simulaciones de la torre de la turbina eólica.

En particular, el método de amortiguación puede derivar, a partir del/de los valor(es) de aceleración medido(s) (en particular, medido(s) para diferentes puntos de tiempo), una amplitud y una frecuencia y también una fase del modo de oscilación, en particular, el segundo modo de oscilación de la torre, o varios modos de oscilación de la torre diferentes. Cuando se conocen la amplitud, la frecuencia y la fase del segundo modo de oscilación de la torre (y potencialmente de otros modos de oscilación de la torre), puede controlarse el convertidor de modo que el generador (conectado al convertidor) genere un par que contrarreste el segundo modo de oscilación de la torre y/o los varios modos de oscilación de la torre diferentes. Por ejemplo, puede suministrarse una referencia de potencia al convertidor que está modulándose para que tenga la misma frecuencia que el segundo modo de oscilación de la torre, con un cambio de fase de 90° o 180° en relación con el desplazamiento de la torre o el movimiento o la velocidad de la torre y con una amplitud apropiada para contrarrestar el segundo modo de oscilación de la torre. Según una realización de la presente invención, el control del convertidor comprende filtrar el valor de aceleración medido en función del valor de frecuencia, realizar un ajuste de fase del valor de aceleración filtrado, multiplicar el valor de aceleración filtrado ajustado por fase con un valor de referencia de potencia modificado y un factor de ganancia de limitador suave para obtener un valor de compensación de referencia de potencia, formar una suma de un valor de referencia de potencia y el valor de compensación de referencia de potencia sometido a un limitador suave, y suministrar una señal de entrada al convertidor de la turbina eólica, representando la señal de entrada la suma.

Conocer la frecuencia del segundo modo de oscilación de la torre puede permitir reducir el ruido en el valor de aceleración que no pertenece al modo de oscilación que desea amortiguarse. El ajuste de fase puede implicar un método de prueba y error. El valor de referencia de potencia modificado puede derivarse de un valor de referencia de potencia que convencionalmente puede suministrarse al convertidor para generar potencia de salida según el valor de referencia de potencia. En realizaciones alternativas de la presente invención, el valor de referencia de potencia puede reemplazarse (o complementarse) con un valor de referencia de tensión. El valor de referencia de potencia puede comprender un valor de referencia de potencia activa y/o un valor de referencia de potencia reactiva. El factor de ganancia de limitador suave puede actualizarse continua o periódicamente, de modo que pueda evitarse una limitación brusca del valor de compensación de referencia de potencia. Cuando se evita la limitación brusca, no se introducen ni se usan armónicos superiores no deseados del valor de compensación de referencia de potencia para controlar el convertidor. De este modo, pueden evitarse oscilaciones no deseadas de la salida de potencia. Así, según esta realización, el valor de referencia de potencia (convencional) puede aumentarse con el valor de compensación de referencia de potencia que se somete a un limitador suave y que está diseñado para contrarrestar el segundo modo de oscilación de la torre, o incluso más modos de oscilación de la torre.

Según una realización de la presente invención, el factor de ganancia de limitador suave se obtiene (continuamente): suministrando la compensación de referencia de potencia a un bloque de saturación que tiene un umbral superior e inferior para obtener la compensación de referencia de potencia sometida al limitador suave, calculando una diferencia entre la compensación de referencia de potencia y la compensación de referencia de potencia sometida al limitador suave, y determinando el factor de ganancia de limitador suave en función de la diferencia, en el que el factor de ganancia de limitador suave se reduce si la diferencia aumenta.

El bloque de saturación puede garantizar que el valor de compensación de referencia de potencia se modifique, si el valor de compensación de referencia de potencia se encuentra fuera del límite superior y del límite inferior, de modo que la salida del bloque de saturación se encuentra dentro del límite superior y del límite inferior. Mediante la actualización continua del factor de ganancia de limitador suave, puede lograrse un procedimiento de “limitación suave”, evitando o al menos reduciendo así los armónicos más altos en el valor de compensación de referencia de potencia.

Según una realización de la presente invención, el factor de ganancia de limitador suave se obtiene (continuamente) además: tomando el valor absoluto de la diferencia, multiplicando el valor absoluto de la diferencia con un factor de ganancia anterior para obtener un primer producto, multiplicando el primer producto con otro factor (Ts) de ganancia para obtener un segundo producto, formando otra suma del negativo del segundo producto, del otro factor de ganancia y del factor de ganancia, escalando la otra suma para que esté entre cero y uno, e integrando la otra suma escalada para obtener el factor de ganancia.

Según una realización de la presente invención, el valor de compensación de referencia sometido al limitador suave se encuentra sustancialmente entre el umbral superior e inferior y comprende sustancialmente una señal de seno o coseno que tiene como frecuencia el valor de frecuencia determinado del al menos un modo de oscilación de la torre.

Si el valor de compensación de referencia de potencia comprende sustancialmente una señal de seno o coseno, se reducen, o incluso se evitan, los armónicos no deseados que, de lo contrario, conducirían a oscilaciones no deseadas de la potencia o la salida de la turbina eólica.

Según una realización de la presente invención, el valor de referencia de potencia modificado se obtiene: sometiendo a filtrado de paso de banda el valor de referencia de potencia, sometiendo a filtrado de paso bajo el valor de referencia de potencia sometido a filtrado de paso de banda, multiplicando el valor de referencia de potencia sometido a filtrado de paso bajo con una ganancia de referencia de potencia.

El filtro de paso de banda puede tener umbrales de filtro que definen un intervalo de frecuencia que puede estar centrado en la frecuencia del segundo modo de oscilación de la torre. Mediante estas medidas, el valor de referencia de potencia (convencional) puede prepararse de manera adecuada para su multiplicación con el valor de aceleración filtrado ajustado en fase o, en particular, el valor de aceleración filtrado ajustado en fase que se ha multiplicado por una ganancia amortiguada y el factor de ganancia de limitador suave.

Según una realización de la presente invención, el ajuste de fase del valor de aceleración filtrado se realiza, en particular, por prueba y error, de tal manera que un par generado por el generador debido al control del convertidor, en particular, la conmutación de transistores de potencia en el convertidor contrarresta la oscilación de la torre del modo de oscilación de la torre. Puede conseguirse de ese modo una amortiguación eficaz.

Según una realización de la presente invención, el valor de aceleración se refiere a un valor de aceleración de lado a lado. Además, el método puede amortiguar un modo de oscilación de adelante hacia atrás aplicando métodos conocidos convencionalmente.

Según una realización de la presente invención, la determinación del valor de frecuencia comprende: derivar una representación del dominio de frecuencia, en particular, derivando una transformada de Fourier, del valor de aceleración adquirido a lo largo del tiempo, buscando un pico en un intervalo de frecuencia predeterminado en la representación del dominio de frecuencia.

En la representación del dominio de frecuencia, el valor de frecuencia (que puede adquirirse a lo largo de un intervalo de tiempo particular) puede exhibir varios picos que indican diferentes modos de oscilación. A partir de simulaciones o cálculos de modelos, puede conocerse un intervalo en el que se espera o se ubica en el dominio de la frecuencia el segundo modo de oscilación. El pico puede buscarse dentro de este intervalo de frecuencia predeterminado. Si en el intervalo de frecuencia predeterminado se encuentra un pico, la posición del pico puede tomarse como el valor de frecuencia (por ejemplo, del segundo modo de oscilación de la torre de la turbina eólica). Según una realización de la presente invención, la determinación del valor de frecuencia comprende: determinar un primer valor de frecuencia de un primer modo de oscilación de la torre, determinar al menos un segundo valor de frecuencia de al menos un segundo modo de oscilación de la torre, comprendiendo el método, además: realizar las etapas restantes para el primer valor de frecuencia, así como para el segundo valor de frecuencia, y sumar todos los valores de compensación de referencia de potencia sometidos a los respectivos limitadores suaves al valor de referencia de potencia para obtener la suma.

En particular, puede determinarse una pluralidad de segundos valores de frecuencia para o relacionados con una pluralidad de segundos modos de oscilación. Para cada uno del primer valor de frecuencia y uno o más segundos valores de frecuencia, puede realizarse un procedimiento de limitación suave, teniendo cada uno su factor de ganancia de limitación suave individual. Cuando se suman todos los valores de compensación de referencia de potencia que están sometidos al limitador suave respectivo al valor de referencia de potencia, el convertidor puede controlarse de manera eficaz para contrarrestar todos estos modos de oscilación diferentes.

Según una realización de la presente invención, medir el valor de la aceleración comprende: usar un acelerómetro, en particular, medir la aceleración perpendicular a un plano formado por un eje del rotor y un eje longitudinal de la torre, instalado en una góndola montada en la parte superior de la torre de la turbina eólica.

En particular, pueden usarse dos o más aceleradores para medir la aceleración en diferentes ubicaciones de la torre, en particular, en diferentes ubicaciones a lo largo de una dirección longitudinal de la torre. De este modo, puede detectarse de forma fiable el segundo modo de oscilación y, en particular, también su amplitud, fase y frecuencia. Según una realización de la presente invención, el segundo modo de oscilación de la torre se caracteriza por tener un movimiento menor en ambos extremos longitudinales de la torre que entre los extremos de la torre. En particular, el segundo modo de oscilación de la torre puede tener movimientos crecientes desde ambos extremos longitudinales de la torre hacia una porción media de la torre, donde el movimiento puede ser máximo.

Según una realización de la presente invención, se proporciona una disposición para amortiguar una oscilación de lado a lado de una torre de una turbina eólica que tiene un generador conectado a un convertidor, comprendiendo la disposición: un acelerómetro adaptado para medir un valor de aceleración de la torre, una unidad de determinación adaptada para determinar, en función del valor de aceleración, al menos un valor de frecuencia de al menos un modo de oscilación de la torre, incluyendo un segundo modo de oscilación de la torre, un controlador adaptado para controlar el convertidor de la turbina eólica en función al menos del valor de aceleración y del valor de frecuencia. La disposición puede comprender, por ejemplo, un controlador de la turbina eólica o un controlador del parque. Debe señalarse que se han descrito realizaciones de la invención con referencia a diferentes objetos. En particular, algunas realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo de método, mientras que otras realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo de aparato. Sin embargo, un experto en la técnica deducirá a partir de la descripción anterior y siguiente que, a menos que se indique lo contrario, además de cualquier combinación de características pertenecientes a un tipo de objeto, se considera que también se divulga con este documento cualquier combinación entre características relacionadas con diferentes objetos, en particular, entre las características de las reivindicaciones de tipo de método y las características de las reivindicaciones de tipo de aparato.

Los aspectos definidos anteriormente y aspectos adicionales de la presente invención son evidentes a partir de los ejemplos de realización que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle a continuación con referencia a ejemplos de realización, pero a los que no se limita la invención.

Breve descripción de los dibujos

La invención se describe ahora con referencia a los dibujos adjuntos. La invención no se limita a las realizaciones ilustradas o descritas.

La figura 1 ilustra esquemáticamente diferentes modos de vibración de una torre de turbina eólica; y

la figura 2 ilustra esquemáticamente una turbina eólica que incluye una disposición para amortiguar una oscilación de lado a lado de una torre de la turbina eólica según una realización de la presente invención.

Descripción detallada

La ilustración en los dibujos es de forma esquemática.

La figura 1 ilustra esquemáticamente diferentes modos de oscilación de una torre 1 de una turbina eólica. La ilustración 3 ilustra así el primer modo estructural y la ilustración 5 ilustra el segundo modo de oscilación estructural de la torre 1 de la turbina eólica. La torre 1 de la turbina se erige dentro del suelo y por encima de la superficie 7 del suelo y tiene unos cimientos 9 que están parcial o totalmente bajo la superficie 7 del suelo.

En el primer modo de oscilación como se ilustra en la ilustración 3 en la figura 1, la parte 11 inferior de la torre 1 sustancialmente no se mueve, pero cuanto más alta es la ubicación sobre los cimientos o sobre la superficie 7 del suelo, mayor es el movimiento o la desviación (horizontal) d1, d2, d3 de la posición de la torre 1 oscilante desde el eje 13 vertical ideal. Así, en el primer modo de oscilación, la desviación (de la ubicación de la torre 1 desde el eje 13 vertical) aumenta al aumentar la altura según se mide desde la superficie 7 del suelo o los cimientos 9, por lo tanto, d1 < d2 < d3.

En el segundo modo de oscilación como se ilustra en la ilustración 5 en la figura 1, la desviación de la torre 1 del eje 3 vertical ideal también aumenta al aumentar la distancia a los cimientos 9 o a la superficie 7 del suelo, pero solo hasta una posición 15 media, de modo que d4 < d5 < d6. Sin embargo, para ubicaciones (más altas) incluso más alejadas de la superficie 7 del suelo que la posición 15, la desviación de la torre de la turbina eólica del eje 13 vertical ideal vuelve a disminuir hacia la parte 2 superior de la torre de la turbina eólica, es decir, d6 > d7 > d8. Las realizaciones de la presente invención están dirigidas a amortiguar la oscilación de una torre de una turbina eólica con respecto al segundo modo de oscilación.

La figura 2 ilustra esquemáticamente una turbina 20 eólica según una realización de la presente invención que incluye una disposición 22 según una realización de la presente invención para amortiguar una oscilación de lado a lado de una torre 1 de la turbina 20 eólica. La turbina 20 eólica comprende una pluralidad de palas 23 del rotor que están conectadas a un árbol 25 del rotor que está conectada, a través de una caja 27 de engranajes opcional, a un generador 29 que emite en unos terminales 31 de salida energía eléctrica o flujo de energía eléctrica. La turbina 20 eólica comprende, además, un convertidor 33 que comprende una porción 35 de CA-CC, una porción 37 de enlace de CC y una porción 39 de CC-CA que se conecta, a través de un interruptor 41, a un transformador 43 de la turbina eólica, cuyo lado secundario se conecta, por ejemplo, a un punto de acoplamiento común al que se conecta una pluralidad de turbinas eólicas o que se conecta directamente a una red 45 pública.

El convertidor 33, en particular, la porción 39 de lado de red, se controla a través de una señal 47 de entrada que se emite mediante la disposición 22 para amortiguar una oscilación de lado a lado de la torre de la turbina 20 eólica. De este modo, la turbina 20 eólica comprende, por ejemplo, dentro de una góndola que también aloja el rotor 25 y el generador 29, un acelerómetro 49 que está adaptado para medir un valor de aceleración Acc_x, también etiquetado con el signo de referencia 51.

El acelerómetro 49 está adaptado para determinar, en función del valor 51 de aceleración, al menos un valor de frecuencia TwrFrec (también indicado como 53) de al menos un modo de oscilación de la torre, incluyendo el segundo modo de oscilación de la torre (como se muestra en la ilustración 5 en la figura 1). El valor 51 de aceleración, así como el valor 53 de frecuencia, se introducen en un módulo 55 de filtrado y ajuste de fase que está adaptado para filtrar el valor 51 de aceleración medido en función del valor 53 de frecuencia y para adaptar un ajuste de fase del valor de aceleración filtrado. El valor de aceleración filtrado y ajustado en fase se emite como valor 57 desde el módulo 55 de filtrado y ajuste de fase y se introduce en un módulo 59 de ganancia que recibe además el valor 53 de frecuencia para definir un punto de ajuste. El módulo 59 de ganancia amortiguada emite una señal 61 que se suministra a un elemento 63 de multiplicación. El elemento 63 de multiplicación recibe además como entrada un valor 65 de referencia de potencia modificado, así como un factor 67 de ganancia de limitador suave.

Por lo tanto, el valor 65 de referencia de potencia modificado se origina a partir de un valor 69 de referencia de potencia emitido por un controlador 71 de potencia. El valor 69 de referencia de potencia está sometido a un filtro 73 de paso de banda de segundo modo que emite la señal 75 filtrada que se suministra a un filtro 77 de paso bajo que emite la señal 79 filtrada adicional que se suministra a un elemento 81 de ganancia que multiplica la señal 79 de salida con un factor para llegar al valor 65 de referencia de potencia modificado.

El elemento 63 de multiplicación emite un valor 83 de compensación de referencia de potencia que está sometido a un elemento 85 de saturación que tiene límites superior e inferior. El elemento 85 de saturación emite un valor de compensación de referencia de potencia sometido a un limitador 87 suave. El valor de compensación de referencia de potencia sometido a un limitador 87 suave y el valor 83 de compensación de referencia de potencia se suministran a un elemento 89 de diferencia que calcula una diferencia 91 entre la compensación 83 de referencia de potencia y la compensación de referencia de potencia sometida a un limitador 87 suave. Además, el valor 93 absoluto de la diferencia 91 se calcula mediante un bloque 92 de funciones absolutas. El valor 93 absoluto se multiplica usando el elemento 95 de ganancia con un factor (K) de ganancia anterior para obtener un primer producto 97. El primer producto 97 se multiplica con otro factor Ts de ganancia usando otro módulo 98 de ganancia para obtener un segundo producto 99. Por lo tanto, Ts es el tiempo de muestra del controlador, también llamado etapa de tiempo de integración. Se forma otra suma 101 del negativo del segundo producto 99, el otro factor Ts de ganancia multiplicado con 1/tiempo de liberación (proporcionado por el elemento 102 de generación para la señal 1/tiempo de liberación) y el factor 67 de ganancia. Por lo tanto, el tiempo de liberación es el tiempo de liberación del limitador suave: qué tan rápido debe liberarse después de un evento de saturación. La otra suma 101 se escala usando el elemento 103 de escalado para que esté entre 0 y 1 y la otra suma escalada se integra usando el elemento 105 de integración para obtener el factor 67 de ganancia. Por lo tanto, 105 actúa como una memoria.

El valor de compensación de referencia de potencia así obtenido sometido a un limitador 87 suave se suma, usando el elemento 107 sumador al valor 69 de referencia de potencia para obtener la señal 47 de entrada que se suministra como señal de control al convertidor 33.

Puede medirse la vibración de la torre 1 mediante un sensor G que puede colocarse, por ejemplo, en la parte 2 superior de la torre 1 o en la góndola de la turbina 20 eólica. La señal 51 del sensor G 49 puede filtrarse para que solo pase el segundo modo de torre y puede retrasarse para obtener el ángulo de fase óptimo. Luego, la señal puede multiplicarse con la referencia de potencia media para garantizar que la potencia de amortiguación de la torre se escalará con la referencia de potencia media. Luego, la señal se suma a la referencia de potencia desde otros controladores, por ejemplo, el controlador 71 de potencia o el controlador de velocidad.

Para evitar un tercer armónico de la segunda frecuencia del modo de la torre, la salida se satura con una función 110 de limitador suave que puede reducir la ganancia si la salida de amortiguación de la torre alcanza el límite de saturación. La ganancia (por ejemplo, K) puede volver a aumentar lentamente.

La amortiguación de vibraciones del segundo modo de la torre (o incluso otros modos de la torre) puede lograrse, según realizaciones de la presente invención, controlando el punto de ajuste de potencia mediante el cual puede oscilar el par y oscilando con una potencia en la misma frecuencia que las oscilaciones del segundo modo de la torre, pero un cambio de fase óptimo puede forzar en dirección contraria de la torre. De ese modo, puede lograrse una amortiguación efectiva de las oscilaciones del segundo modo de la torre.

Una mejora avanzada al multiplicar la señal de vibración de la torre con la referencia de potencia media puede ser que la referencia de potencia de amortiguación tenga una relación constante con la potencia media. Al usar el par como referencia para la referencia de potencia de amortiguación, la relación entre la referencia de potencia de amortiguación y la referencia de potencia media puede aumentar cuando la potencia media está disminuyendo y la velocidad del rotor es constante.

Debe observarse que el término “que comprende” no excluye otros elementos o etapas, y “un” o “una” no excluye una pluralidad. También pueden combinarse elementos descritos en asociación con diferentes realizaciones. También debe observarse que los signos de referencia en las reivindicaciones no deben interpretarse como una limitación del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Método para amortiguar una oscilación (5) de lado a lado de una torre (1) de una turbina (20) eólica que tiene un generador (29) conectado a un convertidor (33), comprendiendo el método:

medir un valor (51) de aceleración de la torre (1);

determinar, en función del valor (51) de aceleración, al menos un valor (53) de frecuencia de al menos un modo de oscilación de la torre, incluyendo un segundo modo de oscilación de la torre; y

controlar el convertidor (33) de la turbina (20) eólica en función al menos del valor (51) de aceleración y del valor (53) de frecuencia.
2. Método según la reivindicación anterior, en el que el control del convertidor comprende:

filtrar (55) el valor (51) de aceleración medido en función del valor (53) de frecuencia;

realizar un ajuste de fase del valor de aceleración filtrado;

multiplicar (63) el valor de aceleración filtrado ajustado en fase con un valor (65) de referencia de potencia modificado y un factor (67, K) de ganancia de limitador suave para obtener un valor (83) de compensación de referencia de potencia;

formar una suma (47) de un valor (69) de referencia de potencia y el valor de compensación de referencia de potencia sometido a un limitador (87) suave; y

suministrar una señal (47) de entrada al convertidor (33) de la turbina (20) eólica, representando la señal de entrada la suma.
3. Método según la reivindicación anterior, en el que el factor (67) de ganancia de limitador suave se obtiene:

suministrando la compensación (83) de referencia de potencia a un bloque (85) de saturación que tiene un umbral superior e inferior para obtener la compensación de referencia de potencia sometida al limitador (87) suave;

calculando una diferencia (91) entre la compensación (83) de referencia de potencia y la compensación de referencia de potencia sometida al limitador (87) suave;

y determinando el factor (67) de ganancia de limitador suave en función de la diferencia (91), en el que el factor (67) de ganancia de limitador suave se reduce si la diferencia (91) aumenta.
4. Método según la reivindicación anterior, en el que el factor (67) de ganancia de limitador suave se obtiene además:

tomando (92) el valor absoluto de la diferencia;

multiplicando (95) el valor (93) absoluto de la diferencia con un factor (K) de ganancia anterior para obtener un primer producto (97);

multiplicando el primer producto (97) con otro factor (Ts) de ganancia para obtener un segundo producto (99);

formando (100) otra suma (101) del negativo del segundo producto, del otro factor de ganancia multiplicado por el inverso del tiempo de liberación y del factor (67) de ganancia;

escalando (103) la otra suma (101) para que esté entre cero y uno;

integrando (105) la otra suma escalada para obtener el factor (67) de ganancia de limitador suave.
5. Método según una de las reivindicaciones anteriores 3 a 4, en el que el valor de compensación de referencia sometido al limitador (87) suave se encuentra sustancialmente entre el umbral superior e inferior y comprende sustancialmente una señal de seno o coseno que tiene como frecuencia el valor de frecuencia determinado del al menos un modo de oscilación de la torre.
6. Método según una de las reivindicaciones anteriores 2 a 5, en el que el valor (65) de referencia de potencia modificado se obtiene:

sometiendo a filtrado de paso de banda el valor (69) de referencia de potencia;

sometiendo a filtrado de paso bajo el valor (75) de referencia de potencia sometido a filtrado de paso de banda;

multiplicando el valor (79) de referencia de potencia sometido a filtrado de paso bajo con una ganancia de referencia de potencia.
7. Método según una de las reivindicaciones anteriores 2 a 6, en el que el ajuste de fase del valor de aceleración filtrado se realiza, en particular, por ensayo y error, de manera que un par generado por el generador debido al control del convertidor, en particular, la conmutación de transistores de potencia en el convertidor contrarresta la oscilación de la torre del modo de oscilación de la torre.
8. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el valor (51) de aceleración se refiere a un valor de aceleración de lado a lado.
9. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la determinación del valor (53) de frecuencia comprende:

derivar una representación del dominio de frecuencia, en particular, derivando una transformada de Fourier, del valor de aceleración adquirido a lo largo del tiempo;

buscar un pico en un intervalo de frecuencia predeterminado en la representación del dominio de frecuencia.
10. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la determinación del valor (53) de frecuencia comprende:

determinar un primer valor de frecuencia de un primer modo de oscilación de la torre;

determinar al menos un segundo valor (53) de frecuencia de al menos un segundo modo de oscilación de la torre;

comprendiendo el método, además:

realizar las etapas restantes para el primer valor de frecuencia, así como para el segundo valor de frecuencia y sumar todos los valores de compensación de referencia de potencia sometidos a los respectivos limitadores suaves al valor de referencia de potencia para obtener la suma.
11. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que medir el valor de aceleración comprende:

usar un acelerómetro (49), en particular, medir la aceleración perpendicular a un plano formado por un eje del rotor y un eje longitudinal de la torre, instalado en una góndola montada en una parte (2) superior de la torre (1) de la turbina eólica.
12. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo modo de oscilación de la torre se caracteriza por tener un movimiento menor en ambos extremos (2, 11) longitudinales de la torre (1) que entre los extremos de la torre.
13. Disposición (22) para amortiguar una oscilación de lado a lado de una torre (1) de una turbina (20) eólica que tiene un generador conectado a un convertidor, comprendiendo la disposición:

un acelerómetro (49) adaptado para medir un valor (51) de aceleración de la torre (1);

una unidad (55) de determinación adaptada para determinar, en función del valor de aceleración, al menos un valor de frecuencia de al menos un modo de oscilación de la torre, incluyendo un segundo modo de oscilación de la torre;

un controlador (71, 107) adaptado para controlar el convertidor de la turbina eólica en función al menos del valor de aceleración y del valor de frecuencia.
14. Turbina (20) eólica, que comprende:

una torre (1);

un generador (29);

un convertidor (33) acoplado al generador; y

una disposición (22) según la reivindicación anterior, conectada para controlar el convertidor.