ES2928211T3

ES2928211T3 - Sistema y procedimiento para operar un parque eólico

Info

Publication number: ES2928211T3
Application number: ES13190875T
Authority: ES
Inventors: Aditya Jayant; Shimnamol Padmanabhan Nair; Vincent Arokiasamy; Santhosha Yelwal Srikanta
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: CA2830101A1; EP2728178B1; DK2728178T3; CA2830101C; US8987929B2; EP2728178A1; US20140117668A1

Abstract

Se describen sistemas y métodos para operar un parque eólico. El método incluye la detección de una condición de funcionamiento de un generador de viento contra el viento 110, el generador de viento contra el viento 110 ubicado aguas arriba de un generador de viento contra el viento 112 en relación con una dirección de flujo de viento 28. El método incluye además comunicar una señal de control al generador de viento contra el viento 112. La señal de control se basa en la condición de funcionamiento. El método incluye además comenzar a ajustar el generador de viento a favor del viento 112 de acuerdo con la señal de control antes de que el flujo de viento 28 sea experimentado por el generador de viento a favor del viento 112. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para operar un parque eólico

[0001] La presente divulgación se refiere en general al campo de los parques eólicos y, más en particular, a los sistemas y procedimientos para ajustar los aerogeneradores en el parque eólico en base a las condiciones operativas de los aerogeneradores aguas arriba (“upstream”) en el parque eólico.

[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles actualmente, y los aerogeneradores han obtenido una creciente atención a este respecto. Un aerogenerador moderno típicamente incluye una turbina eólica y un generador. La turbina eólica típicamente incluye una torre, una caja de engranajes, una góndola y una o más palas de rotor. El generador está típicamente alojado en la góndola. Las palas de rotor captan energía cinética del viento usando principios aerodinámicos conocidos. Las palas de rotor transmiten la energía cinética en forma de energía de rotación para hacer girar un eje que acopla las palas de rotor a una caja de engranajes o, si no se usa una caja de engranajes, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro. Además, los aerogeneradores típicamente se agrupan en un parque eólico y pueden estar en tierra o mar adentro.

[0003] Típicamente, un aerogenerador se ajusta durante el funcionamiento para obtener una carga óptima mientras se evita el exceso de cargas debido, por ejemplo, a las ráfagas de viento. Por ejemplo, los aerogeneradores conocidos pueden incluir aparatos de detección atmosférica, tales como veletas y anemómetros, montados en la turbina eólica. Los cambios en las condiciones atmosféricas, tales como la velocidad y la dirección del viento, se experimentan por el aerogenerador y simultáneamente o poco después de esto se detectan por el aparato de detección atmosférica. A continuación, el aerogenerador se ajusta como se requiera en base a estas condiciones atmosféricas experimentadas. Por ejemplo, se puede ajustar el pitch de las palas de rotor, la orientación del aerogenerador y/o el par de torsión del generador. Un sistema conocido de este tipo se describe, por ejemplo, en el documento U^s2004/0258521.

[0004] Sin embargo, el uso de aparatos de detección atmosférica montados en aerogeneradores y la detección de este modo de las condiciones atmosféricas experimentadas tienen una variedad de desventajas. Por ejemplo, debido a que las condiciones atmosféricas que se detectan ya se experimentan por los aerogeneradores, cualquier cambio en las condiciones atmosféricas puede afectar a los aerogeneradores antes del ajuste de los mismos. Dichos cambios en las condiciones atmosféricas pueden dañar por tanto los aerogeneradores, en particular en el caso de velocidades de viento incrementadas, lo que puede provocar un exceso de carga antes de la detección y el ajuste.

[0005] En consecuencia, serían ventajosos sistemas y procedimientos mejorados para operar parques eólicos. Por ejemplo, serían deseables sistemas y procedimientos que proporcionen la detección anticipada de las condiciones atmosféricas y el ajuste de los aerogeneradores.

[0006] Diversos 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 poniendo en práctica la invención.

[0007] La invención se define por las reivindicaciones adjuntas.

[0008] Diversos rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas.

[0009] 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. En los dibujos:

la FIG. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación;

la FIG. 2 es un diagrama esquemático de un parque eólico de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación; y

la FIG. 3 es un diagrama de flujo que indica las diversas etapas de un procedimiento de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación.

[0010] El uso repetido de caracteres de referencia a lo largo de la presente memoria descriptiva y los dibujos adjuntos pretende representar los mismos o rasgos característicos o elementos análogos de la invención.

[0011] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que se ilustran uno o más ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención.

[0012] La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica 10 de ejemplo. En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 10 es una turbina eólica de eje horizontal. De forma alternativa, la turbina eólica 10 puede ser una turbina eólica de eje vertical. En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde un sistema de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12 y un rotor 18 que está 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 afuera del buje 20. En el modo de realización de ejemplo, el rotor 18 tiene tres palas de rotor 22. En un modo de realización alternativo, el rotor 18 incluye más o menos de tres palas de rotor 22. En el modo de realización de ejemplo, la torre 12 está fabricada de acero tubular para definir una cavidad (no mostrada en la FIG.

1) entre la superficie de soporte 14 y la góndola 16. En un modo de realización alternativo, la torre 12 es cualquier tipo de torre adecuado que tenga cualquier altura adecuada.

[0013] Las palas de rotor 22 están espaciadas alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para posibilitar que se transfiera la energía cinética del viento para transformarse en energía mecánica útil y, posteriormente, energía eléctrica. Las palas de rotor 22 se encajan en el buje 20 acoplando una parte de raíz de pala 24 al buje 20 en una pluralidad de regiones de transferencia de carga 26. Las regiones de transferencia de carga 26 tienen una región de transferencia de carga de buje y una región de transferencia de carga de pala (ninguna mostrada en la FIG. 1). Las cargas inducidas a las palas de rotor 22 se transfieren al buje 20 por medio de las regiones de transferencia de carga 26. En un modo de realización, las palas de rotor 22 tienen una longitud que varía de aproximadamente 15 metros (m) a aproximadamente 91 m. De forma alternativa, las palas de rotor 22 pueden tener cualquier longitud adecuada que posibilite que la turbina eólica 10 funcione como se describe en el presente documento. Por ejemplo, otros ejemplos no limitantes de longitudes de pala incluyen 10 m o menos, 20 m, 37 m, o una longitud que es mayor de 91 m. Cuando el viento golpea las palas de rotor 22 desde una dirección 28, se hace rotar el rotor 18 alrededor de un eje de rotación 30. Cuando las palas de rotor 22 se hacen rotar y se someten a fuerzas centrífugas, las palas de rotor 22 también se someten a diversas fuerzas y momentos. Como tal, las palas de rotor 22 se pueden desviar y/o hacer rotar desde una posición neutra, o no desviada, a una posición desviada. Además, un ángulo de pitch o un pitch de pala 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, se puede cambiar por un sistema de ajuste de pitch 32 para controlar la carga y la potencia generada por la turbina eólica 10 ajustando una posición angular de al menos una pala de rotor 22 en relación con los vectores del viento. Se muestran los ejes de pitch 34 para las palas de rotor 22. Durante el funcionamiento de la turbina eólica 10, el sistema de ajuste de pitch 32 puede cambiar un pitch de pala de las palas de rotor 22 de modo que las palas de rotor 22 se mueven hasta una posición de bandera, de modo que la perspectiva de al menos una pala de rotor 22 en relación con los vectores del viento proporciona una mínima área de superficie de la pala de rotor 22 que se va a orientar hacia los vectores del viento, lo que facilita la reducción de una velocidad de rotación del rotor 18 y/o facilita una parada del rotor 18. Dicho pitcheo (de las palas individualmente y en combinación) y, de otro modo, el ajuste de las palas de rotor 22 y de la turbina eólica 10 pueden disminuir la carga tanto en las palas 22 como en otros componentes de la turbina eólica 10. Por ejemplo, se pueden reducir el par de torsión y las cargas de flexión en un eje principal que conecta el rotor 18 y un generador (analizado a continuación) y se puede reducir la flexión de la torre 12. Esto puede incrementar la vida útil de estos componentes y/o reducir los costes asociados con el diseño y el funcionamiento de la turbina eólica 10.

[0014] En el modo de realización de ejemplo, un pitch de pala de cada pala de rotor 22 se controla individualmente por un sistema de control 36. De forma alternativa, el pitch de pala para todas las palas de rotor 22 se puede controlar simultáneamente por el sistema de control 36. Además, en el modo de realización de ejemplo, cuando cambia la dirección 28, se puede controlar una dirección de orientación (“yaw direction”) de la góndola 16 alrededor de un eje de orientación 38 para situar las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28. Un sistema de ajuste de orientación (“yaw adjustment”) (no mostrado) puede cambiar la dirección de orientación.

[0015] En la FIG. 1, el sistema de control 36 se muestra centralizado dentro de la góndola 16, sin embargo, el sistema de control 36 puede ser un sistema distribuido por toda la turbina eólica 10, en la superficie de soporte 14, central para una pluralidad de turbinas eólicas 10 en un parque eólico (como se muestra en la FIG. 2), y/o en un centro de control remoto. El sistema de control 36 incluye un procesador 40 configurado para realizar los procedimientos y/o las etapas descritas en el presente documento. Además, muchos de los otros componentes descritos en el presente documento incluyen un procesador. Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no se limita a circuitos integrados que en la técnica se denominan ordenador, sino que se refiere a grandes rasgos a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables, y estos términos se usan de manera intercambiable en el presente documento. Se debe entender que un procesador y/o un sistema de control también pueden incluir memoria, canales de entrada y/o canales de salida.

[0016] En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra un diagrama esquemático de un parque eólico 100. El parque eólico 100 incluye uno o más aerogeneradores 102. Un aerogenerador 102 de acuerdo con la presente divulgación incluye, por ejemplo, una o más turbinas eólicas 10 y uno o más generadores 104.

[0017] Una turbina eólica 10 y un generador 104 en un aerogenerador 102 están acoplados de modo que la energía mecánica de la turbina eólica 10 se suministre al generador 102. El generador 104 puede, a continuación, almacenar esta energía y/o distribuir la energía como se desee o se requiera. Típicamente, las palas de rotor 22 de la turbina eólica 10 transmiten energía mecánica en forma de energía de rotación para hacer girar un eje (no mostrado) acoplando las palas de rotor 22 a una caja de engranajes (no mostrada), o si no se usa una caja de engranajes, directamente al generador 104. A continuación, el generador 104 convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro. Para convertir la energía mecánica en energía eléctrica, un estátor de generador (no mostrado) se puede hacer rotar con respecto a un estátor de generador (no mostrado) debido a la rotación de las palas de rotor 22.

[0018] Un generador 104 para un aerogenerador 102 típicamente se aloja en la góndola 16 de la turbina eólica 10 asociada. De forma alternativa, sin embargo, el generador 102 se podría disponer fuera de la góndola 16 en cualquier lugar adecuado sobre o separado de la turbina eólica 10 asociada.

[0019] Como se analiza, los aerogeneradores 102 están incluidos en un parque eólico 100. Cuando se incluye más de un aerogenerador 102 en un parque eólico 100, los aerogeneradores 102 pueden tener cualquier disposición adecuada entre sí. Por ejemplo, los aerogeneradores 102 se pueden disponer en filas y/o columnas, tener cualquier otro patrón adecuado o estar dispuestos al azar en el parque eólico 100.

[0020] Durante el funcionamiento del parque eólico 100, el flujo de viento se puede desplazar a través del parque eólico e interactuar con los diversos aerogeneradores 102 del parque eólico 100. Por tanto, uno o más aerogeneradores a barlovento 110 pueden experimentar este flujo de viento antes que uno o más aerogeneradores a sotavento 112, con referencia a la dirección 28 de este flujo de viento (y las condiciones atmosféricas asociadas, como se analiza a continuación) más allá de los aerogeneradores 110, 112. Además, como se analiza anteriormente, es deseable proporcionar una detección anticipada de, por ejemplo, cambios en las condiciones atmosféricas que puedan dañar potencialmente uno o más aerogeneradores 102 en el parque eólico 100. Como tal, la presente divulgación proporciona sistemas y procedimientos para comenzar a ajustar los aerogeneradores a sotavento 112 en base a las condiciones operativas experimentadas por los aerogeneradores a barlovento 110 debido al flujo de viento que pasa por los aerogeneradores a barlovento 110, antes de que se experimente el flujo de viento por los aerogeneradores a sotavento 112. Dicha detección anticipada permite que los aerogeneradores a sotavento 112 se ajusten antes de experimentar el flujo de viento, reduciendo por tanto el riesgo de daño a los aerogeneradores a sotavento 112 cuando se experimenta el flujo de viento. Dicho ajuste de acuerdo con la presente divulgación no necesita completarse necesariamente antes de que se experimente el flujo de viento, sino que en el modo de realización de ejemplo se inicia antes de que se experimente el flujo de viento.

[0021] Por tanto, un aerogenerador a barlovento 110 puede experimentar una o más condiciones operativas. Las condiciones operativas incluyen, por ejemplo, las condiciones atmosféricas experimentadas por el aerogenerador a barlovento 110; las condiciones de carga experimentadas por el aerogenerador a barlovento 110, tal como debido a las condiciones atmosféricas; y las acciones correctivas adoptadas por el aerogenerador a barlovento 110, tal como debido a las condiciones atmosféricas o condiciones de carga (para, por ejemplo, reducir las condiciones de carga).

[0022] Por ejemplo, las condiciones atmosféricas de acuerdo con la presente divulgación incluyen el viento, el clima y otras condiciones atmosféricas que pueden afectar el rendimiento de un aerogenerador 102. Por ejemplo, una condición atmosférica puede ser la dirección 28 del viento, la velocidad del viento, la variación de la velocidad del viento con la altura (diferencia en la velocidad del viento entre una ubicación superior y una ubicación inferior, tal como entre la parte superior y la parte inferior de un rotor 18) o la variación de la dirección del viento con la altura (diferencia en la velocidad del viento entre dos ubicaciones laterales, tal como entre el lado izquierdo y derecho de un rotor 18).

[0023] Un aerogenerador a barlovento 110 (y, de hecho, cualquiera o todos los aerogeneradores 102), puede incluir, por ejemplo, un dispositivo de detección atmosférica 114, que se puede montar, por ejemplo, en el aerogenerador 110. El dispositivo de detección atmosférica 114 incluye hardware y software adecuados, tal como un procesador configurado para realizar los procedimientos y/o las etapas descritos en el presente documento, para detectar, almacenar y transmitir condiciones atmosféricas y datos generados a partir de las mismas.

[0024] El dispositivo 114 en algunos modos de realización puede ser, por ejemplo, un dispositivo de detección y alcance por luz (“Light Detection and Ranging” o “LIDAR”). LIDAR en general es una tecnología de teledetección óptica. Un dispositivo LIDAR puede medir diversas propiedades de un área objetivo al iluminar el objetivo con luz, tal como con pulsos de láser. Se muestran áreas objetivo de ejemplo en la FIG. 2 por líneas de puntos que se extienden desde los dispositivos 114. Los dispositivos LIDAR adecuados para detectar condiciones atmosféricas incluyen, por ejemplo, dispositivos LIDAR Doppler, dispositivos LIDAR de matriz sintética y dispositivos LIDAR de absorción diferencial.

[0025] Otro dispositivo de detección atmosférica 114 adecuado es un dispositivo de detección y alcance por sonido ("Sonic Detection and Ranging" o SODAR). Un dispositivo SODAR en general puede medir la dispersión de las ondas de sonido debido a la turbulencia atmosférica y se puede usar para medir, por ejemplo, velocidades del viento, la estructura termodinámica de la atmósfera y otras condiciones atmosféricas diversas. Un dispositivo SODAR adecuado para detectar condiciones atmosféricas es, por ejemplo, un dispositivo SODAR Doppler.

[0026] Otros dispositivos de detección atmosférica 114 adecuados incluyen, por ejemplo, anemómetros, tales como anemómetros de cazoletas; veletas; barómetros; y dispositivos de radar, tales como dispositivos de radar Doppler. Además, se debe entender que la presente divulgación no se limita a los dispositivos de detección atmosférica 114 divulgados anteriormente, sino que cualquier otro dispositivo adecuado que pueda detectar condiciones atmosféricas que puedan afectar el rendimiento de un aerogenerador 102 está dentro del alcance de la presente divulgación.

[0027] Las condiciones de carga de acuerdo con la presente divulgación incluyen, por ejemplo, la flexión o torsión de la torre 12, la flexión o torsión de la pala de rotor 22, la flexión o torsión del eje principal y cualquier otra desviación adecuada de cualquier componente adecuado de un aerogenerador 102. Estas condiciones de carga en general se experimentan por el aerogenerador 102, tal como durante el funcionamiento del aerogenerador 102, debido a las condiciones atmosféricas en el aerogenerador 102 y el flujo de viento que pasa por el aerogenerador 102. Por ejemplo, los sensores se pueden montar sobre o contiguos a cualquiera de estos componentes, para medir la desviación de este componente durante el funcionamiento del aerogenerador 102. Se puede utilizar cualquier sensor adecuado, tal como galgas extensiométricas, sensores de proximidad, etc., para medir dicha desviación. Los sensores pueden estar en comunicación con el sistema de control 36 y el sistema de ajuste de pitch 32 y el sistema de ajuste de orientación, así como otros sistemas de ajuste adecuados, de modo que la turbina eólica 10 y diversos componentes de la misma puedan adoptar acciones correctivas, como se analiza a continuación, en respuesta a las condiciones de carga.

[0028] Las acciones correctivas de acuerdo con la presente divulgación incluyen, por ejemplo, ajuste de pitch y tasa de ajuste de una o más palas de rotor 22 y ajuste de orientación y tasa de ajuste. Todavía en otros modos de realización, se puede ajustar el par de torsión del generador 104. Todavía además, la acción correctiva puede incluir, por ejemplo, apagar el aerogenerador 102, interrumpir la transferencia de potencia entre el aerogenerador 102 y la red, o de otro modo ajustar una característica del aerogenerador 102 para modificar cómo experimenta el aerogenerador 102 las condiciones atmosféricas. Estos ajustes se realizan típicamente debido a que el aerogenerador 102 experimenta condiciones atmosféricas y/o condiciones de carga incrementadas. En muchos casos, los ajustes se realizan para reducir las condiciones de carga provocadas por las condiciones atmosféricas incrementadas, tales como incrementos en la velocidad de flujo de viento debido a ráfagas de viento. Las acciones correctivas se pueden controlar, por ejemplo, por el sistema de control 36, así como por el sistema de ajuste de pitch 32, el sistema de ajuste de orientación y otros sistemas de ajuste adecuados.

[0029] Se debe entender que las condiciones atmosféricas en un aerogenerador a barlovento 110 no necesitan detectarse y comunicarse a un aerogenerador aguas abajo (“downstream”) 112 para que el aerogenerador a sotavento 112 responda apropiada y anticipadamente. Por ejemplo, el aerogenerador a sotavento 112 se puede ajustar solo en base a las acciones correctivas comunicadas al mismo, en base a la lógica de que cuando el flujo de viento y las condiciones atmosféricas asociadas alcancen el aerogenerador a sotavento 112, se requerirán los mismos ajustes. Sin embargo, se debe entender además que la detección y comunicación de cualquier condición operativa adecuada, incluyendo cualquier acción correctiva, condición de carga o condición atmosférica individual o combinación de las mismas, y para una cualquiera o más turbinas eólicas a barlovento 110, para la comunicación a y ajuste de una cualquiera o más turbinas eólicas a sotavento 112, está dentro del alcance de la presente divulgación.

[0030] Por tanto, como se analiza anteriormente, cada aerogenerador a barlovento 110, por tanto, puede detectar de forma ventajosa las condiciones operativas y los cambios en las mismas en ubicaciones aguas arriba en relación con la dirección 28 del flujo del viento y antes de que estas condiciones alcancen uno o más de los aerogeneradores a sotavento 112. Dicha detección anticipada de las condiciones operativas permite que los aerogeneradores a sotavento 112 se ajusten como se requiera para adaptarse al próximo flujo de viento y las condiciones atmosféricas que lo acompañan (y los cambios en las mismas) antes de experimentarlas. Por tanto, por ejemplo, se pueden detectar ráfagas de viento, incrementos o disminuciones en la velocidad del viento, o cambios en la dirección del viento y/o los aerogeneradores a sotavento 112 se pueden ajustar para adaptarse a estos cambios de carga antes de que los cambios alcancen a los aerogeneradores a sotavento 112. Dicha detección y ajuste anticipados pueden, por ejemplo, mitigar de forma ventajosa el daño potencial del aerogenerador a sotavento 112, por ejemplo, por el exceso de carga debido a que el aerogenerador 112 no esté ajustado antes de experimentar cambios en las condiciones atmosféricas.

[0031] Un aerogenerador a barlovento 110 puede estar localizado en modos de realización de ejemplo a una distancia especificada de un aerogenerador a sotavento 112. Esta distancia especificada puede permitir que se comunique una condición operativa, o un cambio de la misma, al aerogenerador a sotavento 112, y puede permitir además que el aerogenerador a sotavento 112 se ajuste como se requiera. En algunos modos de realización, la distancia puede ser de hasta aproximadamente 5 veces el diámetro máximo del rotor 18 del aerogenerador a sotavento 112, o entre aproximadamente 0,1 veces y aproximadamente 5 veces el diámetro máximo del rotor 18 del aerogenerador a sotavento 112. En otros modos de realización, la distancia puede ser de hasta aproximadamente 4 veces, aproximadamente 3 veces o aproximadamente 2,5 veces el diámetro máximo, o entre aproximadamente 0,1 veces y aproximadamente 4 veces, aproximadamente 3 veces o aproximadamente 2,5 veces el diámetro máximo. Se debe entender, sin embargo, que la presente divulgación no se limita a las distancias divulgadas anteriormente, sino que cualquier distancia adecuada está dentro del alcance de la presente divulgación.

[0032] Para permitir que los aerogeneradores a sotavento 112 se ajusten anticipadamente antes de experimentar el flujo del viento y las condiciones atmosféricas asociadas, las condiciones operativas detectadas por los aerogeneradores a barlovento 110 se comunican a los aerogeneradores a sotavento 112. En particular, las señales de control en base a las condiciones operativas se pueden comunicar a los aerogeneradores a sotavento 112. Los aerogeneradores a sotavento 112 se pueden ajustar de acuerdo con las señales de control. Además, dicho ajuste se puede producir de forma ventajosa antes de que se experimenten las condiciones operativas por los aerogeneradores a sotavento 112.

[0033] Para facilitar la comunicación de las condiciones operativas y las señales de control, el sistema de control 36 se puede poner en comunicación con los aerogeneradores a barlovento 110 y los aerogeneradores a sotavento 112. Como se muestra, por ejemplo, se puede proporcionar un sistema de control central 36 entre los aerogeneradores a barlovento 110 y los aerogeneradores a sotavento 112. Las condiciones operativas detectadas por los aerogeneradores a barlovento 110 se pueden comunicar al sistema de control 36, que a su vez puede producir señales de control en base a estas condiciones operativas. El sistema de control 36 se puede configurar por tanto para producir señales de control en base a las condiciones operativas. Las señales de control pueden proporcionar el ajuste de los aerogeneradores a sotavento 112, y se pueden comunicar a los aerogeneradores a sotavento 112 para el ajuste de los mismos.

[0034] En algunos modos de realización, el sistema de control 36 es, o incluye, un sistema de control de supervisión y adquisición de datos ("supervisory control and data acquisition” o “SCADA”). Un sistema SCADA es en general un sistema de control informático industrial que supervisa y controla diversos procesos, en este caso procesos relacionados con el funcionamiento de uno o más aerogeneradores 110 en un parque eólico 100. Un sistema SCADA puede incluir, por ejemplo, una interfaz hombre-máquina, un sistema de supervisión, una unidad terminal remota, un controlador lógico programable y diversas infraestructuras de comunicaciones e instrumentación adecuadas para respaldar estos componentes. Cualquier sistema SCADA adecuado está dentro del alcance de la presente divulgación.

[0035] En otros modos de realización, las condiciones operativas y las señales de control se pueden comunicar directamente entre un aerogenerador a barlovento 110 y un aerogenerador a sotavento 112. Por ejemplo, las condiciones operativas detectadas por el aerogenerador a barlovento 110 se pueden convertir en señales de control internamente en el aerogenerador a barlovento 110, tal como por un sistema de control interno, un sistema de ajuste de pitch 32, un sistema de ajuste de orientación u otro sistema de aerogenerador a barlovento 110 adecuado. Estas señales de control pueden proporcionar el ajuste de los aerogeneradores a sotavento 112, y se pueden comunicar directamente a los aerogeneradores a sotavento 112 para el ajuste de los mismos.

[0036] Se proporcionan dispositivos de comunicación 120 para comunicar las condiciones operativas al sistema de control 36 desde los aerogeneradores a barlovento 110, y a los aerogeneradores a sotavento 112 desde el sistema de control 36, o de forma alternativa directamente desde los aerogeneradores a barlovento 110 a los aerogeneradores a sotavento 112. En configuraciones de ejemplo, un dispositivo de comunicaciones 120 puede incluir, pero no se limita a, transmisión por cable, fibra óptica y/o inalámbrica tal como comunicaciones por radio.

[0037] Como se analiza, un aerogenerador a sotavento 112 puede ser ajustable en base a una señal de control para anticipar un flujo de viento y las condiciones atmosféricas asociadas. Se puede realizar cualquier ajuste adecuado al aerogenerador a sotavento 112. Dichos ajustes modifican cómo el aerogenerador a sotavento 112 experimenta el flujo de viento y las condiciones atmosféricas asociadas. Estos ajustes pueden, por ejemplo, reducir, mantener o incrementar la carga en el aerogenerador a sotavento (“downwind”) 112, tal como la turbina de viento 10 y diversos componentes del mismo, como se desee o se requiera. Estos ajustes típicamente son acciones correctivas, tales como cualquier acción correctiva adecuada como se analiza anteriormente. Como se analiza anteriormente, dichos ajustes de acuerdo con la presente divulgación se basan en las condiciones operativas detectadas por las turbinas eólicas a barlovento (“upwind”) 110, y se pueden realizar antes de que el flujo de viento y las condiciones atmosféricas asociadas experimentadas por los aerogeneradores a barlovento 110, o cambios en las mismas, se experimenten por los aerogeneradores a sotavento 112. Por tanto, cuando el flujo de viento y las condiciones atmosféricas asociadas alcanzan y se experimentan por el aerogenerador a sotavento 112, el aerogenerador a sotavento 112 ya se ha ajustado apropiadamente y está preparado para experimentar el flujo de viento y las condiciones atmosféricas asociadas. Además, dichos ajustes apropiados permiten mitigar el daño potencial a un aerogenerador a sotavento 112 debido, por ejemplo, a un exceso de carga.

[0038] En algunos modos de realización, los aerogeneradores a sotavento 112 se ajustan constantemente o a intervalos predeterminados en base a las condiciones operativas de los aerogeneradores a barlovento 110. En otros modos de realización, una o más de las condiciones operativas deben cumplir o superar un límite predeterminado antes de que se ajuste un aerogenerador a sotavento 112. Los límites predeterminados se evalúan en general para los aerogeneradores a barlovento 110. Por ejemplo, en los modos de realización en los que la condición operativa es una condición atmosférica, la condición atmosférica debe cumplir o superar un límite predeterminado antes de que se ajuste un aerogenerador a sotavento 112. Si la condición atmosférica es la velocidad del viento, por ejemplo, se debe cumplir o superar una velocidad del viento máxima predeterminada antes de que se ajusten los aerogeneradores a sotavento 112. De forma similar, si la condición operativa es una condición de carga, tal como la flexión del eje principal, el eje principal se debe curvar hasta o más allá de un ángulo máximo u otro límite adecuado, y/o la condición operativa debe cumplir o superar un límite predeterminado, antes de que se ajusten los aerogeneradores a sotavento 112. Todavía además, si la condición operativa es una acción correctiva, tal como un cambio en el ángulo de pitch, el ángulo de pitch se debe cambiar hasta o más allá de un ángulo máximo o un cambio máximo permitido en el ángulo, y/o la acción correctiva debe cumplir o superar un límite predeterminado, antes de que se ajusten los aerogeneradores a sotavento 112. Estos diversos límites predeterminados se pueden basar en tolerancias adecuadas para los aerogeneradores 102, individualmente o como grupo. Los límites predeterminados se pueden programar en el sistema de control 36 y/o en diversos sistemas individuales en cada aerogenerador 102.

[0039] La presente divulgación está dirigida además a los procedimientos para operar parques eólicos 100, como se indica en la FIG. 3. Un procedimiento puede incluir, por ejemplo, detectar las condiciones operativas en los aerogeneradores a barlovento 110, como se indica por la etapa 200. Un procedimiento puede incluir además comunicar señales de control a los aerogeneradores a sotavento 112, como se indica por la etapa 202. Las señales de control se pueden basar en las condiciones operativas y se pueden producir y comunicar por un sistema de control 36 o producirse y comunicarse directamente entre los aerogeneradores 102 como se analiza anteriormente. Un procedimiento puede incluir además comenzar a ajustar los aerogeneradores 102 de acuerdo con las señales de control, como se indica por la etapa 204. Dicho ajuste se puede producir antes de que se experimente el flujo de viento y las condiciones atmosféricas asociadas por los aerogeneradores 102.

[0040] Además, en algunos modos de realización, el procedimiento puede incluir determinar si las condiciones operativas superan los límites predeterminados para las mismas, como se indica por la etapa 208. En estos modos de realización, la etapa 204 de comenzar a ajustar se puede producir solo si una o más de las condiciones operativas cumplen o superan los límites predeterminados asociados, como se indica por la etapa 210. Si una o más condiciones operativas no cumplen o superan los límites predeterminados asociados, como se indica por la etapa 212, no se puede realizar ningún ajuste de acuerdo con el presente procedimiento, como se indica por la etapa 214. En modos de realización de ejemplo, ya sea que una condición operativa cumpla o supere un límite predeterminado asociado o no, las diversas etapas se pueden repetir a continuación, comenzando con la etapa 200 de detección como se analiza anteriormente.

[0041] En esta descripción escrita se usan ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el modo preferente, y también para posibilitar que cualquier experto en la técnica lleve a la práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y realice cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos concebidos por los expertos en la técnica.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para operar un parque eólico, comprendiendo el procedimiento:

detectar (200) una acción correctiva adoptada por un aerogenerador a barlovento (110), localizado el aerogenerador a barlovento (110) aguas arriba de un aerogenerador a sotavento (112) en relación con una dirección de flujo de viento (28), comprendiendo la acción correctiva un ajuste a una característica del aerogenerador a barlovento (110);

comunicar (202) una señal de control al aerogenerador a sotavento (112), basada la señal de control en la acción correctiva; y

comenzar (204) a ajustar el aerogenerador a sotavento (112) de acuerdo con la señal de control antes de que se experimente el flujo de viento por el aerogenerador a sotavento (112);

en el que la acción correctiva es una de un ajuste de pitch, un ajuste de tasa de pitcheo, un ajuste de orientación, un ajuste de tasa de orientación o un ajuste de par de torsión del generador.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el aerogenerador (110) comprende una turbina eólica y un generador, y en el que la etapa de ajuste comprende ajustar uno del pitch de turbina eólica o la orientación de turbina eólica.

3. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, que comprende además:

comunicar la condición operativa a un sistema de control (36); y

producir desde el sistema de control (36) una señal de control en base a la acción correctiva.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el sistema de control (36) es un sistema de control de supervisión y adquisición de datos.

5. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, que comprende además determinar (206) si la acción correctiva supera un límite predeterminado, y en el que la etapa de comenzar a ajustar se produce solo si la acción correctiva supera el límite predeterminado.

6. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, que comprende además detectar una pluralidad de acciones correctivas del aerogenerador a barlovento (110).

7. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que el aerogenerador a barlovento (110) es una pluralidad de aerogeneradores a barlovento.

8. Un sistema (100) para operar un parque eólico, comprendiendo el sistema:

un aerogenerador a sotavento (112);

un aerogenerador a barlovento (110) localizado aguas arriba de un aerogenerador a sotavento (112) en relación con la dirección de flujo de viento; y

un sistema de control (36) en comunicación con el aerogenerador a barlovento y el aerogenerador a sotavento, configurado el sistema de control para producir una señal de control en base a una acción correctiva del aerogenerador a barlovento (110) y comunicar la señal de control al aerogenerador a sotavento (112), comprendiendo la acción correctiva un ajuste a una característica del aerogenerador a barlovento (110);

en el que el aerogenerador a sotavento (112) es ajustable de acuerdo con la señal de control antes de que se experimente el flujo de viento por el aerogenerador a sotavento (112); y

9. El sistema (100) de la reivindicación 8, en el que el aerogenerador a sotavento (112) comprende una turbina eólica y un generador, y en el que uno del pitch de turbina eólica y la orientación de turbina eólica es ajustable.

10. El sistema (100) de la reivindicación 8 o 9, en el que el sistema de control (36) es un sistema de control de supervisión y adquisición de datos.

11. El sistema (100) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende además una pluralidad de aerogeneradores a barlovento (110).

12. El sistema (100) de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que el sistema de control (36) está en comunicación con el aerogenerador aguas arriba (110) y el aerogenerador aguas abajo (112) a través de una de comunicación por cable, fibra óptica o radio.