ES2928626T3

ES2928626T3 - Sistema y procedimiento para reducir cargas de turbina eólica orientando la góndola a una posición predeterminada en base al desequilibrio del rotor

Info

Publication number: ES2928626T3
Application number: ES19186803T
Authority: ES
Inventors: Hubert Oing; Robert Peter Slack; Darren John Danielsen; Santiago Tomas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2022-11-21
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: EP3597904A1; US20200025170A1; EP3597904B1; US10954917B2; DK3597904T3

Abstract

Un método (100) para reducir las cargas de una turbina eólica (10) incluye determinar la velocidad del viento en la turbina eólica (10). Además, el método (100) incluye determinar un estado operativo de la turbina eólica (10). El método (100) también incluye determinar si un rotor (18) de la turbina eólica (10) está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde a un estado operativo predeterminado (ya que un desequilibrio del rotor más allá del umbral predeterminado es indicativo de un falla de cabeceo en una o más de las palas del rotor (22)). Además, el método (100) incluye la guiñada de una góndola (16) del aerogenerador (10) a una posición angular predeterminada cuando la velocidad del viento supera un umbral de velocidad predeterminado y el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para reducir cargas de turbina eólica orientando la góndola a una posición predeterminada en base al desequilibrio del rotor

Campo

[0001] La presente divulgación se refiere, en general, a turbinas eólicas, y, más en particular, a sistemas y procedimientos para reducir cargas de turbina eólica orientando la góndola de la turbina eólica a una posición de orientación/azimut favorable predeterminada en base al desequilibrio del rotor.

Antecedentes

[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles en la actualidad, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna típicamente incluye una torre, un generador, una caja de engranajes, 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 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.

[0003] Durante la operación, la dirección del viento que propulsa la turbina eólica puede cambiar. Por tanto, la turbina eólica puede ajustar la góndola, por ejemplo, a través de un ajuste de orientación (“yaw adjustment”) alrededor de un eje longitudinal de la torre para mantener la alineación con la dirección del viento. Además, cuando la turbina eólica está estacionaria o inactiva, las estrategias de control convencionales incluyen activamente realizar un seguimiento de la dirección del viento para proporcionar una mejor alineación con la dirección del viento para minimizar los retardos de arranque cuando la velocidad del viento se incremente o disminuya de nuevo en el intervalo de operación. El documento US 2009/0081041 A1 se refiere a un procedimiento para controlar una central de energía eólica.

[0004] Sin embargo, en una situación donde la turbina eólica está inactiva y el rotor está desequilibrado, existen beneficios limitados a la realización de un seguimiento del viento, ya que se necesita una reparación antes de reiniciar la turbina eólica. Además, en dichas situaciones, la turbina eólica puede experimentar cargas incrementadas.

[0005] En consecuencia, se desean sistemas y procedimientos mejorados para reducir cargas durante un estado inactivo o estacionario de una turbina eólica. En particular, la presente divulgación se dirige a sistemas y procedimientos que activamente orientan la góndola de la turbina eólica a una posición de orientación/azimut favorable predeterminada cuando la turbina eólica está inactiva o estacionaria y el rotor está desequilibrado para reducir cargas durante este escenario.

Breve descripción

[0006] Se expondrán, en parte, aspectos y ventajas de la invención en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la puesta en práctica de la invención.

[0007] En un aspecto, la presente divulgación se dirige a un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica. La turbina eólica tiene una góndola montada encima de una torre y un rotor montado en la góndola. El rotor incluye un buje rotatorio con una pluralidad de palas de rotor montadas en el mismo. El procedimiento incluye determinar una velocidad del viento en la turbina eólica. Además, el procedimiento incluye determinar un estado operativo de la turbina eólica. El procedimiento también incluye determinar si el rotor está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde a un estado operativo predeterminado, ya que un desequilibrio del rotor más allá del umbral predeterminado es indicativo de un fallo de pitch (es decir, una pala de rotor atascada) en una o más de las palas de rotor. Además, el procedimiento incluye orientar (“yawing”) la góndola a una posición angular predeterminada (tal como una posición de orientación/azimut favorable a cargas) cuando la velocidad del viento excede un umbral de velocidad predeterminado y el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado.

[0008] En un modo de realización, la etapa de determinar la velocidad del viento en la turbina eólica puede incluir recibir señales de sensor de uno o más sensores de viento en la turbina eólica y determinar la velocidad del viento en función de las señales de sensor.

[0009] En otro modo de realización, el estado operativo predeterminado de la turbina eólica puede incluir un estado inactivo, un estado estacionario, un estado de parada, un estado de operación reducida y/o un estado de mantenimiento.

[0010] En otros modos de realización, la etapa de determinar si el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado puede incluir pitchear cada una de la pluralidad de palas de rotor de la turbina eólica para incrementar potencia para acelerar una velocidad de rotor del rotor y determinar si el rotor de la turbina eólica está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base al pitcheo.

[0011] En modos de realización alternativos, la etapa de determinar si el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado puede incluir dejar que el rotor rote pasivamente y determinar si el rotor de la turbina eólica está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base a la rotación pasiva.

[0012] Todavía en otro modo de realización, la etapa de determinar si el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado puede incluir recibir, por medio del controlador, una o más mediciones de sensor de uno o más sensores, las una o más mediciones de sensor indicativas de un desequilibrio del rotor, y determinar, por medio del controlador, si el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base a una o más mediciones de sensor que se usan como entradas en un modelo informático. En dichos modos de realización, los uno o más sensores pueden incluir un sensor de proximidad, un sensor inductivo, una galga extensométrica, un sensor de radio, un sensor láser, un sensor de medición de desviación, una unidad de medición inercial en miniatura (MIMU) (“Miniature Inertial Measurement Unit”), un sensor de presión, un sensor de carga, un acelerómetro, un sensor de distancia y detección por sonido (SODAR) (“Sonic Detection and Ranging”), un sensor de distancia y detección por luz (LIDAR) (Light Detection and Ranging”), un sensor óptico, o similar, o combinaciones de los mismos.

[0013] En modos de realización adicionales, el procedimiento puede incluir planear una acción de mantenimiento después de orientar la góndola a la posición angular predeterminada.

[0014] En varios modos de realización, el procedimiento puede incluir supervisar continuamente la dirección del viento entrante y orientar la góndola a la posición angular predeterminada si la velocidad del viento está por debajo del umbral de velocidad predeterminado.

[0015] En determinados modos de realización, el procedimiento puede incluir orientar automáticamente la góndola de la turbina eólica a la posición angular predeterminada. De forma alternativa, el procedimiento puede incluir orientar manualmente la góndola de la turbina eólica a la posición angular predeterminada.

[0016] En otro aspecto, la presente divulgación se dirige a un sistema para reducir cargas de una turbina eólica. La turbina eólica tiene una góndola montada encima de una torre y un rotor montado en la góndola. El rotor incluye un buje rotatorio con una pluralidad de palas de rotor montadas en el mismo. El sistema incluye un controlador que tiene al menos un procesador configurado para realizar una o más operaciones, incluyendo, pero sin limitarse a, determinar si el rotor está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado, si el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado, determinar un estado operativo de la turbina eólica, y orientar la góndola a una posición angular predeterminada cuando el estado operativo corresponde a un estado operativo predeterminado y el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado. Se debe entender que el sistema puede incluir además cualquiera de los rasgos característicos adicionales como se describe en el presente documento.

[0017] Aún en otro aspecto, la presente divulgación se dirige a un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica mientras la turbina eólica está inactiva. La turbina eólica tiene una góndola montada encima de una torre y un rotor montado en la góndola. El rotor incluye un buje rotatorio con una pluralidad de palas de rotor montadas en el mismo. El procedimiento incluye supervisar la velocidad del viento en la turbina eólica. Además, el procedimiento incluye determinar si el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado mientras la turbina eólica está inactiva. Además, el procedimiento incluye orientar la góndola a una posición angular predeterminada cuando la velocidad del viento excede un umbral de velocidad predeterminado y el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado. También se debe entender que el procedimiento puede incluir además cualquiera de los rasgos característicos y/o etapas adicionales como se describe en el presente documento.

[0018] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de la presente memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0019] En la memoria descriptiva se expone una divulgación completa y habilitante 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 que:

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 se pueden incluir en un controlador de turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 4 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación; y

la FIG. 5 ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0020] 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. De hecho, resultará evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se pueden usar los rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0021] 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 afuera desde el 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 más o menos de 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 posibilitar que la energía cinética se transfiera, a partir del viento, en energía mecánica utilizable y, posteriormente, 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.

[0022] 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 se puede acoplar 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. A continuación, el generador 24 se puede acoplar 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 caja de engranajes 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 se puede acoplar de forma rotatoria directamente al eje principal 40.

[0023] Se debe apreciar que el eje principal 40 se puede soportar, en general, dentro de la góndola 16 por un bastidor de soporte o bancada 46 situado encima de la torre 12 de turbina eólica. Por ejemplo, el eje principal 40 se puede soportar por la bancada 46 por medio de un par de bloques de almohada (“pillow blocks”) 48, 50 montados en la bancada 46.

[0024] Como se muestra en las FIGS. 1 y 2, la turbina eólica 10 también puede incluir 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 parte de la góndola 16. Sin embargo, se debe apreciar que el controlador de turbina 26 puede estar dispuesto en cualquier localización sobre o en la turbina eólica 10, en cualquier localización en la superficie de soporte 14 o, en general, en cualquier otra localización. 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.

[0025] Además, como se muestra en la FIG. 2, pueden estar provistos uno o más sensores 57, 58 en la turbina eólica 10. Más específicamente, como se muestra, se puede configurar un sensor de pala 57 con una o más de las palas de rotor 22 para supervisar las palas de rotor 22. También se debe apreciar que, como se usa en el presente documento, el término "supervisar" y variaciones del mismo indican que los diversos sensores de la turbina eólica 10 se pueden configurar para proporcionar una medición directa de los parámetros que se supervisan o una medición indirecta de dichos parámetros. Por tanto, se pueden usar los sensores descritos en el presente documento, por ejemplo, para generar señales en relación con el parámetro que se supervisa, que, a continuación, se puede utilizar por el controlador 26 para determinar la condición.

[0026] Además, como se muestra, puede estar provisto un sensor de viento 58 en la turbina eólica 10. El sensor de viento 58, que puede ser, por ejemplo, una veleta, y anemómetro, y sensor LIDAR, u otro sensor adecuado, puede medir la velocidad y dirección del viento. Como tales, los sensores 57, 58 pueden estar además en comunicación con el controlador 26, y pueden proporcionar información relacionada al controlador 26. Por ejemplo, se puede producir la orientación de la turbina eólica 10 debido a la detección de cambios en la dirección del viento 28, para mantener la alineación de la turbina eólica 10 con la dirección del viento 28. Además, se puede producir la orientación de la turbina eólica 10 debido a la detección de una pala atascada, lo que se describe con más detalle en el presente documento.

[0027] Además, el controlador de turbina 26 también se puede acoplar en comunicación a diversos componentes de la turbina eólica 10 para controlar, en general, la turbina eólica 10 y/o dichos componentes. Por ejemplo, el controlador de turbina 26 se puede acoplar en comunicación al/a los mecanismo(s) de accionamiento de orientación 38 de la turbina eólica 10 para controlar y/o alterar la dirección de orientación de la góndola 16 en relación con la dirección 28 (FIG. 1) del viento. Además, a medida que cambia la dirección 28 del viento, el controlador de turbina 26 se puede configurar para controlar un ángulo de orientación de la góndola 16 alrededor de un eje de orientación 36 para situar las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento, controlando, de este modo, las cargas que actúan sobre la turbina eólica 10. Por ejemplo, el controlador de turbina 26 se puede configurar para transmitir consignas/señales de control a un mecanismo de accionamiento de orientación 38 (FIG.

2) de la turbina eólica 10, por medio de un controlador de orientación o transmisión directa, de modo que la góndola 16 se pueda rotar alrededor del eje de orientación 36 por medio de un rodamiento de orientación (“yaw bearing”) 56.

[0028] Todavía en referencia a la FIG. 2, 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 caja de engranajes 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 caja de engranajes de accionamiento de pitch 35 de modo que el motor de accionamiento de pitch 33 confiera fuerza mecánica a la caja de engranajes de accionamiento de pitch 35. De forma similar, la caja de engranajes 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 (“pitch bearing”) 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 caja de engranajes de accionamiento de pitch 35 y el piñón de accionamiento de pitch 37, rotando, de este modo, el rodamiento de pitch 54 y la pala de rotor 22 alrededor del eje de pitch 34.

[0029] Como tal, el controlador de turbina 26 también se puede acoplar en comunicación 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 30 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). Por ejemplo, el controlador de turbina 26 y/o el controlador de pitch 30 se pueden configurar para transmitir una consigna/señal de control a cada mecanismo de ajuste de pitch 32 de modo que el/los mecanismo(s) de ajuste de pitch 32 ajuste(n) el ángulo de pitch de las palas de rotor 22 como se describe en el presente documento. El controlador de turbina 26 puede controlar el ángulo de pitch de las palas de rotor 22, de forma individual o bien simultánea, transmitiendo consignas/señales de control adecuadas a un controlador de pitch de la turbina eólica 10, que se puede configurar para controlar la operación de una pluralidad de accionamientos de pitch o mecanismos de ajuste de pitch 32 de la turbina eólica, o controlando directamente la operación de la pluralidad de accionamientos de pitch o mecanismos de ajuste de pitch.

[0030] En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de componentes adecuados que se pueden incluir dentro del controlador 26 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el controlador 26 puede incluir uno o más procesadores 60 y dispositivo(s) de memoria 62 asociado(s) configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizando los procedimientos, etapas, cálculos y similares y almacenando datos pertinentes como se divulga en el presente documento). Adicionalmente, el controlador 26 también puede incluir un módulo de comunicaciones 64 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 26 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 se conviertan en señales que se puedan entender y procesar por los procesadores 60. Se debe apreciar que los sensores 57, 58 se pueden acoplar en comunicación al módulo de comunicaciones 64 usando cualquier medio adecuado. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3, los sensores 57, 58 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 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.

[0031] 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 que se incluyen 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 pueden comprender, en general, elemento(s) de memoria, incluyendo, pero sin limitarse a, medio legible por ordenador (por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM)), medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disquete, un disco compacto de memoria de solo lectura (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.

[0032] Como se analiza anteriormente, una turbina eólica 10, tal como la góndola 16 de la misma, puede rotar alrededor del eje de orientación 36 según se requiera. En particular, se puede producir la rotación alrededor del eje de orientación 36 debido a cambios en la dirección del viento 28, de modo que el rotor 18 esté alineado con la dirección del viento 28. Por ejemplo, cuando la turbina eólica 10 está en un estado inactivo, el controlador 26 activamente realiza un seguimiento de la dirección del viento para proporcionar mejor alineación con el viento y minimizar los retardos de arranque cuando la velocidad del viento se incrementa o disminuye de nuevo en el intervalo de operación. Sin embargo, en una situación donde la turbina eólica 10 está en un estado inactivo o estacionario y una o más de las palas de rotor 22 se atasca, existen beneficios limitados a la realización de un seguimiento del viento porque se requerirá reparación antes de reiniciar la turbina eólica 10. Por tanto, en dichas situaciones, el controlador de turbina 26 está configurado para implementar una estrategia de control para reducir la fuerza de arrastre sobre la pala de rotor con fallo para reducir cargas sobre la misma y/o para evitar el desequilibrio del rotor.

[0033] Más específicamente, como se muestra en la FIG. 4, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 100 para reducir cargas de la turbina eólica 10 en situaciones donde la turbina eólica 10 esté en un estado inactivo o estacionario y una o más de las palas de rotor 22 se atasque. En general, el procedimiento 100 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 10 mostrada en las FIGS. 1 y 2, así como los diversos componentes de controlador mostrados en la FIG. 3. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 100 divulgado se puede implementar con turbinas eólicas que tengan cualquier otra configuración adecuada y/o dentro de sistemas que tengan cualquier otra configuración de sistema adecuada. Además, aunque la FIG. 4 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos divulgados en el presente documento no están limitados a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversas maneras sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0034] Como se muestra en 102, el procedimiento 100 puede incluir opcionalmente determinar la velocidad del viento en la turbina eólica 10. Por ejemplo, en un modo de realización, el controlador 26 puede determinar la velocidad del viento al recibir señales de sensor de uno o más sensores de viento en la turbina eólica 10, por ejemplo, por medio del sensor de viento 58. A continuación, el controlador 26 puede determinar la velocidad del viento en función de las señales de sensor.

[0035] Todavía en referencia a la FIG. 4, como se muestra en 104, el procedimiento 100 puede incluir determinar un estado operativo de la turbina eólica 10. Por ejemplo, en un modo de realización, el estado operativo predeterminado de la turbina eólica 10 puede incluir un estado inactivo, un estado estacionario, un estado de parada y/o un estado de mantenimiento. Como se usa en el presente documento, el "estado de parada" de la turbina eólica 10, en general, se refiere al estado operativo donde el generador 24 de la turbina eólica 10 está parado. Como se usa en el presente documento, el "estado inactivo" de la turbina eólica 10, en general, se refiere al estado operativo donde, debido a la falta de viento u otras condiciones operativas (por ejemplo, fallos), se deja que el buje rotatorio 20 de la turbina eólica 10 rote (es decir, se quede inactivo) a bajas velocidades de rotación, por ejemplo, alrededor de 0,2 rpm, en lugar de detenerse por completo. Como tal, la turbina eólica 10 se puede parar, pero se puede dejar que quede inactiva. Por el contrario, un "estado estacionario" de la turbina eólica 10, en general, se refiere al estado operativo donde el buje rotatorio 20 se detiene y se evita que rote, por ejemplo, por medio de frenado. Además, un "estado de mantenimiento" de la turbina eólica 10, en general, se refiere al estado operativo donde la turbina se está sometiendo a un procedimiento de mantenimiento y la turbina eólica 10 está parada.

[0036] Por tanto, como se muestra en 106, el procedimiento 100 puede incluir determinar si el rotor 18 está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde a un estado operativo predeterminado, por ejemplo, cuando la turbina eólica está inactiva. Puesto que puede existir algún nivel de desequilibrio en el rotor 18, el procedimiento 100 evalúa el desequilibrio del rotor con respecto al umbral predeterminado para garantizar que el desequilibrio sea de una determinada magnitud antes de seguir adelante. El controlador 26 está configurado para determinar el desequilibrio del rotor usando una variedad de procedimientos. Por ejemplo, en un modo de realización, el controlador 26 puede pitchear simultáneamente cada una de la pluralidad de palas de rotor 22 de la turbina eólica 10 para incrementar potencia para acelerar una velocidad de rotor del rotor 18 y determinar si el rotor 18 está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado en base al pitcheo. Por ejemplo, si una o más de las palas 22 no pitchean para incrementar la potencia, el controlador 26 puede determinar que una pala de rotor 22 de este tipo está atascada, provocando, de este modo, un desequilibrio del rotor. En modos de realización alternativos, en lugar de activamente pitchear las palas de rotor 22, el controlador 26 puede dejar que el rotor 18 rote pasivamente y determinar si el rotor 18 está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base a la rotación pasiva.

[0037] Todavía en otro modo de realización, el controlador 26 puede recibir una o más mediciones de sensor de uno o más sensores que sean indicativas de un desequilibrio del rotor. En dichos modos de realización, el controlador 26 puede determinar si el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base a la(s) medición/mediciones de sensor, por ejemplo, introduciendo las mediciones de sensor en un modelo informático y calculando el desequilibrio del rotor por medio de uno o más algoritmos. Los diversos sensores descritos en el presente documento pueden incluir cualquier sensor adecuado, tal como un sensor de proximidad, un sensor inductivo, una galga extensométrica, un sensor de radio, un sensor láser, un sensor de medición de desviación, una unidad de medición inercial en miniatura (MIMU), un sensor de presión, un sensor de carga, un acelerómetro, un sensor de distancia y detección por sonido (SODAR), un sensor de distancia y detección por luz (LIDAR), un sensor óptico, o similar, o combinaciones de los mismos.

[0038] Todavía en referencia a la FIG. 4, como se muestra en 108, el procedimiento 100 puede incluir determinar si la velocidad del viento excede un umbral de velocidad predeterminado. El umbral de velocidad predeterminado se puede establecer en cualquier valor de velocidad del viento. Por ejemplo, en un modo de realización, el umbral de velocidad predeterminado puede incluir velocidades del viento por encima de una velocidad de desconexión. Si la velocidad del viento excede el umbral de velocidad predeterminado, como se muestra en 110, el procedimiento 100 incluye orientar la góndola 16 a una posición angular predeterminada (por ejemplo, una posición de orientación/azimut favorable de cargas predeterminada) cuando la velocidad del viento excede un umbral de velocidad predeterminado y el rotor 18 está desequilibrado. En modos de realización adicionales, el procedimiento 100 puede incluir planear una acción de mantenimiento después de orientar la góndola 16. Por ejemplo, en determinados modos de realización, la acción de mantenimiento puede incluir planear una inspección y/o reparación de la pala 22 atascada.

[0039] En un modo de realización, por ejemplo, durante el estado inactivo, el controlador 26 se puede configurar para orientar automáticamente la góndola 16. En modos de realización alternativos, por ejemplo, durante el estado de mantenimiento, un usuario puede seleccionar manualmente la orientación de la góndola 16. En consecuencia, la orientación de la góndola 16 proporciona una sustancial reducción de cargas. En otros modos de realización, como se muestra en 112, el procedimiento 100 puede incluir supervisar continuamente la velocidad del viento y/o la dirección del viento entrante. Como tal, si la velocidad del viento no excede el umbral de velocidad predeterminado, como se muestra en 114, el procedimiento 100 también puede incluir implementar o desencadenar una acción de control (o acción correctiva). Por ejemplo, el procedimiento 100 puede incluir pitchear una o más de las palas de rotor 22, modificar la velocidad del generador, reducir la potencia de la turbina eólica 10, aumentar la potencia de la turbina eólica 10, modificar un par de torsión de la turbina eólica 10, etc. Si la turbina eólica 100 reanuda la operación normal, el controlador 26 también se puede configurar para orientar la góndola 16 siempre que la velocidad del viento permanezca por debajo del umbral de velocidad predeterminado.

[0040] En referencia ahora a la FIG. 5, se ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento 200 para reducir cargas de la turbina eólica 10. Más específicamente, el procedimiento 200 está configurado para reducir cargas en situaciones donde la turbina eólica 10 tiene una pala de rotor 22 atascada y provoca un desequilibrio del rotor (como se detecta en la operación normal o una parada por fallo) y, a continuación, cambia a un estado inactivo o estacionario. En general, el procedimiento 200 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 10 mostrada en las FIGS. 1 y 2, así como los diversos componentes de controlador mostrados en la FIG. 3. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 200 divulgado se puede implementar con turbinas eólicas que tengan cualquier otra configuración adecuada y/o dentro de sistemas que tengan cualquier otra configuración de sistema adecuada. Además, aunque la FIG. 5 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos divulgados en el presente documento no están limitados a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversas maneras sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0041] Como se muestra en 202, comienza el procedimiento de control 200. Como se muestra en 204, el procedimiento 200 puede incluir determinar si el rotor 18 está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado (es decir, durante la operación normal o durante una parada por fallo). Si así es, como se muestra en 206, el procedimiento 200 puede incluir determinar un estado operativo de la turbina eólica 10. Además, como se muestra en 208, el procedimiento 200 puede incluir orientar la góndola 16 a una posición angular predeterminada cuando el estado operativo corresponde a un estado operativo predeterminado (es decir, inactivo y/o de mantenimiento o reparación) y el rotor está desequilibrado más allá del umbral predeterminado.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un procedimiento (100) para reducir cargas de una turbina eólica (10), teniendo la turbina eólica (10) una góndola (16) montada encima de una torre (12) y un rotor (18) montado en la góndola (16), teniendo el rotor (18) un buje rotatorio (20) con una pluralidad de palas de rotor (22) montadas en el mismo, comprendiendo el procedimiento (100):

determinar una velocidad del viento en la turbina eólica (10);

determinar un estado operativo de la turbina eólica (10);

determinar si el rotor (18) está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde a un estado operativo predeterminado, en el que un desequilibrio del rotor (18) más allá del umbral predeterminado es indicativo de un fallo de pitch en una o más de las palas de rotor (22); y

orientar la góndola (16) a una posición angular predeterminada cuando la velocidad del viento excede un umbral de velocidad predeterminado y el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado.
2. El procedimiento (100) de la reivindicación 1, en el que determinar la velocidad del viento en la turbina eólica (10) comprende además:

recibir señales de sensor de uno o más sensores de viento en la turbina eólica (10); y determinar la velocidad del viento en función de las señales de sensor.
3. El procedimiento (100) de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el estado operativo predeterminado de la turbina eólica (10) comprende al menos uno de un estado inactivo, un estado estacionario, un estado de parada, un estado de operación reducida o un estado de mantenimiento.
4. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que determinar si el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado comprende además:

pitchear cada una de la pluralidad de palas de rotor (22) de la turbina eólica (10) para incrementar potencia para acelerar una velocidad de rotor del rotor (18); y

determinar si el rotor (18) de la turbina eólica (10) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base al pitcheo.
5. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que determinar si el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado comprende además:

dejar que el rotor (18) rote pasivamente; y

determinar si el rotor (18) de la turbina eólica (10) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base a la rotación pasiva.
6. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que determinar si el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado comprende además:

recibir, por medio del controlador (26), una o más mediciones de sensor de uno o más sensores, las una o más mediciones de sensor indicativas de un desequilibrio del rotor (18); y

determinar, por medio del controlador (26), si el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base a una o más mediciones de sensor que se usan como entradas en un modelo informático.
7. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además planear, por medio del controlador (26), una acción de mantenimiento después de orientar la góndola (16) a la posición angular predeterminada.
8. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además supervisar continuamente la dirección del viento entrante y orientar la góndola (16) para reanudar la operación normal si la velocidad del viento está por debajo del umbral de velocidad predeterminado.
9. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además orientar automáticamente la góndola (16) de la turbina eólica (10).
10. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además orientar manualmente la góndola (16) de la turbina eólica (10).
11. Un sistema para reducir cargas de una turbina eólica (10), teniendo la turbina eólica (10) una góndola (16) montada encima de una torre (12) y un rotor (18) montado en la góndola (16), teniendo el rotor (18) un buje rotatorio (20) con una pluralidad de palas de rotor (22) montadas en el mismo, comprendiendo el sistema: un controlador (26) que comprende al menos un procesador configurado para realizar una o más operaciones, comprendiendo las una o más operaciones:

determinar si el rotor (18) está desequilibrado más allá de un umbral predeterminado;

si el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado, determinar un estado operativo de la turbina eólica (10); y

orientar la góndola (16) a una posición angular predeterminada cuando el estado operativo corresponde a un estado operativo predeterminado y el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado.
12. El sistema de la reivindicación 11, que comprende además al menos un sensor de viento acoplado en comunicación al controlador (26), el al menos un sensor de viento configurado para generar señales de sensor representativas de al menos un parámetro del viento en la turbina eólica (10), comprendiendo además las una o más operaciones determinar una velocidad del viento en la turbina eólica (10) en base a las señales de sensor.
13. El sistema de las reivindicaciones 11 o 12, en el que el estado operativo predeterminado de la turbina eólica (10) comprende al menos uno de un estado inactivo, un estado estacionario, un estado de parada, un estado de operación reducida o un estado de mantenimiento.
14. El sistema de las reivindicaciones 11, 12 o 13, en el que determinar si el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado comprende además:

pitchear cada una de la pluralidad de palas de rotor (22) de la turbina eólica (10) para incrementar potencia para acelerar una velocidad de rotor del rotor (18); y

determinar si el rotor (18) de la turbina eólica (10) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base al pitcheo.
15. El sistema de las reivindicaciones 11, 12, 13 o 14, en el que determinar si el rotor (18) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado cuando el estado operativo corresponde al estado operativo predeterminado comprende además:

dejar que el rotor (18) rote pasivamente; y

determinar si el rotor (18) de la turbina eólica (10) está desequilibrado más allá del umbral predeterminado en base a la rotación pasiva.