ES2934717T3 - Amortiguación de las vibraciones de las palas de las turbinas eólicas en el sentido del borde - Google Patents
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Abstract
Se presenta un método para amortiguar una vibración de borde de una pala de rotor de una turbina eólica, en el que el método comprende medir en la pala de rotor un parámetro de movimiento de la vibración de la pala de rotor de borde, generando en base a dicho parámetro de movimiento una señal de control del ángulo de inclinación de la pala. , y amortiguar la vibración de borde de la pala del rotor mediante el cabeceo de la pala del rotor según la señal de control del ángulo de inclinación de la pala, en el que la señal de control del ángulo de inclinación de la pala está dispuesta de modo que la fuerza resultante sobre una pala del rotor inclinada según el control del ángulo de inclinación de la pala La señal, en una dirección de la vibración de borde de la pala de rotor en un sistema de coordenadas, que gira con un rotor de la turbina eólica, es opuesta y proporcional a la velocidad de vibración de la pala de rotor de borde. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Amortiguación de las vibraciones de las palas de las turbinas eólicas en el sentido del borde
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica, más concretamente, a un método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica mediante el ajuste del paso de la pala de rotor.
Antecedentes de la invención
Una turbina eólica, tal y como se conoce en la técnica, comprende una torre eólica y un rotor. El rotor comprende una o más palas de rotor. Oscilaciones y vibraciones de las palas de rotor, por ejemplo, vibraciones en los bordes, son indeseables, ya que en el peor de los casos pueden dañar las palas. Además, las vibraciones en el sentido del borde son especialmente perjudiciales, ya que, entre otras cosas, pueden provocar grietas en la raíz de la pala o a lo largo del borde de salida.
Para eliminar las vibraciones perjudiciales de las palas se sabe que hay que apagar la turbina eólica durante un periodo de tiempo si se detectan vibraciones en el sentido del borde potencialmente perjudiciales en las palas. Pero si estas vibraciones se detectan con frecuencia, este método reducirá seriamente el rendimiento global de la turbina eólica. También se sabe que las palas están dotadas de diferentes formas de amortiguadores mecánicos, la mayoría de las veces se basan en el principio de una masa montada sobre un muelle combinada con un dispositivo de amortiguación o pueden estar provistos de diferentes tipos de amortiguadores líquidos. Aunque este tipo de amortiguadores de frecuencia específica pesan menos que los amortiguadores multifrecuencia tradicionales, siguen teniendo la desventaja de añadir un peso considerable a la punta de la pala.
El documento WO 2008/040347 A1 describe una turbina eólica que comprende un rotor que incluye una o más palas de paso ajustable, y medios de detección para detectar las oscilaciones en el sentido del borde en una o más de dichas palas. La turbina eólica se caracteriza por que la turbina eólica comprende medios de control para cambiar el ángulo de paso de una o más de las palas si los medios de detección detectan oscilaciones en el sentido del borde en una o más de las palas, amortiguando o eliminando de ese modo las oscilaciones en el sentido del borde.
El documento US2012/257967 describe un método para generar una señal de control del ángulo de paso de la pala para amortiguar una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde, variando la señal de control del ángulo de paso de la pala de acuerdo con un movimiento de vibración de la pala de rotor.
Sumario de la invención
Puede considerarse como un objeto de la presente invención proporcionar un método para o la amortiguación de una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica que resuelva o mitigue los problemas mencionados anteriormente con la reducción del rendimiento global y/o el peso adicional.
Se pretende obtener el objeto descrito anteriormente en un primer aspecto de la invención proporcionando un método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1.
La invención es particularmente, pero no exclusivamente, ventajosa para obtener un método de amortiguación de una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica, que puede prescindir de la necesidad de añadir amortiguadores mecánicos, lo que puede reducir el número de casos en los que una turbina eólica tiene que ser apagada, es decir, reducir el tiempo de inactividad, y/o que puede facilitar el mantenimiento de un alto rendimiento global. Una o más de estas ventajas pueden dar mayor libertad en el diseño de las palas de rotor, lo que a su vez puede permitir que las turbinas eólicas funcionen más cerca del margen de estabilidad.
Por "una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde" se entienden las vibraciones u oscilaciones a lo largo de la cuerda entre el borde de salida y el borde de ataque de la pala. Además, se entiende que en general, la "vibración de la pala de rotor en el sentido del borde" se refiere al primer modo de flexión de la pala en el sentido del borde.
Por "una velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde" puede entenderse una velocidad lineal de la pala, en particular el centro de masa de la pala, en una dirección del movimiento en el sentido del borde que se encuentra a lo largo de la cuerda entre el borde de salida y el borde de ataque de la pala en un sistema de coordenadas, que gira con el rotor de la turbina eólica.
Por "medición en la pala de rotor" puede entenderse la medición del parámetro de movimiento específicamente para la pala, tal como la obtención de datos brutos de parámetros de movimiento relacionados específicamente con la pala. Esto puede ser ventajoso para permitir la generación de una señal de control del ángulo de paso de la pala, que es
particularmente adecuado para amortiguar una velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde específicamente de la pala en particular. De manera más particular, se evita que los datos brutos de los parámetros de movimiento se contaminen con contribuciones de otras vibraciones, en particular, las vibraciones de las palas de rotor en el sentido del borde de otras palas de rotor, lo que puede dar lugar a una señal de control del ángulo de paso de la pala defectuosa, que, en el peor de los casos, podría aumentar la amortiguación con consecuencias posiblemente perjudiciales. Por "medición en la pala de rotor" puede entenderse, en particular, la medición local en la pala o dentro de la pala, tal como la obtención de los datos pertinentes, tal como la información de los parámetros de movimiento, dentro de o en la pala específica.
De acuerdo con una realización, se presenta un método en donde
- la medición de un parámetro de movimiento de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde en la pala de rotor,
comprende la recepción de información del parámetro de movimiento, tal como la información que permite derivar el parámetro de movimiento, de un sensor colocado en la pala de rotor o dentro de la pala de rotor.
Una posible ventaja de tener un sensor colocado dentro de la pala (por ejemplo, en el interior de la pala) o en la pala de rotor (por ejemplo, en la raíz de la pala) puede ser que los datos del sensor se refieren particularmente a la pala correspondiente (lo que puede no ser el caso si el sensor se coloca en otro lugar, p. ej., en la torre o en una góndola).
Por "señal de control del ángulo de paso de la pala" puede entenderse una señal de control de paso utilizada para controlar un actuador de paso, tal como la enviada desde un sistema de control, tal como un sistema de control de paso, a un sistema de fuerza de paso, que ajusta el paso de la pala.
Por "amortiguación de una vibración en el sentido del borde" se entiende ejercer una fuerza de amortiguación, tal como una fuerza, que tiene una dirección opuesta a la dirección del movimiento de vibración de la pala durante la vibración en el sentido del borde, teniendo dicha fuerza una magnitud que es proporcional a la velocidad de dicho movimiento, es decir, opuesta y proporcional a la velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde.
Por "amortiguación de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde mediante el ajuste del paso de la pala de rotor de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala" puede entenderse el paso de la pala de modo que una fuerza resultante, tal como una fuerza aerodinámica resultante debida a dicho ajuste del paso, actúe para amortiguar la vibración en el sentido del borde.
Por "una fuerza resultante en una pala de rotor en una dirección de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde" se entiende en general una fuerza ejercida sobre la pala, cuya fuerza resultante puede acelerar el centro de masa de la pala de rotor en una dirección a lo largo de la cuerda entre el borde de salida y el borde de ataque de la pala. La fuerza resultante puede entenderse como que comprende fuerzas aerodinámicas sobre la pala, tal como las fuerzas aerodinámicas derivadas del ajuste del paso de la pala, en particular debido al ajuste del paso de la pala de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala. Con el fin de analizar las velocidades, las aceleraciones y las fuerzas en el contexto de esta solicitud, cualquier velocidad angular o aceleración angular del rotor se desprecia.
Una turbina eólica puede comprender una pluralidad de palas de rotor. En consecuencia, se presenta un método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pluralidad de palas de rotor de una turbina eólica, comprendiendo el método la amortiguación de una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con el primer aspecto, individualmente para una o más de las palas dentro de la pluralidad de palas de rotor. De este modo, de acuerdo con este método, una o más palas dentro de una pluralidad de palas pueden tener sus vibraciones en el sentido del borde amortiguadas, en donde cada una de dicha una o más palas tiene sus vibraciones en el sentido del borde amortiguadas individualmente, tal como a través de la medición individual del parámetro de movimiento, la generación individual de la señal de control del ángulo de paso de la pala, y la amortiguación individual de la vibración en el sentido del borde de cada pala de rotor mediante el ajuste del paso individual de cada pala de rotor de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso individual de las palas. En el caso de que el método se refiera a la amortiguación de las respectivas vibraciones en el sentido del borde en una pluralidad de palas, entonces
- la medición de un parámetro de movimiento de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde en la pala de rotor,
puede comprender la recepción de información de parámetros de movimiento de una pluralidad de sensores, con un sensor colocado en cada pala de rotor o en cada pala de rotor individual.
En un segundo aspecto, la invención se refiere a un producto de programa informático que tiene instrucciones que, cuando se ejecutan hacen que un dispositivo informático o un sistema de control para una turbina eólica realice un método de acuerdo con el primer aspecto.
En un tercer aspecto, la invención se refiere a un sistema de control, tal como un sistema de control dispuesto para amortiguar una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde de una o más palas de rotor de una turbina eólica, que está dispuesto para llevar a cabo el método de acuerdo con el primer aspecto. El sistema de control puede estar dispuesto para determinar una señal de paso y puede implementarse en un controlador general para una turbina eólica
o un elemento de control, tal como un controlador de paso dedicado.
En un cuarto aspecto, la invención se refiere a una turbina eólica que comprende un sistema de control de acuerdo con el tercer aspecto.
Muchas de las características que las acompañan se apreciarán más fácilmente a medida que las mismas se comprendan mejor por referencia a la siguiente descripción detallada considerada en relación con los dibujos adjuntos. Las características preferidas pueden combinarse según convenga, como sería evidente para un experto, y pueden combinarse con cualquiera de los aspectos de la invención.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 muestra una turbina eólica 100.
La figura 2 muestra una pala de turbina eólica tal como se ve desde el lado frontal/de presión.
La figura 3 muestra un método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con una realización.
Las figuras 4-5 muestran los resultados de una simulación de una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor.
La figura 6 ilustra un ejemplo de diagrama de flujo que muestra la determinación de un desplazamiento de paso que crea una fuerza opuesta al movimiento en el sentido del borde.
Descripción de las realizaciones
La presente invención se explicará ahora en detalles adicionales. Mientras que la invención es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, se han divulgado a modo de ejemplos, realizaciones específicas.
La figura 1 muestra una turbina eólica 100 (que también puede denominarse generador eólico (WTG)) que comprende una torre 101 y un rotor 102 con al menos una pala de rotor 103, tal como tres palas de rotor. El rotor está conectado a una góndola 104, que está montado en la parte superior de la torre 101 y que está adaptado para accionar un generador situado en el interior de la góndola. El rotor 102 puede girar alrededor de un eje de rotor 105 por acción del viento. La energía giratoria inducida por el viento de las palas de rotor 103 se transmite a través de un árbol hasta el generador. De este modo, la turbina eólica 100 es capaz de convertir la energía cinética del viento en energía mecánica gracias a las palas de rotor y, posteriormente, en energía eléctrica gracias al generador. El generador puede incluir un convertidor de potencia para convertir la potencia de CA del generador en una potencia de CC y un inversor de potencia para convertir la potencia de CC en una potencia de CA que se inyectará en una red eléctrica. El generador es controlable para producir una potencia correspondiente a una solicitud de potencia. Las palas de rotor 103 pueden tener un paso ajustado para modificar las propiedades aerodinámicas de las palas, p. ej., para maximizar la captación de la energía eólica y garantizar que las palas de rotor no estén sometidas a cargas demasiado grandes cuando soplan vientos fuertes y para amortiguar las oscilaciones en el sentido del borde. La turbina eólica 100 comprende un sistema de control dispuesto para amortiguar una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde de una o más palas de la turbina eólica, el sistema de control puede estar dispuesto para determinar una señal de paso y puede implementarse en un controlador general para una turbina eólica o un elemento de control, tal como un controlador de paso dedicado, p. ej., donde las palas tienen un paso ajustado individualmente mediante un sistema de paso con un sistema de fuerza de paso controlado por un sistema de control de paso, donde el sistema de fuerza de paso incluye actuadores, tales como los actuadores hidráulicos, para el ajuste del paso individual de las palas en función de una señal de paso procedente del sistema de control de paso, tal como la señal de paso que comprende una o más señales individuales de control del ángulo de paso de la pala correspondientes a una o más palas respectivas.
La figura 2 muestra una pala de turbina eólica 103, tal como se ve desde el lado frontal/de presión. Se puede hacer referencia a pala de turbina eólica y a la pala de rotor, como la pala de rotor de una turbina eólica, indistintamente. La pala de turbina eólica 103 comprende un borde de ataque 206, un borde de salida 207, una punta 208 y una raíz 209. Una pala de turbina eólica 103 conocida en la técnica se fabrica típicamente de un material compuesto de fibra de vidrio y resina reforzado con fibra de carbono, madera reforzada con fibra de carbono o una combinación de los mismos. Una pala de turbina eólica 103 conocida en la técnica, tiene un centro elástico que está más cerca del borde de ataque 206 que del borde de salida 207, al menos con relación a la mayor parte de la pala 103. Si tienen lugar oscilaciones en el sentido del borde a una frecuencia en o próxima a la primera frecuencia natural en el sentido del borde de las palas, especialmente el borde de salida 207 está por lo tanto expuesto a una tensión considerable, que en determinadas condiciones puede dañar la pala 103 y provocar grietas a lo largo del borde de salida 207. Durante el ajuste del paso, la pala gira alrededor de un eje de paso 210, que normalmente puede corresponder sustancialmente al eje de longitud de la pala. La flecha 211 indica la dirección de "una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde" a lo largo o en paralelo con la cuerda entre el borde de salida y el borde de ataque de la pala.
Las vibraciones en el sentido del borde pueden amortiguarse ejerciendo una fuerza resultante, tal como una fuerza aerodinámica, en una dirección de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde en un sistema de coordenadas, que gira con el rotor de la turbina eólica, cuya fuerza es opuesta y proporcional a la velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde.
El método puede considerarse como una emulación de un amortiguador viscoso al crear una fuerza que se opone al movimiento de vibración en el sentido del borde de la pala. El comportamiento de la pala puede modelarse como un simple sistema lineal de muelle-masa-amortiguador. Las vibraciones en el sentido del borde pueden modelarse como un simple sistema lineal muelle-masa-amortiguador. El desplazamiento de la pala x a lo largo de la dirección en el sentido del borde en función del tiempo t se rige en consecuencia por la ecuación diferencial:
mx(t) cx(t) kx(t) = F(t)
Donde m es la masa, c el coeficiente de amortiguación y k es la constante del muelle. La amortiguación puede realizarse generando una fuerza F(t) proporcional a la velocidad de vibración* (t). Esto puede lograrse, por ejemplo, para una pala o de forma independiente para cada pala de una pluralidad de palas mediante:
a) Medición de la aceleración de la vibración en el sentido del borde de la pala, x(t)
b) Compensación de la lectura del momento inducido por el peso propio
c) Estimación de la velocidad de las palas en el sentido del borde a través de un integrador de fugas, * ( 0 x(t) d) Generación mediante el ajuste del paso individual de dicha pala de una fuerza resultante proporcional a la velocidad estimada, F(t) = —KPx(t)
La figura 3 muestra un método 330 para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con una realización, que comprende:
- la medición 312 de un parámetro de movimiento 314 en la pala de rotor, en donde dicho parámetro de movimiento permite determinar una velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde, - la cuantificación 316 de un parámetro de vibración, como un nivel RMS de deformación en una posición de la pala, de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde, y opcionalmente la generación de una señal de activación 318 que inicie la amortiguación en caso de que el parámetro de vibración supere un umbral de entrada predeterminado,
- (en caso de que el parámetro de vibración supere un umbral de entrada predeterminado) la generación 320 basándose en dicho parámetro de movimiento 314 de una señal de control del ángulo de paso de la pala 322, y envío de la señal de control del ángulo de paso de la pala a un sistema de paso,
- la amortiguación 324 de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde mediante el ajuste del paso de la pala de rotor de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala 322,
en donde la señal de control del ángulo de paso de la pala 322 está dispuesta de manera que una fuerza resultante en una pala de rotor tiene un paso ajustado de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala, en una dirección de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde en un sistema de coordenadas, que gira con el rotor de la turbina eólica, es opuesta y proporcional a la velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde.
De acuerdo con una realización, se presenta un método en donde
- la amortiguación de la vibración en el sentido del borde de la pala de rotor mediante el ajuste del paso de la pala de rotor de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala,
se lleva a cabo durante un periodo de tiempo limitado, tal como la realizada durante sólo 60 segundos, tal como sólo 30 segundos, tal como sólo 10 segundos, tal como sólo 5 segundos, tal como por ejemplo, sólo 1 segundo. Una posible ventaja de llevar a cabo el método durante un tiempo tan limitado es que permite ahorrar la vida útil de los cojinetes de las palas y/o limitar el consumo de aceite hidráulico (en el caso del sistema de paso hidráulico).
De acuerdo con una realización, el método comprende:
- la cuantificación de un parámetro de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde,
- la amortiguación de la vibración en el sentido del borde de la pala de rotor de la turbina eólica si el parámetro de vibración supera un umbral de entrada predeterminado.
Una ventaja de esta realización puede ser que garantiza que la amortiguación se realiza cuando -y sólo- cuando es necesaria, tal como garantizando que las vibraciones puedan mantenerse a un nivel aceptable (por debajo del umbral de entrada), sin reducir la vida útil de los cojinetes de las palas y/o consumir aceite hidráulico (en el caso del sistema de paso hidráulico) innecesariamente, p. ej., cuando el nivel de vibración es aceptable. El parámetro de vibración puede ser un nivel RMS, tal como un nivel RMS de deformación dentro de la pala, tal como en una determinada posición dentro de la pala. El umbral de entrada predeterminado puede ser un umbral correspondiente a un valor del parámetro de vibración más allá del cual la fatiga puede ser relevante y/o más allá del cual las vibraciones -si no se amortiguan- podrían ser peligrosas para la integridad estructural de la pala.
De acuerdo con otra realización, el método comprende:
- la cuantificación del parámetro de vibración de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde si el parámetro de vibración supera el umbral de entrada predeterminado,
- detener la amortiguación de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde de la turbina eólica si el parámetro de vibración baja de un umbral de salida predeterminado.
Puede entenderse que si el parámetro de vibración supera el umbral de entrada predeterminado y se inicia la amortiguación, entonces el parámetro de vibración puede ser cuantificado posteriormente, tal como cuantificado repetidamente, y la amortiguación se detiene si el parámetro de vibración baja de un umbral de salida predeterminado. El umbral de salida predeterminado puede ser idéntico o diferente con respecto a, tal como inferior a, el umbral de entrada predeterminado.
De acuerdo con otra realización adicional, se presenta un método en donde la turbina eólica se detiene:
- si el parámetro de vibración supera el umbral de entrada predeterminado y transcurre entonces una cantidad de tiempo predeterminada tras la cual el parámetro de vibración está por encima de un umbral de parada predeterminado,
y/o
- si el parámetro de vibración supera el umbral de entrada predeterminado y pasa una cantidad de tiempo predeterminada en la que el parámetro de vibración aumenta.
Una de las ventajas de esta realización es que protege la turbina eólica, tal como la integridad estructural de la turbina eólica, deteniéndola en caso de que el parámetro de vibración sea demasiado elevado (por encima de un umbral de parada predeterminado) incluso después de haber intentado la amortiguación (es decir, después de que haya transcurrido un umbral de tiempo predeterminado desde que se inició la amortiguación debido a que se superó el umbral de entrada predeterminado) y/o si el parámetro de vibración sigue aumentando incluso después de que se haya intentado la amortiguación (es decir, después de que haya pasado una cantidad de tiempo predeterminada desde que se inició la amortiguación debido a que se superó el umbral de entrada predeterminado).
De acuerdo con una realización, se presenta un método, en donde la turbina eólica se detiene si el parámetro de vibración supera un umbral de desconexión predeterminado. Una de las ventajas de esta realización puede ser que salvaguarda la integridad estructural de la turbina eólica al detenerla en caso de que el parámetro de vibración sea demasiado elevado, como tan alto que la fatiga se convierte en un problema y o que la integridad estructural de la turbina eólica está en riesgo.
De acuerdo con una realización, la señal de control del ángulo de paso de la pala está dispuesta de manera que la pala de rotor tienen un paso ajustado de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala tiene el ángulo de paso desplazado con una cantidad, tal como una cantidad angular que puede denominarse desplazamiento, proporcional a la velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde. El método de acuerdo con esta realización se aplica para ángulos de paso que son lo suficientemente pequeños, que las correspondientes fuerzas resultantes, tales como las fuerzas aerodinámicas correspondientes, son sustancialmente proporcionales al ángulo de paso.
De acuerdo con una realización adicional, se presenta un método, en donde dicho desplazamiento, tal como este desplazamiento correspondiente a la cantidad angular del ángulo de paso, se genera además de un algoritmo de ángulo de paso normal que controla el ángulo de paso de dichas palas en relación con los parámetros normales de control de la turbina eólica. En general, se puede entender, que cuando se refiere al "ángulo de paso" para la amortiguación, entonces el ángulo de paso (en la señal de control del ángulo de paso de la pala) es una compensación del ángulo de paso que se aplica además de un cambio de ángulo de paso que se realiza para optimizar el ángulo de las palas con respecto al viento entrante durante el funcionamiento normal, tal como en relación con la potencia de salida, carga y ruido. La referencia a "normal" en este contexto se entiende como una referencia al algoritmo, parámetros de control relativos al funcionamiento de una turbina eólica sin el método de amortiguación de las vibraciones en el sentido del borde de acuerdo con la presente solicitud.
De acuerdo con una realización adicional, dicho parámetro de movimiento corresponde a
- una pluralidad de valores correspondientes de tiempo y momento
De acuerdo con una realización adicional, el sensor se coloca en la pala de rotor. En el caso de la amortiguación de las vibraciones en el sentido del borde de una pluralidad de palas, hay un sensor colocado en cada una de la pluralidad de palas.
Las figuras 4-5 muestran los resultados de una simulación de una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor.
De manera más particular, el gráfico superior de la figura 4 muestra un desplazamiento de paso normalizado, es decir, un desplazamiento de paso aplicado en una pala para amortiguar una vibración en el sentido del borde. El ajuste del paso se aplica sólo por tiempo limitado, más concretamente, unos 5 segundos desde un tiempo de inicio de
aproximadamente t = 76 segundos hasta un tiempo de parada de aproximadamente t = 81 segundos.
El gráfico inferior de la figura 4 muestra un nivel de oscilación normalizado durante el funcionamiento normal (no amortiguado) y durante el funcionamiento en donde la pala se amortigua mediante la señal de paso de acuerdo con el gráfico superior de la figura 4. La figura muestra, que el nivel máximo de oscilación se reduce debido a la amortiguación.
El gráfico superior de la figura 5 muestra un momento normalizado durante el funcionamiento normal (no amortiguado) y durante el funcionamiento en donde la pala se amortigua mediante la señal de paso de acuerdo con el gráfico superior de la figura 4.
El gráfico inferior de la figura 5 muestra las transformadas rápidas de Fourier (FFT) de las curvas de momento del gráfico superior de la figura 5. La figura muestra, que las fluctuaciones de momento se reducen debido a la amortiguación.
La figura 6 ilustra un ejemplo de diagrama de flujo que muestra la determinación de un desplazamiento de paso, A9, que crea una fuerza opuesta al movimiento en el sentido del borde, por ejemplo, un desplazamiento como el ilustrado en la figura 4.
La figura ilustra la determinación de un parámetro de movimiento de las palas de rotor en forma de un momento flector de la raíz de las palas (BRBM) en el sentido del borde 600. Esto puede ser medido, por ejemplo, por un sensor de momento flector de la raíz en forma de un sensor de deformación de la raíz colocado para medir la deformación en la dirección en el sentido del borde y emitir el momento flector de la raíz de la pala en el sentido del borde.
El momento flector de la raíz de la pala en el sentido del borde se introduce en un filtro de frecuencia 610 que filtra la señal para aislarla en torno a la primera frecuencia de vibración en el sentido del borde. Esto puede obtenerse mediante un filtro de paso de frecuencia centrado en la primera frecuencia central de la vibración en el sentido del borde. La anchura del filtro puede seleccionarse en función del espectro de frecuencias de la pala, y normalmente está entre 0,5 Hz y 5 Hz. Un ejemplo de anchura puede ser de 1 Hz.
La señal filtrada en frecuencia se introduce entonces en un filtro de estimación de velocidad 620. Este filtro puede ser cualquier filtro que basándose en el momento flector de la raíz de la pala pueda estimar la velocidad de la pala. En una realización, el filtro de estimación de la velocidad integra el momento flector de la raíz de la pala para determinar una estimación de la velocidad, por ejemplo, mediante el uso de un filtro de integración con fugas. La estimación de la velocidad se multiplica por una ganancia 630 con el fin de determinar un desplazamiento de paso que se añadirá al actuador de paso de la pala.
Además, puede haber un activador 640 que, basándose en una cuantificación del parámetro de vibración, puede determinar un nivel de vibración y emitir una señal de activación, tal como un número entre 0 y 1 que se multiplica con la señal de velocidad.
Asimismo, se puede tener en cuenta un término de realimentación 660 que tiene en cuenta el momento flector de la carga de gravedad de PI. Esto puede basarse en una entrada 650 del ángulo acimutal del rotor y del ángulo de paso para aplicar correctamente el momento inducido por la gravedad de la rotación.
Claims (14)
1. Un método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100), comprendiendo el método:
- la medición de un parámetro de movimiento de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde en la pala de rotor (103), en donde dicho parámetro de movimiento permite determinar una velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde,
- la generación, en función de dicho parámetro de movimiento, de una señal de control del ángulo de paso de la pala (322),
- la amortiguación de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde (103) mediante el ajuste del paso de la pala de rotor (103) de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala (322),
en donde la señal de control del ángulo de paso de la pala (322) está dispuesta de manera que una fuerza resultante en una pala de rotor (103) tiene un paso ajustado de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala (322), en una dirección de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde (103) en un sistema de coordenadas, que gira con un rotor (102) de la turbina eólica (100), es opuesta y proporcional a la velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde, caracterizado por que el parámetro de movimiento es un momento flector de la raíz de la pala en el sentido del borde (600) medido y en donde la velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde es una velocidad estimada de la pala, la velocidad estimada de la pala se obtiene a partir del momento flector de la raíz de la pala en el sentido del borde (600) filtrado por un filtro de frecuencia (610) para aislar una señal en torno a la primera frecuencia de vibración en el sentido del borde, la señal filtrada en frecuencia se introduce en un filtro de estimación de la velocidad (620) para obtener la velocidad estimada de las palas.
2. Un método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pluralidad de palas de rotor (103) de una turbina eólica (100), el método comprende amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores individualmente para una o más de las palas (103) dentro de la pluralidad de palas de rotor (103).
3. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde
- la medición de un parámetro de movimiento de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde en la pala de rotor (103),
comprende la recepción de información de parámetros de movimiento desde un sensor colocado en la pala de rotor (103) o dentro de la pala de rotor (103).
4. El método para amortiguar una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde
- la amortiguación de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde (103) mediante el ajuste del paso de la pala de rotor (103) de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala (322),
se lleva a cabo durante un periodo de tiempo limitado.
5. Un método para amortiguar la vibración en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100), comprendiendo dicho método:
- la cuantificación de un parámetro de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde,
- la amortiguación de la vibración en el sentido del borde de la pala de rotor (103) de la turbina eólica (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores si el parámetro de vibración supera un umbral de entrada predeterminado.
6. El método para amortiguar una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con la reivindicación 5, comprendiendo dicho método, además:
- la cuantificación del parámetro de vibración de la vibración de la pala de rotor en el sentido del borde si el parámetro de vibración supera el umbral de entrada predeterminado,
- detener la amortiguación de la vibración en el sentido del borde de la pala de rotor(103) de la turbina eólica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4 si el parámetro de vibración cae por debajo de un umbral de salida predeterminado.
7. El método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de las palas de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en donde la turbina eólica (100) se detiene:
- si el parámetro de vibración supera el umbral de entrada predeterminado y transcurre entonces una cantidad de tiempo predeterminada tras la cual el parámetro de vibración está por encima de un umbral de parada predeterminado,
y/o
- si el parámetro de vibración supera el umbral de entrada predeterminado y pasa una cantidad de tiempo predeterminada en la que el parámetro de vibración aumenta.
8. El método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la turbina eólica (100) se detiene si el parámetro de vibración supera un umbral de desconexión predeterminado.
9. El método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la señal de control del ángulo de paso de la pala (322) está dispuesta de manera que la pala de rotor (103) tiene un paso ajustado de acuerdo con la señal de control del ángulo de paso de la pala (322) tiene el ángulo de paso desplazado con una cantidad proporcional a la velocidad de vibración de la pala de rotor en el sentido del borde.
10. El método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dicho desplazamiento se genera además de un algoritmo de ángulo de paso normal que controla el ángulo de paso de dichas palas en relación con los parámetros normales de control de la turbina eólica.
11. El método para amortiguar una vibración en el sentido del borde de una pala de rotor (103) de una turbina eólica (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho parámetro de movimiento corresponde a
- una pluralidad de valores correspondientes de tiempo y momento.
12. Producto de programa informático que tiene instrucciones que, cuando se ejecutan hacen que un dispositivo informático o un sistema de control de una turbina eólica (100) realice un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
13. Un sistema de control, tal como un sistema de control dispuesto para amortiguar una vibración de la pala de rotor en el sentido del borde de una o más palas de rotor (103) de una turbina eólica (100), estando dispuesto para llevar a cabo el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11.
14. Turbina eólica (100) que comprende un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 13.
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