ES2935033T3 - Procedimiento y aparato para controlar un parámetro operativo de una turbina eólica - Google Patents

Abstract

Se describe un método 700 para hacer funcionar una turbina eólica 10. La turbina eólica 10 incluye una torre 12 que tiene un eje de torre 38 y una góndola 16 que puede girar alrededor del eje de la torre 38. El método 700 incluye proporcionar un conjunto de datos de uno o más parámetros operativos de la turbina eólica 10. El uno o más los parámetros operativos dependen de la posición angular de la góndola 16 con respecto al eje de la torre 38. El método 700 incluye además determinar una posición angular de la góndola 16 con respecto al eje de la torre 38; seleccionar uno o más parámetros operativos del conjunto de datos de uno o más parámetros operativos de la turbina eólica 10 dependiendo de la posición angular determinada de la góndola 16; y aplicar uno o más parámetros operativos seleccionados a la turbina eólica 10. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato para controlar un parámetro operativo de una turbina eólica

[0001] La materia objeto descrita en el presente documento se refiere en general a procedimientos y sistemas para controlar un parámetro operativo de una turbina eólica y, más en particular, a procedimientos y sistemas para controlar parámetros operativos de una turbina eólica adaptados a otro parámetro operativo.

[0002] Al menos algunas turbinas eólicas conocidas incluyen una torre y una góndola montada en la torre. Un rotor está montado de forma rotatoria en la góndola y está acoplado a un generador por un eje. Una pluralidad de palas se extiende desde el rotor. Las palas están orientadas de modo que el viento que pasa sobre las palas gira el rotor y rota el eje, accionando de este modo el generador para generar electricidad.

[0003] En las turbinas eólicas conocidas, tales como las divulgadas en el documento EP 2249 029, el ángulo de orientación (“yaw angle”) de la turbina eólica (es decir, la desalineación horizontal entre la dirección de orientación de la turbina y el viento) puede estar adaptado de modo que se mejore el rendimiento energético, por ejemplo, cuando el viento cambia su dirección. Al adaptar el ángulo de orientación al ángulo del viento real, se maximiza la salida de potencia.

[0004] Sin embargo, el ángulo de orientación de la turbina eólica influye no solo en el rendimiento energético, sino también en la cantidad de carga en partes de estructura de soporte que no se orientan de una turbina eólica (tales como torre, rodamientos y similares). Las partes de estructura de soporte de una turbina eólica se diseñan de acuerdo con un valor máximo. Por ejemplo, los parámetros operativos de la turbina eólica se pueden establecer de modo que la carga en las partes estructurales no exceda un valor máximo predeterminado. Eso quiere decir, por ejemplo, que la turbina eólica se debe apagar o restringir en algunos casos para permanecer dentro de los niveles de carga de diseño de las partes estructurales que no se orientan de la turbina eólica.

[0005] Los cálculos de carga de diseño tradicionales toman la carga de fatiga para la estructura de soporte por defecto como axisimétrica con respecto al eje de orientación (“yawing axis”) de la turbina eólica. Esto puede dar lugar a la situación donde la estructura de soporte de turbina está sobredimensionada debido a una variación direccional en las condiciones del viento a corto y largo plazo. Por lo tanto, es deseable permitir un mejor uso de los márgenes de reserva de fatiga de turbina y una mayor producción de energía capturando más potencia para diversas direcciones de viento.

[0006] Por lo tanto, se proporciona la presente invención, como se define por las reivindicaciones adjuntas.

[0007] Diversos aspectos, ventajas y rasgos característicos de la presente invención son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes, la descripción y los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica de ejemplo.

La figura 2 es una vista en sección ampliada de una parte de la turbina eólica mostrada en la figura 1.

La figura 3 es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 4 es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 5 es una vista en sección ampliada de una góndola y un rotor de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 6 es una vista esquemática de una rosa de los vientos usada en un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 7 es una vista esquemática de una rosa de los vientos usada en un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 8 muestra un ejemplo de una tabla que muestra la distribución de carga en una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 9 es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 10 es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 11 es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

La figura 12 es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

[0008] Se hará referencia ahora en detalle a los diversos modos de realización, de los que uno o más ejemplos se ilustran en cada figura. Cada ejemplo se proporciona por medio de una explicación y no pretende ser una limitación. Por ejemplo, los rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización se pueden usar en o junto con otros modos de realización para proporcionar aún otros modos de realización. Se pretende que la presente divulgación incluya dichas modificaciones y variaciones.

[0009] De acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, una turbina eólica funciona de acuerdo con un conjunto de datos de parámetros operativos en los que los parámetros operativos de la turbina eólica se dan para una determinada posición angular de la góndola con respecto al eje de torre. Los modos de realización descritos en el presente documento incluyen un sistema de turbina eólica que proporciona un mejor uso de los márgenes de reserva de fatiga de turbina y una mayor captura de energía. Más específicamente, la turbina eólica y los procedimientos de acuerdo con los modos de realización del presente documento darán lugar a una mayor captura de energía global usando ajustes de control de turbina eólica que son dependientes de la dirección del viento. Además, las partes de estructura de soporte de una turbina eólica se pueden dimensionar para ajustarse a la captura de energía mejorada y evitar el sobredimensionamiento de la estructura de soporte de la turbina eólica, de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

[0010] Como se usa en el presente documento, se pretende que el término "pala" sea representativo de cualquier dispositivo que proporciona una fuerza reactiva cuando está en movimiento en relación con un fluido circundante. Como se usa en el presente documento, se pretende que el término "turbina eólica" sea representativo de cualquier dispositivo que genera energía de rotación a partir de energía eólica y, más específicamente, convierte la energía cinética del viento en energía mecánica. Como se usa en el presente documento, se pretende que el término "generador eólico" sea representativo de cualquier turbina eólica que genera potencia eléctrica a partir de energía de rotación generada a partir de energía eólica y, más específicamente, convierte la energía mecánica convertida a partir de energía cinética del viento en potencia eléctrica.

[0011] El término "reductor de picos" (peak shaver), como se usa en el presente documento, se debe entender como un rasgo característico de control de la turbina eólica. En general, el principio básico de un reductor de picos es un rasgo característico de control de turbina con lo que la fuerza de empuje en la turbina se regula al influir en un parámetro operativo de la turbina eólica, tal como el pitcheo de las palas de rotor. Como ejemplo, la mayoría de los controladores de turbina eólica regulados por pitch aplican un pitcheo de las palas hacia el abanderamiento en el orden de uno a varios grados cuando se mueven hacia arriba en el cambio de la curva de potencia, por ejemplo, entre un 75 % y un 100 % de la potencia nominal, para mitigar la carga de empuje de turbina mientras se sacrifica en parte la captura de potencia máxima. El diseño del reductor de picos en general ofrece una compensación entre minimizar la carga de empuje de diseño por un lado y la captura de potencia máxima por el otro. El principio del reductor de picos también es conocido como limitador de empuje.

[0012] La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica de ejemplo 10. 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 figura 1) entre el sistema 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 permitir que la energía cinética se transfiera del viento a energía mecánica utilizable y, posteriormente, energía eléctrica. Las palas de rotor 22 se engranan 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 figura 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.

[0014] 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 permita 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, el rotor 18 se rota alrededor de un eje de rotación 30. Cuando las palas de rotor 22 se rotan 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 rotar desde una posición neutra, o no desviada, a una posición desviada.

[0015] Además, un ángulo de pitch o 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 generadas por la turbina eólica 10 ajustando una posición angular de al menos una pala de rotor 22 en relación con los vectores de 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 que un área de superficie mínima de la pala de rotor 22 se oriente hacia los vectores del viento, lo que facilita reducir una velocidad de rotación del rotor 18 y/o facilita una parada del rotor 18.

[0016] 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, a medida que cambia la dirección 28, se puede controlar una dirección de orientación de la góndola 16 alrededor de un eje de orientación 38 para situar las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28. Típicamente, el eje de orientación coincide con el eje de torre de la turbina eólica.

[0017] En el modo de realización de ejemplo, 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 el sistema de soporte 14, dentro de un parque eólico y/o en un centro de control remoto. El sistema de control 36 incluye un procesador 40 configurado para realizar los procedimientos y/o 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 a los que se hace referencia en la técnica como ordenador, sino que se refiere en términos generales a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (“programmable logic controller” o 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.

[0018] En los modos de realización descritos en el presente documento, la memoria puede incluir, sin limitación, un medio legible por ordenador, tal como una memoria de acceso aleatorio (“random access memory” o RAM), y un medio no volátil legible por ordenador, tal como una memoria flash. De forma alternativa, también se puede usar un disquete, un disco compacto con memoria de solo lectura (CD-ROM), un disco magnetoóptico (“magneto-optical disk” o MOD) y/o un disco versátil digital (“digital versatile disc” o DVD). Además, en los modos de realización descritos en el presente documento, los canales de entrada incluyen, sin limitación, sensores y/o periféricos de ordenador asociados a una interfaz de operario, tal como un ratón y un teclado. Además, en el modo de realización de ejemplo, los canales de salida pueden incluir, sin limitación, un dispositivo de control, un monitor de interfaz de operario y/o una pantalla.

[0019] Los procesadores descritos en el presente documento procesan información transmitida desde una pluralidad de dispositivos eléctricos y electrónicos que pueden incluir, sin limitación, sensores, accionadores, compresores, sistemas de control y/o dispositivos de monitorización. Dichos procesadores pueden estar localizados físicamente en, por ejemplo, un sistema de control, un sensor, un dispositivo de seguimiento, un ordenador de escritorio, un ordenador portátil, un armario de controlador lógico programable (PLC) y/o un armario de sistema de control distribuido (DCS). La RAM y los dispositivos de almacenamiento almacenan y transfieren información e instrucciones que se van a ejecutar por el procesador o procesadores. También se pueden usar RAM y dispositivos de almacenamiento para almacenar y proporcionar variables temporales, información e instrucciones estáticas (es decir, que no cambian) u otra información intermedia a los procesadores durante la ejecución de instrucciones por los procesadores. Las instrucciones que se ejecutan pueden incluir, sin limitación, consignas de control de sistema de control de turbina eólica.

[0020] La figura 2 es una vista en sección ampliada de una parte de la turbina eólica 10. En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 10 incluye la góndola 16 y el buje 20 que está acoplado de forma rotatoria a la góndola 16. Más específicamente, el buje 20 está acoplado de forma rotatoria a un generador eléctrico 42 situado dentro de la góndola 16 por un eje de rotor 44 (algunas veces denominado eje principal o bien eje de baja velocidad), una caja de engranajes 46, un eje de alta velocidad 48 y un acoplamiento 50. En el modo de realización de ejemplo, el eje de rotor 44 está dispuesto coaxial al eje longitudinal 116. La rotación del eje de rotor 44 acciona de forma rotatoria la caja de engranajes 46 que posteriormente acciona el eje de alta velocidad 48. El eje de alta velocidad 48 acciona de forma rotatoria el generador 42 con el acoplamiento 50 y la rotación del eje de alta velocidad 48 facilita la producción de potencia eléctrica por el generador 42. La caja de engranajes 46 y el generador 42 se sostienen por un soporte 52 y un soporte 54. En el modo de realización de ejemplo, la caja de engranajes 46 utiliza una geometría de ruta doble para accionar el eje de alta velocidad 48. De forma alternativa, el eje de rotor 44 está acoplado directamente al generador 42 con el acoplamiento 50.

[0021] La góndola 16 también incluye un mecanismo de accionamiento de orientación (“yaw drive mechanism”) 56 que se puede usar para rotar la góndola 16 y el buje 20 en un eje de orientación 38 (mostrado en la figura 1) para controlar la perspectiva de las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento. La góndola 16 también incluye al menos un mástil meteorológico 58 que incluye una veleta y un anemómetro (ninguno mostrado en la figura 2). El mástil 58 proporciona información al sistema de control 36 que puede incluir la dirección del viento y/o la velocidad del viento.

[0022] En el modo de realización de ejemplo, el buje 20 incluye un conjunto de pitch 66. El conjunto de pitch 66 incluye uno o más sistemas de accionamiento de pitch 68 y al menos un sensor 70. Cada sistema de accionamiento de pitch 68 se acopla a una respectiva pala de rotor 22 (mostrada en la fig. 1) para modular el pitch de pala de la pala de rotor asociada 22 a lo largo del eje de pitch 34. Solo uno de los tres sistemas de accionamiento de pitch 68 se muestra en la figura 2.

[0023] En el modo de realización de ejemplo, el conjunto de pitch 66 incluye al menos un rodamiento de pitch (“pitch bearing”) 72 acoplado al buje 20 y a la respectiva pala de rotor 22 (mostrada en la figura 1) para rotar la respectiva pala de rotor 22 alrededor del eje de pitch 34.

[0024] El sistema de accionamiento de pitch 68 está acoplado al sistema de control 36 para ajustar el pitch de pala de la pala de rotor 22 tras la recepción de una o más señales del sistema de control 36. En el modo de realización de ejemplo, un motor de accionamiento de pitch es cualquier motor adecuado accionado por potencia eléctrica y/o un sistema hidráulico que permite que el conjunto de pitch 66 funcione como se describe en el presente documento. De forma alternativa, el conjunto de pitch 66 puede incluir cualquier estructura, configuración, disposición y/o componentes adecuados tales como, pero sin limitarse a, cilindros hidráulicos, resortes y/o servomecanismos. Además, el conjunto de pitch 66 se puede accionar por cualquier medio adecuado tal como, pero sin limitarse a, un fluido hidráulico y/o potencia mecánica, tal como, pero sin limitarse a, fuerzas de resorte inducidas y/o fuerzas electromagnéticas.

[0025] El conjunto de pitch 66 también incluye uno o más sistemas de control de sobrevelocidad 80 para controlar el sistema de accionamiento de pitch 68 durante la sobrevelocidad del rotor. En el modo de realización de ejemplo, el conjunto de pitch 66 incluye al menos un sistema de control de sobrevelocidad 80 acoplado comunicativamente al respectivo sistema de accionamiento de pitch 68 para controlar el sistema de accionamiento de pitch 68 independientemente del sistema de control 36. En un modo de realización, el conjunto de pitch 66 incluye una pluralidad de sistemas de control de sobrevelocidad 80 que se acoplan comunicativamente al respectivo sistema de accionamiento de pitch 68 para operar el respectivo sistema de accionamiento de pitch 68 independientemente del sistema de control 36. El sistema de control de sobrevelocidad 80 también está acoplado comunicativamente al sensor 70. En el modo de realización de ejemplo, el sistema de control de sobrevelocidad 80 se acopla al sistema de accionamiento de pitch 68 y al sensor 70 con una pluralidad de cables 82. De forma alternativa, el sistema de control de sobrevelocidad 80 se acopla comunicativamente al sistema de control de pitch 68 y al sensor 70 usando cualquier dispositivo de comunicaciones alámbrico y/o inalámbrico adecuado. Durante el funcionamiento normal de la turbina eólica 10, el sistema de control 36 controla el sistema de accionamiento de pitch 68 para ajustar un pitch de la pala de rotor 22. En un modo de realización, cuando el rotor 18 funciona a sobrevelocidad del rotor, el sistema de control de sobrevelocidad 80 anula el sistema de control 36, de modo que el sistema de control 36 ya no controla el sistema de accionamiento de pitch 68 y el sistema de control de sobrevelocidad 80 controla el sistema de accionamiento de pitch 68 para mover la pala de rotor 22 a una posición de bandera para ralentizar la rotación del rotor 18.

[0026] La figura 3 muestra un modo de realización de un procedimiento para el funcionamiento de una turbina eólica. Típicamente, la turbina eólica incluye una parte de orientación 1010 que tiene un ángulo de orientación variable alrededor de un eje de orientación, una estructura de soporte 1015 para soportar la parte de orientación de la turbina eólica y un control de carga 1020 para controlar un parámetro operativo de la turbina eólica que tiene una influencia sobre la carga en la estructura de soporte de la turbina eólica. La estructura de soporte se puede entender como componentes de la turbina eólica que soportan las partes de orientación de la turbina eólica, mientras que al mismo tiempo no se orientan. Por ejemplo, la estructura de soporte de la turbina eólica puede incluir la torre de la turbina eólica, rodamientos que soportan las partes que se orientan de la turbina eólica, la base de la turbina eólica en el suelo o cimentación y similares.

[0027] De acuerdo con algunos modos de realización, la turbina eólica también puede incluir una unidad de control adaptada para registrar y almacenar datos y para controlar un parámetro operativo de la turbina eólica, por ejemplo, enviando y recibiendo señales de control, calculando las medidas deseadas y realizando el seguimiento de los parámetros operativos de la turbina eólica.

[0028] En el bloque 1030, se determina la dirección del viento. Típicamente, la dirección del viento se puede determinar midiendo la dirección del viento en el sitio donde se localiza la turbina eólica para obtener datos actuales específicos del sitio durante la vida útil operativa de la turbina eólica. En el bloque 1040, el control de carga de la turbina eólica se ajusta durante el funcionamiento de la turbina eólica dependiendo de la dirección del viento determinada. Típicamente, el ajuste del control de carga en el bloque 1040 se realiza dependiendo de la comparación de la dirección del viento determinada y los datos de una característica del viento que es dependiente de la dirección del viento. De acuerdo con algunos modos de realización, el control de carga puede ser parte de una unidad de control de la turbina eólica, tal como una unidad de control como se describe anteriormente. Típicamente, el control de carga se ajusta para igualar la carga en la estructura de soporte, por ejemplo, igualando la carga en diferentes posiciones circunferenciales de la estructura de soporte de la turbina eólica.

[0029] De acuerdo con algunos modos de realización, el procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica incluye además determinar el ángulo de orientación, y ajustar el control de carga incluye ajustar el control de carga dependiente del ángulo de orientación. Típicamente, el ángulo de orientación se determina por un control del ángulo de orientación que es parte de la turbina eólica o la unidad de control de la turbina eólica. El control del ángulo de orientación puede controlar el movimiento de las partes de orientación de la turbina eólica alrededor del eje de orientación de la turbina eólica.

[0030] En las turbinas eólicas conocidas, los cálculos de carga toman la carga de fatiga para la estructura de soporte por defecto como axisimétrica. Como consecuencia, las medidas de control de carga como un reductor de picos, como es conocido en la técnica, son independientes de la dirección de orientación. El uso de datos almacenados dependientes de la posición angular de la góndola, de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento, permite un uso más eficaz de la resistencia estructural a la fatiga de la estructura de soporte. Típicamente, los ajustes de reductor de picos pueden ser dependientes del ángulo de orientación de la turbina eólica.

[0031] De acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, el bloque 1040 también puede incluir comparar el ángulo de orientación de la turbina eólica con datos de una característica del viento en una tabla de consulta de parámetros operativos de la turbina eólica almacenados en la unidad de control de la turbina eólica. La tabla de consulta se puede generar y almacenar antes de que se use la turbina eólica o también se puede actualizar de vez en cuando para mantener los datos en un nivel real. Típicamente, la tabla de consulta puede incluir datos que permitan a la unidad de control decidir qué cantidad deben tener uno o más parámetros operativos en la presente situación. Por ejemplo, el ángulo de orientación se puede usar para determinar la posición real de la turbina eólica. La posición real se puede usar para acceder a los datos de una rosa de los vientos. Típicamente, los datos en la rosa de los vientos pueden ser la base para determinar o calcular un parámetro operativo deseado u optimizado (tal como el ángulo de pitch).

[0032] La figura 4 muestra un modo de realización de un procedimiento 1100 para controlar el funcionamiento de una turbina eólica. Típicamente, los bloques 1110, 1115, 1120, 1130 y 1140 pueden corresponder a los bloques 1010, 1015, 1020, 1030 y 1040, respectivamente. En el modo de realización mostrado en la figura 4, el procedimiento 1100 incluye además el bloque 1150, que especifica además el ajuste del control de carga. Típicamente, el control de carga se realiza de modo que la carga en la estructura de soporte sea sustancialmente axisimétrica con respecto al eje de orientación de la turbina eólica durante el funcionamiento de la turbina eólica en el bloque 1150. Típicamente, al aplicar los modos de realización descritos del procedimiento, la carga en la estructura de soporte de la turbina eólica se puede distribuir de forma sustancialmente equitativa en las diversas direcciones de orientación, lo que permite que los ajustes de reductor de picos incrementen la captura de energía mayor global de la turbina eólica.

[0033] En este contexto, el término "sustancialmente" usado en el presente documento puede querer decir que puede existir una determinada desviación de la característica indicada con "sustancialmente". Por ejemplo, el término "una distribución sustancialmente axisimétrica" se puede referir a una distribución de carga que puede tener una determinada desviación de la conformación axisimétrica exacta, tal como una desviación de aproximadamente un 1 % a un 10% de la cantidad de carga de fatiga general en una dirección. De acuerdo con otro ejemplo, el término "sustancialmente independiente de un parámetro" se puede referir a una situación donde la influencia del parámetro es más pequeña que la influencia de otros parámetros. En particular, la influencia del parámetro, del que el término descrito es independiente, puede ser tan pequeña que la influencia no sea de inmediato reconocible en vista de la influencia de otros parámetros. Típicamente, el parámetro del que el término descrito es independiente puede no tener influencia en el término descrito.

[0034] De acuerdo con algunos modos de realización, que se pueden combinar con otros modos de realización descritos en el presente documento, el control de carga puede incluir un reductor de picos, como se explica en detalle anteriormente. En otras palabras, el control de carga se puede realizar estableciendo ajustes de reductor de picos para influir en la distribución de carga en la estructura de soporte de la turbina eólica. Típicamente, el control de carga se ajusta influyendo en (por ejemplo, controlando) un parámetro operativo de la turbina eólica. Típicamente, el control de carga puede estar adaptado para controlar el parámetro operativo de la turbina eólica que tiene una influencia sobre la distribución de carga en la estructura de soporte de la turbina eólica.

[0035] Típicamente, el parámetro operativo de la turbina eólica como se describe en el presente documento puede incluir el ángulo de pitch, la velocidad de rotación del rotor, el par de torsión del rotor y/o la potencia

[0036] En un modo de realización, el ajuste del control de carga se realiza cambiando el ángulo de pitch. El cambio del ángulo de pitch puede incluir calcular un valor deseado del ángulo de pitch y comparar el valor deseado del ángulo de pitch con el valor real del ángulo de pitch. Cuando se calcula un ángulo de pitch deseado, preferentemente después de determinar el ángulo de pitch, el ángulo de pitch real se puede comparar con el ángulo de pitch deseado. El ángulo de pitch se puede calcular, por ejemplo, por la unidad de control, tal como por una tabla de consulta almacenada en la unidad de control. La comparación del ángulo de pitch real y el ángulo de pitch deseado se puede usar para determinar las medidas para alcanzar el ángulo de pitch deseado. Por ejemplo, la comparación del ángulo de pitch real y el ángulo de pitch deseado muestra que el ángulo de pitch real es innecesariamente grande para la presente situación o condición del viento. La unidad de control puede enviar en este caso una señal al control de pitch para reducir el ángulo de pitch y, de este modo, incrementar la captura de potencia.

[0037] Típicamente, cambiar el ángulo de pitch puede incluir cambiar el ángulo de pitch de la turbina eólica de modo que la carga en la estructura de soporte sea sustancialmente independiente de la dirección del viento y/o el ángulo de orientación. La estructura de soporte puede estar adaptada al funcionamiento de la turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

[0038] La figura 5 muestra una parte de una turbina eólica 300 de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento. Típicamente, la turbina eólica 300 mostrada en la figura 5 se puede usar para realizar los procedimientos como se describe en el presente documento. La sección mostrada incluye una góndola 316 y un rotor 318 con el buje de rotor 320. Típicamente, el rotor 318 está conectado a la góndola 316, como se describe anteriormente en detalle con respecto a la figura 1. El rotor 318 incluye palas de rotor 322 y ejes de pitch 334. Además, un eje de torre 330, que también puede ser un eje de orientación o un eje de rotación de la góndola 316 se muestra en la figura 5. Típicamente, la turbina eólica puede incluir un dispositivo de determinación 360 para determinar una posición angular de la góndola 316 con respecto al eje de torre 334.

[0039] De acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, la turbina eólica 300 también incluye una unidad de control 336. La unidad de control puede ser típicamente una unidad de control como se describe anteriormente con respecto a las figuras 1 y 2. Típicamente, la unidad de control como se describe en el presente documento está adaptada para registrar y almacenar un conjunto de datos de uno o más parámetros operativos de la turbina eólica durante la vida útil operativa de la turbina eólica. Típicamente, el uno o más parámetros operativos en el conjunto de datos dependen de la posición angular de la góndola 316. En un modo de realización, el uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular de la góndola se almacenan en una tabla de consulta. La unidad de control en una turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento puede estar adaptada para seleccionar uno o más parámetros operativos del conjunto de datos de uno o más parámetros operativos dependiendo de la posición angular determinada de la góndola. Además, la unidad de control puede estar adaptada para aplicar el uno o más parámetros operativos seleccionados a la turbina eólica.

[0040] Típicamente, el dispositivo de determinación 360 puede estar conectado a la unidad de control 336 de la turbina eólica y a otros componentes de la turbina eólica, tales como dispositivos de medición o similares. De acuerdo con algunos modos de realización, el dispositivo de determinación puede usar un medidor de ángulo para determinar la posición angular de la góndola 316 con respecto al eje de torre 330.

[0041] El modo de realización de una turbina eólica mostrada en la figura 5 también incluye un control del ángulo de orientación 350. El control del ángulo de orientación al que se hace referencia en el presente documento puede estar adaptado para controlar un mecanismo de accionamiento de orientación como se describe de forma de ejemplo anteriormente. Típicamente, el control de orientación 350 puede determinar y controlar el ángulo de orientación de la turbina eólica 300 alrededor del eje de orientación 330.

[0042] De acuerdo con algunos modos de realización, la posición angular de la góndola se puede determinar midiendo la dirección del viento y determinando el ángulo de orientación de la turbina eólica. El dispositivo de determinación 360 puede recopilar la información sobre la dirección del viento y el ángulo de orientación y puede determinar la posición angular de la góndola 316 con respecto al eje de torre 330 en base a la dirección del viento y el ángulo de orientación. Típicamente, la unidad de control puede estar adaptada para usar el ángulo de orientación determinado para determinar la posición angular de la góndola con respecto al eje de torre. En algunos modos de realización, el ángulo de orientación determinado puede servir como parámetro para estimar un parámetro operativo de la turbina eólica que se va a modificar y aplicar a la turbina eólica.

[0043] Típicamente, la unidad de control 336 de la turbina eólica 300 también puede estar adaptada para aplicar un parámetro operativo a la turbina eólica comparando, calculando y controlando el parámetro operativo de la turbina eólica. La unidad de control 336 puede recibir, por ejemplo, señales que permiten comparar un valor real de un parámetro operativo con un valor de referencia del parámetro operativo. Típicamente, la unidad de control puede estar adaptada para enviar las respectivas señales de control para establecer o influir en el parámetro operativo.

[0044] En un modo de realización, que se puede combinar con otros modos de realización descritos en el presente documento, aplicar un parámetro operativo puede incluir modificar el parámetro operativo. Por ejemplo, modificar el parámetro operativo seleccionado puede incluir modificar el parámetro operativo para que corresponda a un valor nominal predeterminado del parámetro operativo en la situación dada en la que está la turbina eólica.

[0045] La unidad de control 336 se muestra de forma de ejemplo localizada en la góndola 316 en la figura 5, pero también se puede colocar en otro componente adecuado de la turbina eólica 300. De acuerdo con algunos modos de realización, la unidad de control puede ser una unidad de control remoto, que está adaptada para enviar las respectivas señales de control a la turbina eólica.

[0046] Como se describe anteriormente, la turbina eólica puede incluir típicamente una parte de orientación que tiene un ángulo de orientación variable alrededor del eje de torre 330 y una estructura de soporte para soportar la parte de orientación de la turbina eólica. Por ejemplo, la parte de orientación puede ser la góndola 316 con el buje de rotor 320 y el rotor 318. Típicamente, la unidad de control de la turbina eólica puede estar adaptada para aplicar el parámetro operativo seleccionado de la turbina eólica de modo que la carga en la estructura de soporte sea sustancialmente axisimétrica con respecto al eje de torre 330 de la turbina eólica 300 durante el funcionamiento de la turbina de viento.

[0047] De acuerdo con algunos modos de realización, la turbina eólica puede incluir un dispositivo de determinación de la característica del viento para determinar una característica del viento real y/o un dispositivo de medición para medir la característica para determinar los datos del estado del mar. En algunos modos de realización, el dispositivo de determinación de la característica del viento puede ser un dispositivo de medición para medir o detectar una característica del viento, tal como un mástil meteorológico 58 como se describe anteriormente, o similar. Típicamente, el dispositivo de determinación de características del viento y/o el dispositivo de medición para las características del mar pueden estar conectados a la unidad de control 336 de la turbina eólica 300 o incluso pueden ser (en parte o en su totalidad) una parte de la unidad de control 336.

[0048] En general, las características del viento como se describe en el presente documento pueden incluir datos como la dirección del viento, la velocidad del viento, la turbulencia del viento, la densidad del aire, la temperatura del aire, las características de variación de la velocidad del viento con la altura, la aparición de viento media (“mean wind occurrence”), la característica de flujo ascendente y flujo descendente del viento, y datos de viento específicos del sitio. En este contexto, el término "aparición de viento media" se debe entender como un valor medio de la aparición de viento determinado durante un período de tiempo definido. Además, se pretende que los términos "características de flujo ascendente y flujo descendente" del viento se entiendan como una característica del viento en relación con la inclinación del flujo de viento con respecto a la horizontal. La característica del viento en general puede depender de la localización de la turbina eólica y condiciones específicas del sitio. Típicamente, las características del viento se pueden almacenar en una rosa de los vientos, como se explica en detalle a continuación con respecto a las figuras 6 y 7.

[0049] Típicamente, una característica del mar usada para determinar los datos del estado del mar puede incluir altura de olas, frecuencia de olas, aparición de corrientes marinas, velocidad de corrientes marinas, dirección de corrientes marinas y similares. Además, el estado del mar se puede almacenar en un diagrama como se muestra en las figuras 6 y 7, como se explica en detalle a continuación.

[0050] De acuerdo con algunos modos de realización, determinándose la característica del viento y/o la característica del mar, la unidad de control de la turbina eólica como se describe en el presente documento puede estar adaptada para registrar y almacenar el conjunto de datos del uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular del rotor, una característica del viento y/o una característica del mar. Por ejemplo, la unidad de control puede estar adaptada para registrar datos durante la vida útil operativa de la turbina eólica y almacenar los datos registrados. Típicamente, los datos registrados y almacenados (tales como los datos relativos a un parámetro operativo de la turbina eólica, una característica del viento y/o características del mar) se pueden actualizar en un determinado intervalo de tiempo. Por ejemplo, los datos se pueden actualizar aproximadamente cada tres meses, como se explica en detalle a continuación con respecto a la figura 8.

[0051] Por ejemplo, el conjunto de datos de parámetro operativo puede ser dependiente de la posición angular de la góndola y una característica del viento y/o una característica del mar. De acuerdo con algunos modos de realización, la dirección del viento se puede usar para determinar la posición angular o incluso puede ser una de las características del viento de las que es adicionalmente dependiente el conjunto de datos de parámetros operativos.

[0052] Como se menciona anteriormente, la turbina eólica 300 como se muestra en la figura 5 puede tener ejes de pitch 334 alrededor de los que las palas de rotor pueden pivotar. De acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, los parámetros operativos seleccionados del conjunto de uno o más parámetros operativos pueden incluir el ángulo de pitch. Típicamente, en particular en el caso de que el ángulo de pitch esté incluido en el conjunto de datos de parámetros operativos, se proporciona un control de pitch 332 para influir en la declinación de las palas de rotor 322 alrededor de los ejes de pitch 334, por ejemplo, controlando e influyendo en un sistema de ajuste de pitch. Un ejemplo de un sistema de ajuste de pitch se describe en detalle con respecto a las figuras 1 y 2, que también se puede usar en el modo de realización de la figura 5.

[0053] De acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento, el parámetro operativo de la turbina eólica en el conjunto de datos de uno o más parámetros operativos puede incluir el ángulo de pitch de las palas de rotor de la turbina eólica, la velocidad de rotación del rotor, el par de torsión del rotor, y/o la potencia.

[0054] En un modo de realización, el control de orientación y/o el control de pitch se pueden localizar en la unidad de control o pueden ser parte de la unidad de control. Por ejemplo, en el caso de que el control del ángulo de orientación y el control del ángulo de pitch sean parte de la unidad de control de la turbina eólica, el control del ángulo de orientación y el control del ángulo de pitch pueden estar conectados por el funcionamiento superior de la unidad de control.

[0055] De acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, el control de pitch 332 está conectado a la unidad de control 336 por medio de una conexión 337. En particular, el control de pitch 332 está conectado a la unidad de control que a su vez se conecta al control de orientación 350. Típicamente, el control de orientación 350 está conectado a la unidad de control 336 por medio de la conexión 355. De acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, las conexiones 337 y 355 pueden ser líneas de señal, tales como líneas de señal que están adaptadas para transferir información entre las partes conectadas.

[0056] Debido a la conexión entre la unidad de control 336 y el control de orientación 350 así como el control de pitch 332, es posible influir en el control de pitch dependiente del control de orientación. Cuando el ángulo de pitch es el parámetro operativo seleccionado en el procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica y cuando el control de orientación se usa para determinar la posición angular de la góndola con respecto al eje de torre, el ángulo de pitch se puede ver influenciado dependiendo del ángulo de orientación. De acuerdo con algunos modos de realización, la unidad de control está adaptada para ajustar el control del control de pitch dependiente de la posición angular de la góndola.

[0057] Típicamente, una característica del viento, de la que el conjunto de datos de uno o más parámetros operativos puede ser dependiente de acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, se puede almacenar en un diagrama como una rosa de los vientos. En la figura 6, se muestra un ejemplo de dicho diagrama en forma de una rosa de los vientos 400. La rosa de los vientos 400 muestra una escala 410 que indica, en este caso especial y solo como ejemplo, la velocidad del viento. La rosa de los vientos 400 muestra una pluralidad de barras de velocidad 420, que indican la velocidad del viento en un círculo alrededor de un centro 430, que típicamente puede ser una turbina eólica. La longitud de las barras es indicativa de la velocidad del viento, es decir, cuanto más larga es la barra, más rápido es el viento. En la rosa de los vientos 400, de la figura 6, se pueden ver distribuciones de velocidad del viento consistentemente diferentes dependiendo de la dirección del viento, formando una rosa de los vientos asimétrica. De acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento, la distribución de la velocidad del viento como se muestra en la rosa de los vientos 400 tiene un impacto en la carga en la estructura de soporte de la turbina eólica. La distribución de la velocidad del viento de la figura 6 muestra de forma de ejemplo que la carga de fatiga acumulada en las partes de turbina que no se orientan (tales como la estructura de soporte de la turbina eólica) no es axisimétrica porque la carga del viento no lo es (menos en el caso hipotético en que la rosa de los vientos, incluyendo todas las propiedades relacionadas con el viento, sea totalmente axisimétrica).

[0058] La figura 7 muestra un modo de realización de una rosa de los vientos 500, que es similar a la rosa de los vientos 400 de la figura 6. De nuevo, la velocidad del viento se muestra en una escala 510 como un ejemplo de una característica del viento. Típicamente, las barras de velocidad del viento 520 se distribuyen alrededor del centro 530. En el modo de realización mostrado en la figura 7, la rosa de los vientos 500 está dividida en varias secciones 550, de las que cada una abarca de forma de ejemplo 30°. Por ejemplo, como se puede ver en la figura 7, el sector de 180° a 270° tiene una distribución de turbulencia y velocidad del viento que produce mayores cargas de fatiga en la estructura de soporte de la turbina eólica en relación con el sector más benigno entre 270° y 180°. Típicamente, la información de la rosa de los vientos se puede basar, por ejemplo, en registros SCADA o estudios del viento ambiental que se llevaron a cabo antes de la instalación de la turbina eólica. La carga de fatiga en la estructura de soporte (que también se puede denominar como todos los elementos estructurales que no se orientan) de este modo será menor para el sector de 270° a 180° en relación con el sector de 180° a 270°.

[0059] Por ejemplo, asumiendo que los ajustes de reductor de picos de turbina eólica estándar se describen como un cambio relativo de 4° en el ángulo de pitch entre un 80 % y un 100 % de potencia, independientemente del ángulo de orientación. (Cuanto menor sea el ángulo de pitch relativo, más pronunciado es el cambio de la curva de potencia y la captura de potencia). Para la rosa de los vientos asimétrica descrita anteriormente, esto ahora se puede alterar a un cambio relativo de 5° en el ángulo de pitch para el sector de viento altamente cargado y a 2° para el sector de viento más benigno restante. Los ajustes de reductor de picos adaptados a la rosa de los vientos basados en una distribución equitativa de la carga de fatiga en las diversas direcciones de orientación (y, por tanto, las posiciones angulares de la góndola con respecto al eje de torre) dará lugar a una captura de energía mayor global.

[0060] Típicamente, la unidad de control puede usar la rosa de los vientos como una característica del viento de la que el conjunto de datos de parámetros operativos es dependiente para un rendimiento energético maximizado y una distribución de carga uniforme.

[0061] Típicamente, las rosas de los vientos mostradas en las figuras 6 y 7 solo se refieren de forma de ejemplo a la velocidad del viento. Los datos de viento almacenados en una rosa de los vientos como ejemplo de una característica del viento usada en los modos de realización descritos en el presente documento también pueden incluir otras características del viento, por ejemplo, la turbulencia del viento, la densidad del aire, la temperatura del aire, las características de variación de la velocidad del viento con la altura, la aparición de viento media, la característica de flujo ascendente y flujo descendente del viento y datos de viento específicos del sitio.

[0062] En otro modo de realización, en particular en el caso en que la turbina eólica es una turbina eólica en alta mar, también se pueden tener en cuenta los datos del estado del mar por la unidad de control de la turbina eólica cuando se realiza el procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica como se describe en el presente documento. Por ejemplo, los datos del estado del mar, como aparición de olas, altura de olas, frecuencia de olas, corriente marina se pueden usar para el funcionamiento de la turbina eólica de manera eficiente. Por tanto, en el caso de que se determinen las características del mar y el parámetro operativo se almacene dependiendo de los datos del estado del mar, también se puede usar un diagrama como se muestra en las figuras 6 y 7 para almacenar datos de las características del mar tales como, por ejemplo, la velocidad de corrientes marinas.

[0063] Para aprovechar el hecho de que la rosa de los vientos es típicamente axisimétrica y, de este modo, también la carga de fatiga en la parte que no se orienta de la estructura depende de la posición de orientación, los ajustes de control de carga de turbina pueden ser dependientes de la dirección de orientación de turbina en los modos de realización descritos en el presente documento, como se explica anteriormente. Un ejemplo de la carga de fatiga en una base de torre de turbina de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento se muestra en la tabla 1200 de la figura 8. En la columna A de la figura 8 se muestran las velocidades del viento de 3 m/s a 25 m/s, que reflejan una envolvente de funcionamiento de turbina típica. En la columna B, se da una distribución de carga de fatiga equivalente (DEL) de daño virtual normalizada como función de la velocidad del viento. En la columna C, se enumera la frecuencia por velocidad del viento, que se subdivide por sector de viento de 90° en las columnas D a G. En la parte inferior de las columnas C a G, se dan los valores DEL, de nuevo normalizados, que se derivan multiplicando columna B con las columnas C a G, respectivamente, y resumiendo a continuación los resultados. Entonces, para las columnas D a G, el daño por fatiga se pondera por sector de viento y en la columna C se acumula para todas las direcciones de viento. Incluso para el sector de viento dominante, que en este ejemplo es de 180° a 270°, el daño por fatiga es solo de un 38 % en relación con el daño por fatiga si se atribuye completamente a una dirección. Este resultado indica el derecho de aplicar 'ajustes de controlador de turbina relacionados con daños por fatiga' como, por ejemplo, un reductor de picos que se establece dependiente de la rosa de los vientos, como se describe en los modos de realización del presente documento, especialmente con respecto a las figuras 3 y 4. Para profundizar además en esto, los ajustes de controlador iniciales se pueden definir en base a una rosa de los vientos supuesta para la localización de turbina específica. Típicamente, los ajustes de controlador se pueden ajustar, por ejemplo, cada trimestre de un año dependiendo del daño por fatiga acumulado calculado por sector combinando las horas de funcionamiento reales por velocidad del viento y dirección del viento con un DEL de fatiga precalculada por velocidad del viento como se da como ejemplo en la columna C. Este último valor se puede reemplazar por un sensor medido o valor de pseudoseñal, si está disponible.

[0064] De acuerdo con algunos modos de realización, la turbina eólica y el conjunto de datos de parámetros operativos como se describe anteriormente se pueden usar en un procedimiento para el funcionamiento de una turbina eólica. Un ejemplo de dicho procedimiento 600 se muestra en la figura 9. De acuerdo con algunos modos de realización, se proporciona una turbina eólica en el bloque 610, que típicamente incluye una torre que tiene un eje de torre y una góndola que puede rotar alrededor del eje de torre. Además, la turbina eólica puede incluir un rotor, un generador conectado al rotor y una unidad de control para controlar el funcionamiento de la turbina eólica. Típicamente, la turbina eólica como se describe en el bloque 610 puede ser una turbina eólica como se describe anteriormente, por ejemplo en la figura 5 que incluye un control de orientación, un control de pitch y similares. En el ejemplo de un procedimiento para el funcionamiento de una turbina eólica mostrado en la figura 9, se proporciona un conjunto de datos de uno o más parámetros operativos de la turbina eólica en el bloque 615. De acuerdo con algunos modos de realización, el uno o más parámetros operativos dependen de la posición angular de la góndola con respecto al eje de torre.

[0065] Típicamente, en el bloque 620, se determina una posición angular de la góndola con respecto al eje de torre. Por ejemplo, la posición angular se puede determinar por un medidor de ángulos o se puede calcular determinando el ángulo de orientación de la turbina eólica y la dirección del viento real. La dirección del viento real se puede determinar usando mediciones de la dirección del viento. Típicamente, el ángulo de orientación se puede determinar enviando y recibiendo datos del control de orientación y/o la unidad de control de la turbina eólica o similar. De acuerdo con algunos modos de realización, uno o más parámetros operativos del conjunto de datos de uno o más parámetros operativos de la turbina eólica proporcionada en el bloque 615 se pueden seleccionar en el bloque 625. En otras palabras, se selecciona al menos un parámetro en el conjunto de datos de parámetros operativos que es dependiente de la posición angular de la turbina eólica para establecerse y aplicarse a la turbina eólica. Típicamente, la unidad de control puede seleccionar el parámetro de acuerdo con un esquema predeterminado.

[0066] En el bloque 630, el uno o más parámetros operativos seleccionados se aplican a la turbina eólica. De acuerdo con algunos modos de realización, el parámetro operativo seleccionado se usa para influir y cambiar el funcionamiento de la turbina eólica, por ejemplo, para maximizar el rendimiento energético y/o para igualar la carga en la estructura de soporte en diferentes posiciones angulares de la góndola con respecto al eje de torre. En un modo de realización, el ángulo de pitch se selecciona como el parámetro operativo y el correspondiente valor del ángulo de pitch como está presente en el conjunto de datos en dependencia de la posición angular se aplica a la turbina eólica.

[0067] De acuerdo con algunos modos de realización, seleccionar un parámetro operativo de la turbina eólica depende de la posición angular real determinada de la góndola con respecto al eje de torre. En general, el conjunto de datos de uno o más parámetros operativos a los que se hace referencia en el presente documento es dependiente de la posición angular de la góndola y también puede ser dependiente de una característica del viento y/o datos del estado del mar. En la figura 10, se muestra un modo de realización de dicho procedimiento para el funcionamiento de una turbina eólica. En general, los bloques 710, 715, 720, 725 y 730 pueden corresponder a los bloques 610, 615, 620, 625 y 630, respectivamente. En el ejemplo de la figura 10, el bloque 721 sirve para determinar una característica del viento, como se describe en detalle anteriormente, por ejemplo por dispositivos de medición. Además, el bloque 721 se especifica además por el bloque 726. En el bloque 726, seleccionar el uno o más parámetros operativos incluye seleccionar el uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular del rotor y la característica del viento determinada. Típicamente, la característica del viento se puede determinar como se describe en detalle anteriormente.

[0068] De acuerdo con un modo de realización, el bloque 721 puede incluir determinar datos del estado del mar. Los datos del estado del mar como se usa en el presente documento pueden incluir características del mar como altura de olas, frecuencia de olas, aparición de corrientes marinas, velocidad de corrientes marinas, dirección de corrientes marinas y similares. Típicamente, se pueden usar uno o dos dispositivos de medición para determinar las características del mar y obtener datos del estado del mar. En general, una o más turbinas eólicas de un parque de turbinas eólicas marinas pueden compartir los dispositivos de medición para medir las características del mar. En algunos modos de realización, el bloque 726 puede incluir seleccionar el uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular del rotor y dependientes de los datos del estado del mar determinados. En un ejemplo, el parámetro operativo se puede seleccionar dependiendo de la característica del viento determinada y los datos del estado del mar determinados. En otro ejemplo, el parámetro operativo se puede seleccionar dependiendo de la característica del viento determinada o los datos del estado del mar determinados. Típicamente, los datos del estado del mar se pueden tener en cuenta cuando se selecciona y aplica el parámetro operativo de la turbina eólica de la misma forma que se tiene en cuenta la característica del viento cuando se selecciona y aplica un parámetro operativo, como se describe anteriormente. En particular, las rosas de los vientos mostradas de forma de ejemplo en las figuras 6 y 7 también se pueden usar como un diagrama para mostrar el estado del mar alrededor de la turbina eólica. Por tanto, las rosas de los vientos que muestran como ejemplo la velocidad del viento en las figuras 6 y 7, pueden mostrar, en otro ejemplo, la velocidad de corrientes marinas, la altura de olas o similares.

[0069] En un ejemplo, el parámetro operativo de la turbina eólica se aplica a la turbina eólica enviando y recibiendo las respectivas señales de control para el parámetro operativo, lo que puede dar como resultado un incremento o una disminución del parámetro operativo, según se desee. Se debe entender que el parámetro operativo, que está incluido en el conjunto de datos de parámetros operativos, puede ser cualquier parámetro operativo, tal como un parámetro operativo como se describe anteriormente. En particular, el parámetro operativo que se va a seleccionar puede ser típicamente un parámetro operativo, que influye en la carga en la estructura de soporte de la turbina eólica.

[0070] En un ejemplo, el parámetro operativo se establece incrementando o disminuyendo el ángulo de pitch. Además, en un ejemplo, el par de torsión del rotor se puede incrementar o disminuir cuando influye en un parámetro operativo, por ejemplo, por medio del generador.

[0071] De acuerdo con algunos modos de realización, seleccionar un parámetro operativo o aplicar el parámetro operativo seleccionado del conjunto de datos de parámetros operativos puede incluir una referencia a otro conjunto de datos de uno o más parámetros operativos. Por ejemplo, el conjunto de datos de parámetros operativos que dependen de la posición angular de la góndola puede ser una tabla de consulta que apunta a una determinada posición angular de la góndola a otra tabla de consulta que contiene otros parámetros operativos o una curva que describe el parámetro operativo en dependencia de otros datos. De acuerdo con un modo de realización que se puede combinar con otros modos de realización descritos en el presente documento, un parámetro operativo en el conjunto de datos de parámetros operativos dependientes de la posición angular de la góndola puede ser una función. Típicamente, el parámetro operativo en el conjunto de datos puede ser una función de una característica del viento, tal como la dirección del viento, la velocidad del viento, la densidad del aire o similares.

[0072] De acuerdo con algunos modos de realización, que se pueden combinar con otros modos de realización descritos en el presente documento, el procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica como se describe anteriormente puede incluir adaptar los ajustes de reductor de picos de la turbina eólica dependiendo del ángulo de orientación. Dicho procedimiento se muestra esquemáticamente en el diagrama de flujo de la figura 11. Los bloques 810, 815, 820, 825 y 830 típicamente pueden corresponder a los bloques 610, 615, 620, 625, 630 o 710, 715, 720, 725 y 730, respectivamente. En la figura 11, el bloque 835 especifica aplicar el uno o más parámetros operativos seleccionados adaptando un ajuste de reductor de picos de la turbina eólica durante el funcionamiento de la turbina eólica dependiendo del ángulo de orientación. De acuerdo con algunos modos de realización descritos en el presente documento, el parámetro operativo se puede seleccionar para influir en el ajuste de reductor de picos. De acuerdo con otros modos de realización descritos en el presente documento, el bloque 825, es decir, seleccionar el parámetro operativo que se va a aplicar, se puede especificar adaptando un ajuste de reductor de picos de la turbina eólica, como se ilustra por líneas discontinuas en la figura 11.

[0073] Por ejemplo, una carga relativamente benigna para determinadas direcciones de viento (es decir, también para determinados ángulos de orientación) permite ajustes de reductor de picos menos rigurosos. En un modo de realización, en el que el ángulo de pitch se selecciona como un parámetro operativo del conjunto de datos de parámetros operativos, esto puede dar como resultado un ángulo de pitch más pequeño, lo que a su vez incrementa el rendimiento energético.

[0074] Como se describe anteriormente, en algunos modos de realización, la turbina eólica puede incluir una parte de orientación que tiene un ángulo de orientación variable alrededor de un eje de orientación (o un eje de torre) y una estructura de soporte para soportar la parte de orientación de la turbina eólica, como se describe anteriormente. De acuerdo con un modo de realización de funcionamiento de la turbina eólica, aplicar o seleccionar el parámetro operativo del conjunto de datos de parámetros operativos incluye además adaptar los ajustes de reductor de picos para alcanzar una mayor captura de energía dentro de la resistencia dada de la estructura de soporte de la turbina eólica en comparación con la captura de energía de una turbina eólica que tiene ajustes de reductor de picos sin el conjunto de datos de uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular de la góndola. Típicamente, la resistencia de la estructura de soporte se aprovecha por tanto de forma más eficaz que en un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica como es conocido en la técnica. La resistencia existente de la estructura de soporte se puede usar en mayor medida cuando se usa el procedimiento de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento en comparación con el uso de procedimientos conocidos en la técnica. En general, los ajustes de reductor de picos menos rigurosos de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento permiten momentos de vuelco de fatiga mayores en el rodamiento principal y la torre que se compensarían con la menor frecuencia o turbulencia para el sector de viento particular (eso quiere decir también para la posición angular particular de la góndola). Típicamente, los efectos de la fatiga se pueden posponer o la estructura de soporte de la turbina eólica se puede usar más eficazmente (es decir, evitando una estructura de soporte sobredimensionada) usando el procedimiento y la turbina eólica de acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento.

[0075] Típicamente, los efectos de adaptar los ajustes de reductor de picos de acuerdo con el conjunto de datos de parámetros operativos que es dependiente de la posición angular de la góndola también permite adaptar la estructura no rotatoria de la turbina eólica. En otras palabras, la estructura no rotatoria de la turbina eólica (también denominada estructura de soporte de la turbina eólica) puede estar adaptada al procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con el conjunto de datos de parámetro operativo dependientes de la posición angular de la góndola (por tanto, en un ejemplo descrito anteriormente, los datos son dependientes de la dirección del viento) y los ajustes de reductor de picos adaptados.

[0076] En la figura 12, se muestra un procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica de acuerdo con algunos modos de realización, que se pueden combinar con otros modos de realización descritos en el presente documento. En general, los bloques 910, 915, 920, 925 y 930 pueden corresponder típicamente a los bloques 610, 615, 620, 625, 630 o 710, 715, 720, 725, 730 o 810, 815, 820, 825, 830 respectivamente. Típicamente, el bloque 935 especifica además el bloque 930 del procedimiento 900. En el bloque 935, aplicar uno o más parámetros operativos seleccionados se realiza de modo que la carga en la estructura de soporte sea sustancialmente axisimétrica con respecto al eje de torre de la turbina eólica durante el funcionamiento de la turbina eólica, lo que se explica en detalle anteriormente con respecto a las figuras 3 a 5.

[0077] Típicamente, seleccionar y aplicar el parámetro operativo de la turbina eólica dependiente del ángulo de orientación, como se describe en un modo de realización anterior, puede ayudar a lograr una distribución de carga simétrica de forma sustancialmente axial en la estructura de soporte de la turbina eólica, tal como los componentes que no se orientan de la energía eólica, que puede ser la torre, rodamientos de la turbina eólica y similares.

[0078] De acuerdo con algunos modos de realización, que se pueden combinar con otros modos de realización descritos en el presente documento, el parámetro operativo de la turbina eólica se selecciona y aplica de modo que la carga en la estructura de soporte sea sustancialmente independiente de la dirección del viento. Por ejemplo, como se explica en detalle anteriormente, al seleccionar y aplicar el ángulo de pitch (como ejemplo de un parámetro operativo de la turbina eólica) dependiente de la posición angular real determinada de la góndola de la turbina eólica, la carga en la estructura de soporte se puede igualar en las diferentes posiciones angulares de la góndola. En otras palabras, la diferencia entre la carga en la estructura de soporte en diferentes posiciones angulares de la góndola se reduce en comparación con una turbina eólica en la que el parámetro operativo se establece independiente de la posición angular.

[0079] Los sistemas y procedimientos descritos anteriormente facilitan la optimización de la captura de potencia adaptando el control de carga a la posición angular de la góndola. Más específicamente, los modos de realización descritos en el presente documento permiten ajustes de reductor de picos menos rigurosos, lo que puede incrementar además el rendimiento energético y también da lugar a una mejor utilización de la resistencia estructural de los componentes que no se orientan de la turbina eólica. Además, el diseño de los componentes que no se orientan de la turbina eólica puede estar adaptado para ajustarse mejor a la carga real, evitando de este modo el sobredimensionamiento de la estructura de soporte de la turbina eólica.

[0080] Los modos de realización de ejemplo de sistemas y procedimientos para el funcionamiento y control de una turbina eólica se describen anteriormente en detalle. Los sistemas y procedimientos no se limitan a los modos de realización específicos descritos en el presente documento, sino que en su lugar los componentes de los sistemas y/o las etapas de los procedimientos se pueden utilizar independientemente y por separado de otros componentes y/o etapas descritos en el presente documento. Por ejemplo, el procedimiento de funcionamiento de una turbina eólica no se limita a la práctica solo con los sistemas de turbina eólica como se describe en el presente documento. Más bien, el modo de realización de ejemplo se puede implementar y utilizar en relación con muchas otras aplicaciones de palas de rotor.

[0081] Aunque se pueden mostrar rasgos característicos específicos de diversos modos de realización de la invención en algunos dibujos y no en otros, esto se hace solo por conveniencia. De acuerdo con los principios de la invención, se puede hacer referencia a y/o reivindicar cualquier rasgo característico de un dibujo en combinación con cualquier rasgo característico de cualquier otro dibujo.

[0082] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el modo preferente, y también para permitir que cualquier experto en la técnica practique la invención, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un procedimiento (700) para el funcionamiento de una turbina eólica (10), incluyendo la turbina eólica (10) una parte de orientación (16) que tiene un ángulo de orientación variable alrededor de un eje de orientación (38) de la turbina eólica, una estructura de soporte (12) para soportar la parte de orientación (16) de la turbina eólica (10), y un control de carga (36) para controlar un parámetro operativo de la turbina eólica (10) que tiene una influencia sobre la carga en la estructura de soporte (12) de la turbina eólica (10), comprendiendo el procedimiento:

   a) determinar la dirección del viento;

   b) determinar un ángulo de orientación;

   c) ajustar el control de carga durante el funcionamiento de la turbina eólica (10) en una envolvente de funcionamiento de velocidades del viento de 3 m/s a 25 m/s dependiendo de la dirección del viento y el ángulo de orientación, incluyendo:

   usar el ángulo de orientación para determinar una posición real de la turbina eólica (10) dentro de una rosa de los vientos asimétrica (400) alrededor de la turbina eólica (10);

   acceder a datos almacenados relacionados con la rosa de los vientos asimétrica (400); y en base a los datos almacenados y el ángulo de orientación de la turbina eólica (10), controlar el parámetro operativo para ajustar el control de carga para lograr una carga sustancialmente axisimétrica de la estructura de soporte (12) en el que el control de carga se realiza estableciendo el ajuste de reductor de picos para influir en la distribución de carga en la estructura de soporte de la turbina eólica.
2. 2. El procedimiento (700) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el control de carga se ajusta influyendo en un parámetro operativo de la turbina eólica (10), y en el que el parámetro operativo de la turbina eólica (10) comprende al menos un parámetro del grupo que consiste en: el ángulo de pitch, la velocidad de rotación del rotor, el par de torsión del rotor y la potencia.
3. 3. El procedimiento (700) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que ajustar el control de carga comprende establecer uno o más parámetros operativos de acuerdo con un conjunto de datos de uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular de la parte de orientación (16) de la turbina eólica (10) con respecto a la estructura de soporte (12) de la turbina eólica (10).
4. 4. El procedimiento (700) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además determinar al menos uno de una característica del viento y datos del estado del mar, y seleccionar uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular de la góndola y dependientes de al menos uno de la característica del viento determinada y los datos del estado del mar determinados.
5. 5. El procedimiento (700) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la característica del viento comprende al menos una característica del grupo que consiste en: la dirección del viento, la velocidad del viento, la turbulencia del viento, la densidad del aire, la temperatura del aire, características de variación de la velocidad del viento con la altura, la aparición de viento media, la característica de flujo ascendente y flujo descendente del viento y datos de viento específicos del sitio.
6. 6. El procedimiento (700) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la turbina eólica (10) incluye además una parte de orientación que tiene un ángulo de orientación variable alrededor del eje de torre (38) y una estructura de soporte para soportar la parte de orientación de la turbina eólica, y

   en el que la turbina eólica incluye además un control del ángulo de orientación para controlar y determinar el ángulo de orientación, y

   en el que determinar la posición angular de la góndola (16) con respecto al eje de torre comprende determinar la dirección del viento real y el ángulo de orientación real de la turbina eólica (10).
7. 7. Una turbina eólica (10), que comprende:

   a) una torre (12) que incluye un eje de torre (38);

   b) una góndola (16) que puede rotar alrededor del eje de torre (38);

   c) un dispositivo de determinación (360) para determinar una posición angular de la góndola (16) con respecto al eje de torre (38); y

   d) una unidad de control (336) para registrar y almacenar un conjunto de datos de uno o más parámetros operativos de la turbina eólica (10) a lo largo de su vida útil operativa, en el que el uno o más parámetros operativos dependen de la posición angular de la góndola (16);

   en la que la unidad de control (336) está adaptada para seleccionar uno o más parámetros operativos del conjunto de datos de uno o más parámetros operativos de la turbina eólica dependiendo de la posición angular determinada de la góndola y aplicar el uno o más parámetros operativos seleccionados a la turbina eólica (10)

   y controlar el uno o más parámetros operativos seleccionados en base a datos almacenados relacionados con una rosa de los vientos asimétrica (400) para ajustar el control de carga para lograr una carga sustancialmente axisimétrica de la torre (12)

   para ajustar el control de carga durante el funcionamiento de la turbina eólica (10) en una envolvente de funcionamiento de velocidades del viento de 3 m/s a 25 m/s dependiendo de la dirección del viento y un ángulo de orientación de la turbina eólica;

   en la que el control de carga se realiza estableciendo el ajuste de reductor de picos para influir en la distribución de carga en la estructura de soporte de la turbina eólica.
8. 8. La turbina eólica (10) de acuerdo con la reivindicación 7, en la que la turbina eólica (10) incluye al menos uno de un dispositivo de determinación de característica del viento para determinar una característica del viento real y un dispositivo de medición para determinar datos del estado del mar.
9. 9. La turbina eólica (10) de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en la que la unidad de control (336) está adaptada para almacenar el conjunto de datos del uno o más parámetros operativos dependientes de la posición angular del rotor y al menos uno de la característica del viento y los datos del estado del mar.
10. 10. La turbina eólica (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en la que la turbina eólica (10) comprende además un control del ángulo de pitch (32) para controlar el ángulo de pitch de la turbina eólica (10), y en la que el uno o más parámetros operativos seleccionados incluyen el ángulo de pitch.
11. 11. La turbina eólica (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en la que la turbina eólica (10) incluye además una parte de orientación que tiene un ángulo de orientación variable alrededor del eje de torre (38) y una estructura de soporte (52, 54) para soportar la parte de orientación (16) de la turbina eólica (10), y en la que la unidad de control (336) está adaptada para aplicar el uno o más parámetros operativos seleccionados de la turbina eólica (10) de modo que la carga en la estructura de soporte (52, 54) es sustancialmente axisimétrica con respecto al eje de torre de la turbina eólica durante el funcionamiento de la turbina eólica (10).