ES2938612T3

ES2938612T3 - Sistema de control de turbina eólica que comprende una técnica mejorada de sobremuestreo

Info

Publication number: ES2938612T3
Application number: ES17727100T
Authority: ES
Inventors: Tobias Gybel Hovgaard; Keld Hammerum; Kasper Zinck Østergaard
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2023-04-13
Anticipated expiration: 2037-05-22
Also published as: US20210293220A1; WO2017202430A1; EP3465360A1; EP3465360B1; US11661920B2; US11053918B2; US20200318614A1

Abstract

Una unidad de control de turbina eólica que comprende un módulo de control configurado para controlar un sistema de actuador emitiendo una primera señal de control, donde la primera señal de control incluye un valor de muestra de control actual y una trayectoria de control prevista; comprendiendo además la unidad de control un módulo de sobremuestreo configurado para recibir la primera señal de control del módulo de control, y para emitir una segunda señal de control para controlar el sistema actuador, teniendo la segunda señal de control una frecuencia más alta que la primera señal de control. El módulo de muestreo ascendente calcula la segunda señal de control en función del valor actual de la muestra de control y la trayectoria de control prevista. Las realizaciones proporcionan una señal de control reproducida con mayor precisión a una frecuencia más alta que es adecuada para el procesamiento posterior que no sufre los problemas de solapamiento y retraso que existen con las técnicas convencionales de muestreo ascendente. La respuesta dinámica del sistema actuador se mejora de tal manera que muestra un sobreimpulso más bajo y se amortigua de manera más óptima. Las realizaciones de la invención también se refieren a un sistema de control de una turbina eólica que incluye una unidad de control de este tipo, un método para operar una unidad de control y un producto de programa informático adaptado para implementar el método. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de control de turbina eólica que comprende una técnica mejorada de sobremuestreo

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a un sistema de control de turbina eólica en el que se usa una técnica de sobremuestreo para aumentar la tasa de señal entre un sistema actuador y una unidad de control que controla dicho sistema actuador.

Antecedentes

Una turbina eólica comprende múltiples sistemas, todos los que deben controlarse para que funcionen juntos, de forma que la turbina eólica proporcione una salida de potencia objetivo en una amplia gama de condiciones del viento. En este contexto, es posible que una unidad de control para un sistema actuador dado proporcione una señal de control digital que no coincida con la tasa de entrada requerida del sistema actuador. Por ejemplo, un sistema actuador de paso que comprende un actuador hidráulico y una unidad de control de posición del actuador puede requerir una tasa de señal de entrada relativamente alta, mientras que una unidad de control de paso que envía ordenes de posición de paso al sistema actuador de paso proporciona una señal de salida a una tasa relativamente baja. En un caso de este tipo, es necesario convertir la señal de control de tasa relativamente baja de la unidad de control de paso en una señal de tasa más alta para que pueda ser procesada correctamente por el sistema actuador de paso. Tal conversión de tasa de señal se logra convencionalmente mediante una técnica adecuada de sobremuestreo, en la que la señal de salida de un sobremuestreador incluye las muestras existentes de la señal de entrada, así como nuevas muestras insertadas entre las muestras existentes de acuerdo con un factor de conversión de enteros predefinido.

Los enfoques conocidos para el sobremuestreo de señales incluyen retención de orden cero y relleno cero. En una técnica de retención de orden cero, las muestras adicionales insertadas entre las muestras existentes reciben un valor igual a la muestra existente inmediatamente anterior, mientras que en una técnica de relleno cero, esas muestras adicionales reciben un valor de cero. En ambos enfoques, un filtro posterior de paso bajo sirve para suavizar las discontinuidades en la señal y evitar el alias. Aunque el filtrado en teoría aborda el problema del solapamiento, el solapamiento todavía puede ocurrir y, asimismo, el filtrado introduce un retraso de fase en la señal de control que no es deseable en el contexto de controlar un sistema dinámicamente cambiante.

Koerber y King en "Combined Feedback Feedforward control of Wind turbines Using State-Constrained Model Predictive Control", IEEE Transaction on Control Systems Technology, 2013, vol. 21, n.° 4 desvela la aplicación del control predictivo del modelo (MPC) al problema del control del par y paso colectivo de la turbina eólica a plena carga. Hall en "Techniques for Interpolation and Digital Upconversion", Wireless Design & Development, 2007, n.° 8 desvela diversas técnicas de interpolación y aborda consideraciones especiales cuando se elige un método de interpolación. Tan en "Multirate DSP part 1: Upsampling and downsampling", Ee Times, 2008 desvela aspectos relacionados con el aumento de la tasa de muestreo por un factor entero.

Contra estos antecedentes, la presente invención tiene como objetivo proporcionar una metodología mejorada de sobremuestreo adecuada para su uso dentro de un sistema de control en una turbina eólica.

Sumario de la invención

En un primer aspecto, las realizaciones de la invención proporcionan una unidad de control de turbina eólica que comprende: un módulo de control configurado para controlar un sistema de actuador emitiendo una primera señal de control, en donde la primera señal de control incluye un valor de muestra de control actual y una trayectoria de control prevista; comprendiendo además la unidad de control un módulo de sobremuestreo configurado para recibir la primera señal de control del módulo de control, y para emitir una segunda señal de control para controlar el sistema actuador, teniendo la segunda señal de control una frecuencia más alta que la primera señal de control. El módulo de sobremuestreo calcula la segunda señal de control en función del valor de muestra de control actual y la trayectoria de control prevista.

La invención se puede expresar también como un método para operar una unidad de control de un sistema de control de una turbina eólica para controlar un sistema actuador de la misma, comprendiendo el método generar, usando un módulo de control, una primera señal de control que comprende un valor de muestra de control actual y una trayectoria de control prevista; y generar, usando un módulo de sobremuestreo, una segunda señal de control para controlar el sistema actuador, teniendo la segunda señal de control una frecuencia más alta que la primera señal de control; en donde el módulo de sobremuestreo calcula la segunda señal de control en función del valor de muestra de control actual y la trayectoria de control prevista.

La invención se extiende también a un sistema de control de turbina eólica que comprende una unidad de control como se ha definido anteriormente, y también a un producto de programa informático descargable desde una red de comunicaciones y/o almacenado en un medio legible por máquina, que comprende instrucciones de código de programa para implementar el método como se ha definido anteriormente.

La segunda señal de control puede comprender un primer valor de muestra de control que corresponde a un valor de muestra de control actual de la primera señal de control, y uno o más valores de muestra de control adicionales basándose en la trayectoria de control prevista.

Un beneficio de la invención es que la señal de control relativamente lenta emitida por el módulo de control se muestrea en una versión más rápida de esa señal usando un enfoque que se basa en la trayectoria de control prevista que emite el módulo de control. Esto quiere decir, los valores de la muestra de control que se agregan a las muestras de control existentes o "movimientos de control" generados por el módulo de control se basan en el conocimiento de la trayectoria de control prevista. Esto proporciona una señal de control reproducida con mayor precisión a una frecuencia más alta que es adecuada para el procesamiento posterior que no sufre los problemas de solapamiento y retraso que existen con las técnicas de sobremuestreo convencionales. La respuesta dinámica del sistema actuador se mejora de tal forma que exhibe un sobreimpulso más bajo y se amortigua de forma más óptima.

El módulo de sobremuestreo puede calcular uno o más valores de muestra de control adicionales usando una función de interpolación aplicada al valor de muestra de control actual y uno o más valores de muestra de la trayectoria de control prevista y que se basan en una relación de tasas de muestreo del módulo de control y del sistema actuador. La función de interpolación puede incluir una función de interpolación de primer orden que usa un único valor de muestra de la trayectoria de control prevista, en particular, un valor de muestra único que sigue inmediatamente al valor de muestra de control actual. Como alternativa, la función de interpolación puede incluir una función de interpolación de segundo orden que usa dos valores de muestra de la trayectoria de control prevista, en particular, dos valores de muestra que siguen inmediatamente al valor de muestra actual.

En una realización, el módulo de control comprende un algoritmo de control de horizonte en retroceso que calcula repetidamente una trayectoria de control pronosticada con respecto a cada ocurrencia de una muestra de control actual. Asimismo, puede emplearse una rutina de control predictivo del modelo (MPC).

En una realización, el sistema actuador incluye al menos un actuador de paso para controlar el paso de una o más palas de turbina eólica respectivas.

Dentro del alcance de esta solicitud se pretende expresamente que los diversos aspectos, realizaciones, ejemplos y alternativas establecidos en los párrafos anteriores, en las reivindicaciones y/o en la siguiente descripción y dibujos, y en particular, las características individuales de los mismos, puedan tomarse de forma independiente o en cualquier combinación. Es decir, todas las realizaciones y/o características de cualquier realización pueden combinarse de cualquier forma y/o combinación, a menos que tales características sean incompatibles.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se describirán una o más realizaciones de la invención, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 muestra una turbina eólica en la que se pueden incorporar realizaciones de la invención;

la Figura 2 es una vista esquemática de un sistema de ejemplo de acuerdo con una realización de la invención;

la Figura 3 ilustra una trayectoria de control determinada por un algoritmo de Control Predicho por Modelo (MPC);

la Figura 4 es un diagrama de flujo del proceso de acuerdo con una realización de la invención; y,

la Figura 5 es una serie de gráficos de datos que ilustra una metodología de sobremuestreo de acuerdo con una realización de la invención.

Descripción detallada

La Figura 1 muestra una turbina eólica 10 en la que se puede incorporar una realización de la invención. La turbina eólica 10 comprende una torre 12 que soporta una góndola 14 en la que se monta un rotor 16. El rotor 16 comprende una pluralidad de palas de turbina eólica 18 que se extienden radialmente desde un cubo 20. En este ejemplo, el rotor 16 comprende tres palas 18 aunque son posibles otras configuraciones.

La Figura 2 muestra un sistema de control de turbina eólica 22 de acuerdo con una realización de la invención que puede implementarse en la turbina eólica 10 de la Figura 1. En el presente documento, el sistema de control 22 incluye un sistema actuador 24 que es controlado por una unidad de control 26. En esta realización específica, el sistema actuador 24 puede ser un sistema de paso para controlar el paso de una o más de las palas de turbina eólica 18 que puede incluir un actuador hidráulico 28 dispuesto para ajustar el paso de las palas de forma conocida. La posición real del actuador 28 puede controlarse por una unidad de control de posición del actuador 30 que proporciona una señal de comando de posicionamiento al actuador hidráulico 28, normalmente a una tasa de alta frecuencia, por ejemplo, del orden de 100 Hz o superior.

Debe apreciarse que la unidad de control 26 y el sistema actuador 24 se pueden replicar para cada una de las palas 18 de la turbina eólica 10 de forma que la posición de cada pala 18 se pueda controlar de forma independiente.

Cabe señalar en este punto que el sistema de paso de la turbina eólica 10 es solo un ejemplo de un sistema de turbina eólica que podría controlarse y que la unidad de control 26 podría usarse también para controlar otros sistemas de turbina eólica. Por ejemplo, el sistema actuador 24 puede ser un accionamiento de guiñada eléctrico o hidráulico para la góndola 14 de la turbina eólica 10 para proporcionar control de posición giratoria de la góndola 14 con respecto a la torre 12. Otro ejemplo sería un sistema de control de convertidor donde el sistema actuador 24 puede ser un convertidor de potencia del sistema de generación de la turbina eólica 10 que convierte la potencia de CA suministrada por el generador en una salida de potencia de CA de frecuencia variable a través de un enlace de CC en un proceso conocido como 'conversión de potencia completa'. El experto en la materia apreciaría que el principio de la invención descrita en el presente documento podría aplicarse a cualquier sistema de turbina eólica que requiera un control en tiempo real de alta velocidad.

Volviendo a la Figura 2, la unidad de control 26 comprende dos componentes funcionales: un módulo de control 32 y un módulo de sobremuestreo 33. Estos módulos funcionales se ilustran por separado en el presente documento por conveniencia, aunque debe apreciarse que esto no implica que tales funciones deban implementarse en módulos de hardware o software separados. En resumen, el módulo de control 32 emite una señal de control que se genera usando un modelo dinámico del sistema actuador que predice cómo responderá el sistema a las entradas de control. Beneficiosamente, el módulo de control 32 implementa una metodología de control de horizonte en retroceso, que también se conoce como algoritmo de Control Predictivo del Modelo o 'MPC', tal como se describe en el documento WO2016/023561. Como es sabido, por lo tanto, los algoritmos MPC implementan un modelo de optimización que produce una trayectoria prevista de intervalos de tiempo futuros de la señal de control, o 'valores de muestra de control' o 'movimientos de control', lo que permite optimizar e implementar el valor de la muestra actual mientras se tienen en cuenta los intervalos de tiempo futuros. Como el módulo de control 32 implementa el control predictivo del modelo, tiene, por lo tanto, una capacidad predictiva sobre el estado futuro del sistema actuador que se va a controlar, lo que tiene una aplicación particular en sistemas dinámicos complejos que son difíciles de controlar eficazmente para los controladores PID tradicionales, ya que no tienen tal funcionalidad predictiva. Aunque tales controladores basados en MPC ofrecen ventajas en cuanto a la precisión con la que se puede controlar un sistema de actuadores, tienden a operar a una frecuencia más baja en gran parte debido a su complejidad computacional, en comparación con el sistema de actuador que se está controlando. Expresado de otra manera, el sistema actuador requiere una señal de control que tenga una frecuencia o velocidad mayor, por ejemplo, por un factor de 10 o incluso por un factor de 100, que la de la señal de control emitida por el módulo de control basado en MPC.

Las realizaciones de la invención proporcionan una solución a este problema al proporcionar a la unidad de control 26 el módulo de sobremuestreo o simplemente "sobremuestreador" 33 que toma la señal de control relativamente lenta emitida por el módulo de control 32 y emite una versión más rápida de la señal de control que es compatible con el sistema actuador 24. Como se apreciará en la discusión que sigue, el módulo de sobremuestreo 33 aprovecha el enfoque MPC implementado por el módulo de control 32 emitiendo una segunda señal de control o "modificada" que se basa en la trayectoria de control prevista generada por el módulo de control 32. Esto quiere decir, los valores de muestra de control que se suman entre los valores de muestra de control existentes o los movimientos de control de la señal de control original a la frecuencia más baja se basan en el conocimiento de la trayectoria de control generada por el algoritmo MPC implementado por el módulo de control. Esto proporciona una señal de control reproducida con mayor precisión a una frecuencia más alta que es adecuada para el procesamiento posterior que no sufre los problemas de solapamiento y retraso que existen con las técnicas de sobremuestreo convencionales. Por último, la respuesta dinámica del sistema actuador se mejora de tal forma que exhibe un sobreimpulso más bajo y se amortigua de forma más óptima.

La implementación de la unidad de control 26 se describirá ahora con más detalle con referencia a la Figura 2. La función general de la unidad de control 26 es controlar el sistema actuador 24 para que su salida, es decir, la posición del actuador de paso en este ejemplo particular, sea igual a un valor objetivo determinado por un controlador de nivel superior, por ejemplo, un controlador de ángulo de paso (no mostrado, pero su presencia está implícita). Para este fin, la unidad de control 26 recibe una señal de entrada de un empalme sumador 34 que proporciona el error 'E' entre el estado actual del sistema actuador indicado aquí como 'S', que en este caso puede ser la posición actual del actuador y un valor objetivo que se indica aquí como 'T'. La unidad de control 26 es operable para controlar el sistema actuador 24 para accionar su estado S, es decir, la posición de paso del actuador 28, a un valor que es igual al valor objetivo T, minimizando así el error E.

En respuesta a la señal E, el módulo de control 32 calcula una o más trayectorias de control previstas sobre un horizonte o ventana de tiempo en movimiento. La trayectoria de control prevista es una secuencia de movimientos de control optimizados para un horizonte de tiempo predeterminado, calculada para un número de intervalos de tiempo discretos. Por ejemplo, la trayectoria de control prevista, u(t), puede comprender una serie de movimientos de control optimizados para un número de intervalos de tiempo discretos, t=k, t=k+1, t=k+2,...,t=k+p, donde t=k+p es el intervalo de tiempo final del horizonte de tiempo dado, de tal forma que u(k) es el valor actual de la muestra, que puede expresarse de la siguiente manera:

u(t) = u(k), u(k+1), u(k+2),... ,u(k+p).

Esto se ilustra en la Figura 3, que muestra una trayectoria de control que puede ser generada a modo de ejemplo por el módulo de control 32. El gráfico superior de la Figura 3 muestra una trayectoria prevista s(t) para el estado del actuador S, mientras que el gráfico inferior muestra la trayectoria de control u(t) para la variable de control 'U'. Los valores históricos se muestran como puntos sólidos y se agrupan como 50, mientras que los valores previstos se muestran como puntos delineados y agrupados como 52.

En este ejemplo, se ordena al estado del actuador S que aumente hasta un punto de consigna predeterminado mientras que la trayectoria de control u(t) ilustra los movimientos de control actuales y futuros previstos necesarios para hacer que el estado del actuador alcance el punto de consigna. Tenga en cuenta que es el valor de la muestra de control en el punto de tiempo k, marcado aquí como u(k), que generalmente es implementado por un controlador aguas abajo mientras que el control futuro previsto mueve k+1, k+2, etc. son utilizados por el módulo de control 32 para optimizar el siguiente valor de muestra de control.

Volviendo a la Figura 2, el módulo de control 32 emite, por lo tanto, una primera señal de control u(t) al módulo de sobremuestreo 33 que incluye un valor de muestra de control actual y uno o más valores de muestra de control o movimientos de control futuros, también denominados colectivamente como la 'trayectoria de control prevista', marcada como u(k+t). Se apreciará que la señal de control puede emitirse como una matriz de puntos de datos. La señal de control primera u 'original' que emite el módulo de control 32 tiene una tasa relativamente baja, que puede ser de aproximadamente 10 Hz, a modo de ejemplo. Sin embargo, una señal con tal tasa no puede ser implementada directamente por el sistema actuador 24 que requiere una señal mucho más rápida, por ejemplo, 100 Hz, pero puede ser mucho mayor.

Por lo tanto, el módulo de sobremuestreo 33 funciona para convertir la primera señal de control de tasa más baja del módulo de control 32 en una señal con una tasa más alta que coincida con la requerida por el sistema actuador 24, de tal forma que el sistema actuador 24 sea capaz de procesar correctamente la señal recibida. Para esto, el módulo de sobremuestreo 33 implementa una función de interpolación que se aplica al valor de muestra de control actual u(k) y uno o más movimientos de control de la trayectoria de control prevista incluida en la primera señal de control u(t) del módulo de control 32.

En esta realización, la función de interpolación incluye una función de interpolación de primer orden para ser aplicada a la muestra de control actual u(k) y el primer movimiento de control previsto de la trayectoria de control prevista. Sin embargo, en otras realizaciones de la invención, la función de interpolación puede comprender una función de interpolación de orden superior tal como una función de interpolación de segundo o tercer orden.

El proceso 100 mediante el que la unidad de control 26 controla el sistema actuador 24 se describe con más detalle a continuación.

Con referencia ahora a la Figura 4, el proceso 100 se inicia en la etapa 102 cuando el módulo de control 32 de la unidad de control 26 recibe un valor de muestra como parte de la señal de error E.

En la etapa 104, el módulo de control 32 calcula una trayectoria de control u(t) que se determina para minimizar la señal de error E de la forma establecida. Para este fin, el módulo de control 32 implementa un algoritmo de control predictivo modelo para determinar una trayectoria de control que comprende un valor de muestra de control actual u(k) como origen de predicción, y una trayectoria de control prevista, u(k+t), compuesta por los movimientos de control optimizados para intervalos de tiempo discretos para el horizonte de tiempo especificado, t=k+p El módulo de control 32 envía estos datos al módulo de sobremuestreo 33 en la etapa 106.

Cabe señalar en este punto que el módulo de control 32 emite la trayectoria de control u(t) que incluye la muestra de control actual u(k) y la trayectoria de control prevista u(k+t) como un solo conjunto de datos al módulo de muestreo superior 33. Sin embargo, también se prevé que la muestra de control actual u(k) y la correspondiente trayectoria de control prevista u(k+t) podrían generarse como conjuntos de datos separados. El experto apreciará que la longitud de la trayectoria de control prevista dependerá del sistema que se va a controlar, es decir, del período de tiempo oscilatorio y de la frecuencia de muestreo del módulo de control.

En la etapa 108, el módulo de sobremuestreo 33 calcula una señal de control modificada o 'segunda' para dar salida al sistema actuador 24 que tiene una frecuencia más alta que la primera señal de control. En primer lugar, el módulo de sobremuestreo 33 recibe la muestra de control actual, u(k), y la trayectoria de control prevista, u(k+t), del módulo de control 32. Después, el módulo de sobremuestreo 33 usa estos valores de muestra, u(k), u(k+1), junto con las frecuencias de muestreo conocidas del sistema actuador 24 y el módulo de control 32 para calcular la señal de control modificada. Para las finalidades de esta descripción, la frecuencia del sistema actuador 24 se denomina f1 y la frecuencia de salida del módulo de control 32 se denomina f2. Como se ha mencionado anteriormente, f1 > f2 por ejemplo por un factor de 10.

En términos generales, en lugar de llevar a cabo una técnica de sobremuestreo convencional en la que se agregan valores de muestra adicionales en valor cero (relleno cero) o en un valor de la muestra de control anterior (retención de orden cero), combinado con un filtrado posterior adecuado, el módulo de sobremuestreo 33 proporciona una señal modificada que comprende valores de muestra adicionales que se basan en la muestra de control actual y uno o más de los movimientos de control de la trayectoria de control prevista u(k+t). Al agregar muestras en el período entre muestras de control sucesivas enviadas por el módulo de control 32, la salida del módulo de sobremuestreo 33 tiene una frecuencia más alta. Por ejemplo, si se agregan nueve muestras (10-1 muestras a tener en cuenta la muestra de control existente), la frecuencia aumenta por un factor de 10 en comparación con la frecuencia de la primera señal de control.

Para generar la señal de control modificada, el módulo de sobremuestreo 33 aplica una función de interpolación de primer orden a la muestra de control actual, u(k), y el primer movimiento de control previsto, u(k+1) para derivar cada una de las muestras de control adicionales.

Por lo tanto, cada muestra de control adicional o "intermedia" se puede calcular usando la siguiente relación,

u(k+l)-u(k)

siguiente muestra de control intermedia = muestra de control actual + ( 5 h ).

A partir de t=k, este cálculo se repite a la tasa de submuestra más alta, f-i, hasta el siguiente intervalo de tiempo discreto del controlador, t=k+1, se alcance. Esto da como resultado el primer movimiento de control previsto del controlador, u(k+1), que se divide en una serie de etapas más pequeñas que se pueden ejecutar a la frecuencia de muestreo más alta del sistema actuador, f-i.

Una vez que se ha determinado la señal de control modificada o 'segunda' para el período de tiempo entre t=k y t=k+1, el módulo de sobremuestreo 33 envía la señal de control modificada al sistema actuador en la etapa 110, como se indica como 'M' en la Figura 2. En la etapa 112, el sistema actuador 24 implementa los movimientos de control de la señal de control modificada M a la tasa del sistema actuador f-i. A partir de entonces, el proceso se repite para cada punto de datos de muestra que se recibe en el módulo de control 32 a una tasa f1. Por tanto, en el tiempo t=k+1, el módulo de control 32 recibe una nueva muestra de control actual del sistema actuador y los pasos 104 a 112 se repiten para proporcionar al sistema actuador 24 una señal de control modificada para el período de tiempo t=k+1 a t=k+2.

El proceso anterior se ilustra en la Figura 5, que muestra una trayectoria de control u(t) en tres intervalos de tiempo secuenciales k, k+1 y k+2. Considerando en primer lugar el primer intervalo de tiempo k, que es el gráfico más superior, se verá que la segunda señal de control (salida sobremuestreada) del módulo de sobremuestreo 33 se extiende, o se interpola, entre el valor de muestra de control actual u(k) y el primer movimiento de control u(k 1) de la trayectoria de control prevista. El número de valores de muestra que forman parte de la interpolación puede determinarse en función del factor de escala requerido entre el módulo de control 32 y el sistema actuador 24, esto quiere decir, la relación de la frecuencia del sistema actuador a la frecuencia del módulo de control 32. Por ejemplo, si la frecuencia del sistema actuador es de 100 Hz y la frecuencia del módulo de control 32 es de 10 Hz, entonces, el módulo de sobremuestreo 33 agregará nueve (f1/f2 -1) valores de muestra adicionales entre la muestra de control actual y la siguiente muestra del módulo de control 32.

El segundo y tercer gráfico de la Figura 5 muestran los siguientes dos intervalos de tiempo sucesivos en los que se aplica el mismo proceso.

Se apreciará que se pueden realizar diversas modificaciones a las realizaciones específicas discutidas anteriormente sin apartarse del concepto inventivo tal como se define en las reivindicaciones.

Por ejemplo, en la realización descrita anteriormente, los valores de muestra de control adicionales en la segunda señal de control M se basan en una interpolación de primer orden aplicada en el valor de muestra de control actual u (k) y el siguiente movimiento de control u(k+1) en la trayectoria de control prevista generada por el módulo de control 32. Esto quiere decir, solo el primero de los movimientos de control previstos se usa para influir en los valores de muestra de control adicionales. Sin embargo, en una variante del proceso anterior, el módulo de sobremuestreo 33 puede usar una función de interpolación de segundo orden para calcular una señal de control modificada. En un caso de este tipo, el módulo de control 32 calcula una trayectoria de control prevista de la misma manera que en la primera realización, aunque el módulo de sobremuestreo 33 tiene en cuenta dos movimientos de control previstos u(k+1), u(k+2) además de la muestra de control actual u(k) para generar los valores de muestra de control adicionales. El módulo de sobremuestreo 33 usa entonces la interpolación de segundo orden de estas entradas y el conocimiento de la diferencia de frecuencias del sistema actuador y el módulo de control para calcular la señal de control modificada M para la salida al sistema actuador. El uso de una función de interpolación de segundo orden asegura la continuidad tanto para los movimientos de control del actuador como para su derivada.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una unidad de control de turbina eólica (26) que comprende:

un módulo de control (32) configurado para controlar un sistema actuador (24), estando configurado el módulo de control para emitir una primera señal de control, en donde la primera señal de control incluye un valor de muestra de control actual y una trayectoria de control prevista;

caracterizada por que la unidad de control (26) comprende además un módulo de sobremuestreo (33) configurado para recibir la primera señal de control del módulo de control (32), y para enviar una segunda señal de control al sistema actuador para controlar el sistema actuador (24), teniendo la segunda señal de control una frecuencia más alta que la primera señal de control; en donde el módulo de sobremuestreo (33) está configurado para calcular la segunda señal de control en función del valor de muestra de control actual y la trayectoria de control prevista.

2. La unidad de control (26) de la reivindicación 1, en donde la segunda señal de control comprende un primer valor de muestra de control que corresponde al valor de muestra de control actual de la primera señal de control, y uno o más valores de muestra de control adicionales basándose en la trayectoria de control prevista.

3. La unidad de control (26) de la reivindicación 2, en donde el módulo de sobremuestreo (33) está configurado para calcular el uno o más valores de muestra de control adicionales mediante el uso de una función de interpolación aplicada al valor de muestra de control actual y uno o más valores de muestra de la trayectoria de control prevista y que se basan en una relación de tasas de muestreo del módulo de control (32) y del sistema actuador (24).

4. La unidad de control (26) de la reivindicación 3, en donde la función de interpolación incluye una función de interpolación de primer orden que usa un único valor de muestra de la trayectoria de control prevista.

5. La unidad de control (26) de la reivindicación 4, en donde el valor de muestra individual de la trayectoria de control prevista sigue inmediatamente al valor de muestra de control actual.

6. La unidad de control (26) de la reivindicación 3, en donde la función de interpolación incluye una función de interpolación de segundo orden que usa dos valores de muestra de la trayectoria de control prevista.

7. La unidad de control (26) de la reivindicación 6, en donde la función de interpolación de segundo orden usa los dos valores de muestra que siguen inmediatamente al valor de muestra actual.

8. La unidad de control (26) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo de control (32) comprende un algoritmo de control de horizonte en retroceso configurado para calcular repetidamente una trayectoria de control prevista con respecto a cada ocurrencia de una muestra de control actual.

9. La unidad de control (26) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo de control (32) está configurado para calcular la trayectoria de control prevista usando un modelo de optimización.

10. La unidad de control (26) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo de control (32) está configurado para calcular la trayectoria de control prevista mediante la implementación de una rutina MPC de control predictivo del modelo.

11. La unidad de control (26) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema actuador (24) incluye al menos un actuador de paso (28) para controlar el paso de una o más palas de turbina eólica (18) respectivas.

12. Una turbina eólica (10) que comprende un sistema de control (22) que incluye una unidad de control (26) como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

13. Un método para operar una unidad de control (26) de un sistema de control de turbina eólica (22) para controlar un sistema actuador (24) del mismo, comprendiendo el método:

generar, usando un módulo de control (32), una primera señal de control que comprende un valor de muestra de control actual y una trayectoria de control prevista;

caracterizado por que el método comprende además:

generar, usando un módulo de sobremuestreo (33), una segunda señal de control para controlar el sistema actuador (24), teniendo la segunda señal de control una frecuencia más alta que la primera señal de control; en donde el módulo de sobremuestreo (33) calcula la segunda señal de control en función del valor de muestra de control actual y la trayectoria de control prevista.

14. Un producto de programa informático descargable desde una red de comunicaciones y/o almacenado en un medio legible por máquina, que comprende instrucciones de código de programa para implementar un método de acuerdo con la reivindicación 13.