ES2947180T3 - Parada de un rotor de aerogenerador usando tasas de paso preestablecidas - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere al control de una turbina eólica en un proceso de parada en el que se utiliza un controlador de parada para inclinar las palas a una serie de velocidades de inclinación preestablecidas que incluyen una primera velocidad de inclinación y una segunda velocidad de inclinación. El controlador de parada está dispuesto para acceder a los ángulos de paso deseados del proceso de parada y agregar una banda envolvente a los ángulos de paso deseados. En el proceso de parada, se realiza el lanzamiento a una frecuencia de tono seleccionada entre el número de frecuencias de tono preestablecidas, y la frecuencia de tono se cambia de acuerdo con los criterios para mantener el valor de tono dentro de la banda envolvente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Parada de un rotor de aerogenerador usando tasas de paso preestablecidas

Campo de la invención

La presente invención se refiere al control de un aerogenerador y, en particular, se refiere a usar un controlador de parada para inclinar las palas a una serie de tasas de paso preestablecidas incluyendo una primera tasa de paso y una segunda tasa de paso.

Antecedentes de la invención

En los aerogeneradores de paso controlado, en operación normal, el paso de las palas de aerogenerador se ajusta en respuesta a las condiciones del viento, y con el fin de obtener una producción de energía deseada. Pueden surgir una serie de situaciones que conducen a la necesidad de una parada del rotor de la turbina, o bien en un apagado completo o bien como una reducción de velocidad de rotor. Generalmente, un proceso de parada se hace inclinando fuera del viento, es decir, poniendo en bandera, para reducir la sustentación aerodinámica sobre las palas y, por ello, reducir la velocidad de rotor. El proceso de parada puede ser un apagado controlado, por ejemplo, debido a mantenimiento, un apagado debido a vientos elevados, un apagado debido a un fallo, un apagado de emergencia, una simple reducción de velocidad de rotor, o por otras razones. En cualquier caso, no hay un único proceso de parada que se ajuste a todos los escenarios y, por esa razón, se describen en la técnica una serie de procesos de parada diferentes.

El documento WO2006/007838 A1 (Vestas) describe una solución donde la velocidad de pala se controla con una velocidad alta inicialmente, cayendo a una velocidad más baja posteriormente en el proceso, se discuten realizaciones adicionales donde el paso individual continúa durante el proceso de puesta en bandera.

El documento WO2015/003710 A1 (Vestas) describe una solución donde el paso individual se mantiene hasta cierto punto después de que se haya recibido la orden de apagado. Aquí, un sistema de control de seguridad se hace cargo del paso de las palas y, utilizando tasas de paso constantes, el paso individual se mantiene de una manera que emula el paso individual utilizando tasas de paso constantes y, por ello, obtener la mitigación de carga asimétrica hasta cierto punto también durante el proceso de puesta en bandera.

Es en este contexto que se ha ideado la invención.

Compendio de la invención

Es un objeto de las realizaciones de la invención mejorar la capacidad de los aerogeneradores para abordar diferentes procesos de parada de rotor de una manera versátil.

Por consiguiente, en un primer aspecto, se proporciona un método para controlar un aerogenerador en respuesta a una señal de parada de rotor, el aerogenerador comprende un rotor con una o más palas de rotor de paso ajustable; y en donde, tras recibir la señal de parada de rotor, la velocidad de rotor se reduce mediante un controlador de parada que controla las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera en un proceso de parada, y en donde el controlador de parada está dispuesto para inclinar las palas a una serie de tasas de paso preestablecidas que incluyen una primera tasa de paso y una segunda tasa de paso, la segunda tasa de paso que es más baja que la primera tasa de paso;

en donde el método comprende los pasos de:

acceder a los ángulos de paso deseados del proceso de parada;

añadir una banda envolvente a los ángulos de paso deseados añadiendo un valor positivo y un valor negativo definiendo por ello un valor de banda superior y un valor de banda inferior; y

en donde el controlador de parada está dispuesto para:

mover la pala de rotor de paso ajustable a una tasa de paso seleccionada entre el número de tasas de paso preestablecidas hasta que la señal de ángulo de paso esté fuera de un valor de ángulo de paso definido por la banda envolvente,

si la señal de ángulo de paso es mayor que el valor de banda superior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más baja entre el número de tasas de paso preestablecidas, y

si la señal de ángulo de paso es más pequeña que el valor de banda inferior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más alta entre el número de tasas de paso preestablecidas.

De esta manera se proporciona un método de control versátil que facilita que una trayectoria de paso arbitraria se pueda seguir durante un proceso de parada por un controlador de parada con funcionalidad reducida en el sentido de que está limitada a un número de tasas de paso preestablecidas. Siguiendo se entiende que la trayectoria de paso arbitraria se aproxima dentro de la banda envolvente por la trayectoria de paso resultante. De esta manera, se emula una trayectoria de parada de paso aproximada por el controlador de parada cambiando la tasa de paso tras alcanzar los límites de banda envolvente. Un aerogenerador se puede dotar con más opciones para parar el rotor. Por ejemplo, una opción de reducción de velocidad de rotor, una opción de apagado lento, una opción de apagado rápido, una opción de apagado de emergencia, etc. Las realizaciones de la presente invención soportan tal opción de parada diferente de una manera simple y versátil, incluso para un controlador de parada con funcionalidad de paso reducida. El uso de un controlador de parada con funcionalidad reducida es ventajoso dado que facilita un controlador de parada que se puede construir de una manera robusta y fiable. En particular, para un sistema de paso hidráulico, las tasas de paso constante sustanciales preestablecidas se pueden proporcionar controlando válvulas de encendido/apagado, y por ello dispensar de la necesidad de válvulas proporcionales.

En aspectos adicionales, la invención se refiere a un aerogenerador que comprende un sistema de control dispuesto para realizar el método según el primer aspecto y un producto de programa informático que comprende un código de software adaptado para controlar un aerogenerador cuando se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos, el producto de programa informático que está adaptado para realizar el método del primer aspecto.

El producto de programa informático se puede proporcionar en un medio de almacenamiento legible por ordenador o ser descargable desde una red de comunicación. El producto de programa informático comprende instrucciones para hacer que un sistema de procesamiento de datos, por ejemplo, en forma de controlador, lleve a cabo la instrucción cuando se carga en el sistema de procesamiento de datos.

En general, un controlador puede ser una unidad o colección de unidades funcionales que comprende uno o más procesadores, interfaz o interfaces de entrada/salida y una memoria capaz de almacenar instrucciones que se pueden ejecutar por un procesador.

En general, los diversos aspectos de la invención se pueden combinar y acoplar de cualquier forma posible dentro del alcance de la invención. Estos y otros aspectos, características y/o ventajas de la invención serán evidentes a partir de, y se dilucidarán con referencia a, las realizaciones descritas de aquí en adelante.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán realizaciones de la invención, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que la Fig. 1 ilustra, en una vista esquemática, un ejemplo de un aerogenerador;

la Fig. 2 ilustra esquemáticamente una unidad controladora implementada para controlar un aerogenerador en respuesta a una señal de parada de rotor;

las Figs. 3 y 4 ilustran realizaciones esquemáticas de un proceso de parada, donde un controlador de parada está controlando las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera tras recibir una señal de parada de rotor. En la Fig. 3 se ilustra un paso común y en la Fig. 4 se ilustra el paso individual;

la Fig. 5 ilustra una realización, donde los ángulos de paso deseados se basan en una superposición de un ajuste de ángulo de paso colectivo deseado y un ajuste de ángulo de paso individual deseado; y

las Figs. 6 y 7 ilustran realizaciones adicionales del proceso de parada.

Descripción de realizaciones

La Figura 1 ilustra, en una vista esquemática, un ejemplo de un aerogenerador 1. El aerogenerador 1 incluye una torre 2, una góndola 3 colocada en el vértice de la torre y un rotor 4 acoplado operativamente a un generador alojado dentro de la góndola 3. Además del generador, la góndola aloja diversos componentes requeridos para convertir la energía eólica en energía eléctrica y diversos componentes necesarios para operar, controlar y optimizar el rendimiento del aerogenerador 1. El rotor 4 del aerogenerador incluye un buje central 5 y una pluralidad de palas 6 que se proyectan hacia fuera desde el buje central 5. En la realización ilustrada, el rotor 4 incluye tres palas 6, pero el número puede variar. Además, el aerogenerador comprende un sistema de control. El sistema de control se puede colocar dentro de la góndola o distribuir en una serie de ubicaciones dentro (o fuera de) la turbina y conectar comunicativamente. Las palas de rotor son de paso ajustable, aquí indicado con el ángulo de paso 0. Las palas de rotor se pueden ajustar de acuerdo con un ajuste de paso colectivo, donde cada una de las palas se ajustan con el mismo valor de paso. Además de eso, las palas de rotor son ajustables de acuerdo con los ajustes de paso individuales, donde cada pala se puede dotar con un punto de ajuste de paso individual. Las palas de rotor se mueven en un plano de rotor, aquí la posición angular de cada pala en el plano de rotor se hace con el ángulo de acimut 9.

Las palas de rotor 6 están conectadas mecánicamente a un generador eléctrico, posiblemente, a través de una caja de engranajes. En los sistemas de transmisión directa y otros sistemas, la caja de engranajes puede no estar presente. La potencia eléctrica generada por el generador se inyecta en una red eléctrica a través de un convertidor eléctrico. El generador eléctrico y el convertidor se pueden basar en una arquitectura de convertidor de escala completa (FSC) o una arquitectura de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG), pero se pueden usar otros tipos.

El sistema de control comprende una serie de elementos, incluyendo al menos un controlador principal con un procesador y una memoria, de modo que el procesador sea capaz de ejecutar tareas informáticas en base a instrucciones almacenadas en la memoria. En general, el controlador de aerogenerador asegura que, en operación, el aerogenerador genera un nivel de salida de potencia requerido. Esto se obtiene ajustando el ángulo de paso y/o la extracción de potencia del convertidor. Con este fin, el sistema de control comprende un sistema de paso que incluye un controlador de paso que usa una referencia de paso, y un sistema de potencia que incluye un controlador de potencia que usa una referencia de potencia. El controlador de potencia controla los diversos componentes eléctricos del sistema convertidor de generador con el fin de entregar la potencia requerida, de aquí en adelante controla el par del generador que se necesita para extraer la potencia requerida por el rotor a partir del viento. El sistema de control, o los elementos del sistema de control, se pueden colocar en un controlador de planta de energía (no mostrado) de modo que la turbina se pueda operar en base a instrucciones proporcionadas externamente. La Figura 2 ilustra esquemáticamente elementos de una unidad controladora de parada 20 dispuesta para controlar un aerogenerador en respuesta a una señal de parada de rotor. La unidad controladora que se implementa con una entrada de señal 21 dispuesta para recibir tal señal de parada de rotor. El procesamiento de parada que se obtiene controlando las palas de rotor de paso ajustable, es decir, el ángulo de paso 0 de las palas de rotor, hacia una posición en bandera en base a una señal de paso 22, 23 a ser enviada al actuador de las palas de rotor de paso ajustable. Se observa que el término parar el rotor se debería interpretar ampliamente para abarcar tanto la reducción de la velocidad de rotor a una velocidad más baja, incluyendo una velocidad controlada más baja y una velocidad de ralentí, así como la reducción de la velocidad de rotor a una parada completa. La señal de parada de rotor puede ser una señal de apagado. La referencia a la posición en bandera de una pala de aerogenerador significa un ángulo preestablecido seleccionado en el rango de 85° a 120° en dependencia del diseño mecánico del sistema de paso. La posición en bandera específica de un aerogenerador es una elección de diseño.

La presente invención se refiere a la situación donde el proceso de parada se maneja por un controlador de parada con funcionalidad reducida en el sentido de que el controlador de parada no es capaz de controlar el paso a cualquier tasa de paso, en su lugar, el controlador de parada está dispuesto para inclinar las palas a un número de tasas de paso preestablecidas que incluyen una primera tasa de paso 22 y una segunda tasa de paso 23, la segunda tasa de paso que es menor que la primera tasa de paso. En la figura se ilustra este aspecto por las señales de paso 22, 23, cada una que representa una señal de paso con una tasa de paso dada. La implementación precisa de la interacción entre el controlador y los actuadores de paso de las palas puede variar dependiendo del sistema específico.

Las tasas de paso normalmente se ajustan para que sean constantes. Dependiendo del sistema, esto se puede implementar de diferentes maneras, incluyendo ser constante en grados por segundo, es decir, en relación con el movimiento del ángulo, y constante en desplazamiento por segundo, es decir, en relación con el movimiento del pistón. Para un sistema hidráulico, la tasa de paso puede variar ligeramente con la caída de presión, se entiende que tal variación cae bajo el término constante.

La Figura 3 ilustra una realización esquemática de un proceso de parada, donde un controlador de parada está controlando las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera tras recibir una señal de parada de rotor. En el ejemplo ilustrado, la turbina se opera para seguir una referencia de paso común, 0com, durante su operación. En el tiempo to, se recibe una señal de parada por el controlador de parada, después de lo cual, en un proceso de parada, se dan instrucciones a la turbina para que siga una trayectoria de paso común definida por los ángulos de paso común deseados del proceso de parada. La Figura 4 ilustra otra realización donde se dan instrucciones a la turbina para que siga trayectorias de paso individuales definidas por los ángulos de paso individuales deseados del proceso de parada.

En el ejemplo de la Fig. 3, los ángulos de paso deseados definen una trayectoria de paso 30 con una primera etapa con una tasa de paso media alta y una segunda etapa con una tasa de paso media más baja.

La figura muestra además la velocidad de rotor, mostrando que la turbina se opera a la velocidad nominal hasta que se recibe la señal de parada de rotor en to, después de lo cual la velocidad de rotor disminuye hacia cero. La velocidad de rotor indica meramente el comportamiento general de la velocidad de rotor y no la velocidad de rotor exacta que coincidiría con los ángulos de paso ilustrados.

El controlador de parada 20 comprende un módulo informático 24 que se implementa para acceder a los ángulos de paso deseados 25 (mostrados como 30 en la Fig. 3) del proceso de parada y añadir una banda envolvente 26 a los ángulos de paso deseados añadiendo un valor positivo y un valor negativo definiendo por ello un valor de banda superior 31 y un valor de banda inferior 32. Con la banda definida, el controlador de parada está dispuesto para: mover la pala de rotor de paso ajustable a una tasa de paso 22, 23 seleccionada entre el número de tasas de paso preestablecidas hasta que la señal de ángulo de paso esté fuera de un valor de ángulo de paso definido por la banda envolvente,

si la señal de ángulo de paso es mayor que el valor de banda superior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más baja entre el número de tasas de paso preestablecidas, y

si la señal de ángulo de paso es menor que el valor de banda inferior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más alta entre el número de tasas de paso preestablecidas.

En el ejemplo de la Fig. 3, el controlador de parada está dispuesto para inclinar las palas a dos tasas de paso preestablecidas, una primera tasa de paso alta 22 y una segunda tasa de paso baja 23. Las tasas de paso se pueden establecer de acuerdo con un diseño dado. La primera tasa de paso puede estar entre 3 y 15°/s, mientras que la segunda tasa de paso menor puede estar entre 0 y 5°/s. Se pueden establecer otras tasas, incluyendo tasas negativas.

Tras la recepción de la señal de parada de rotor en to, todas las palas de paso se mueven a la tasa de paso alta 22. Mientras que se mueven las palas, como se ilustra esquemáticamente en la Fig. 2, la señal de ángulo de paso se compara 26 con la banda envolvente y una vez que se detecta que la señal de ángulo de paso es mayor 33 que el valor de banda superior, la tasa de paso seleccionada se cambia a la tasa de paso baja 23. La comparación se mantiene durante el proceso de parada, así que una vez que la señal de ángulo de paso se detecta que es más pequeña 34 que el valor de banda inferior, la tasa de paso baja 23 se cambia a la tasa de paso alta 22. Esta lógica se mantiene funcionando durante el proceso de parada. A este respecto se observa que la lógica permite que el controlador de parada siga (de una manera aproximada) cualquier trayectoria de paso deseada.

La Figura 4 ilustra una realización general esquemática. Como la Fig. 3, la figura ilustra un ejemplo de un proceso de parada, donde un controlador de parada está controlando las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera tras recibir una señal de parada de rotor. En contraste con la Fig. 3, la turbina se opera para seguir el paso individual (posiblemente cíclico) de las palas de rotor de paso ajustable, tanto antes como después del tiempo to en el que se recibe la señal de parada por el controlador de parada. De este modo, durante el proceso de parada, se dan instrucciones a la turbina para seguir las trayectorias de paso individuales definidas por los ángulos de paso deseados de cada una de las palas de rotor de paso ajustable.

La Figura 4 ilustra tres trayectorias de paso 40, 41 y 42, no obstante, por el bien de la simplicidad, solamente se discute una de las trayectorias de paso 40 en términos de las realizaciones. Se ha de entender que los mismos aspectos también son relevantes para las otras dos trayectorias 41,42.

En relación con la realización mostrada en la Fig. 4, el controlador de parada 20 se implementa para seguir los mismos pasos generales que para la realización de la Fig. 3, esto es, para acceder a los ángulos de paso deseados 25, 45 del proceso de parada y añadir una banda envolvente 26 a los ángulos de paso deseados añadiendo un valor positivo y un valor negativo, definiendo por ello un valor de banda superior 43 y un valor de banda inferior 44. Con la banda definida, el controlador de parada está dispuesto para:

mover la pala de rotor de paso ajustable a una tasa de paso seleccionada entre el número de tasas de paso preestablecidas hasta que la señal de ángulo de paso esté fuera de un valor de ángulo de paso definido por la banda envolvente,

si la señal de ángulo de paso es mayor que el valor de banda superior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más baja entre el número de tasas de paso preestablecidas, y

si la señal de ángulo de paso es menor que el valor de banda inferior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más alta entre el número de tasas de paso preestablecidas.

En el ejemplo de la Fig. 4, el controlador de parada está dispuesto, como para la Fig. 3, para inclinar las palas a dos tasas de paso preestablecidas, una primera tasa de paso alta 22 y una segunda tasa de paso baja 23. Los ángulos de paso deseados que se definen por la curva 45 se muestran como una trayectoria oscilante creciente. La Fig. 5 ilustra una realización de cómo se puede determinar tal trayectoria de paso individual deseada.

Tras la recepción de la señal de parada de rotor en t0, la pala de paso se mueve a la tasa de paso alta 22. Como se mencionó anteriormente en conexión con las realizaciones de la Fig. 2 y 3, mientras que se mueven las palas hacia la posición en bandera, la señal de ángulo de paso se compara con la banda envolvente y una vez que se detecta que la señal de ángulo de paso es mayor 46 que el valor de banda superior, la tasa de paso seleccionada se cambia a la tasa de paso baja 23. La comparación se mantiene durante el proceso de parada, y una vez que se detecta que la señal de ángulo de paso es más pequeña 47 que el valor de banda inferior, la tasa de paso baja 23 se cambia a la tasa de paso alta 22. Esta lógica se mantiene funcionando durante el proceso de parada.

Aunque no se muestra, similar a la banda ilustrada definida por los límites 43, 44, están presentes otras dos bandas, una para cada una de las dos trayectorias de paso 41, 42. La Figura 4 ilustra de este modo una realización de ejemplo donde el controlador de parada está dispuesto para mover cada una de la una o más palas de rotor de paso ajustable individualmente de acuerdo con los ángulos de paso definidos por la banda envolvente.

Los ángulos de paso deseados del proceso de parada, es decir, la trayectoria de paso usada para el proceso de parada, se puede generar de diferentes maneras.

La Figura 5 ilustra una realización ventajosa, donde el controlador de parada se implementa de una manera de modo que los ángulos de paso deseados se basen en un ajuste de ángulo de paso colectivo deseado y un ajuste de ángulo de paso individual deseado.

Como se muestra esquemáticamente en la Fig. 5, los ángulos de paso deseados se dividen en un ajuste de ángulo de paso colectivo deseado, como se muestra en el recuadro 50, y un ajuste de ángulo de paso individual deseado, como se muestra en el recuadro 51. Basar un ajuste de ángulo de paso en una combinación de una parte colectiva y una parte individual es una práctica común para ajustar un ángulo de paso. En un proceso de parada, el ajuste de ángulo de paso común se puede usar para controlar la reducción de la velocidad de rotor y los problemas de empuje, mientras que el ajuste de ángulo de paso individual se puede usar para mitigar las cargas asimétricas en el rotor durante el proceso de parada y las vibraciones de la torre.

Esta realización se puede usar para determinar los ángulos de paso deseados de cualquiera de los ejemplos de las Figs. 3 y 4. En la realización de la Fig. 3, los ángulos de paso deseados se pueden determinar ajustando los ángulos de paso individuales deseados como cero. En la realización de la Fig. 4, los ángulos de paso deseados se pueden implementar estableciendo el ángulo de paso colectivo deseado como cero.

Como se ilustra en la Fig. 5, el ajuste de ángulo de paso colectivo y el ajuste de ángulo de paso individual se suman dando como resultado la trayectoria de paso 52 deseada, como se muestra en el recuadro 53, que muestra la trayectoria de paso 52 superpuesta. La trayectoria de paso colectiva 54 también se muestra con propósitos ilustrativos.

Finalmente, se determina que la banda envolvente 56 siga los ángulos de paso deseados de la trayectoria superpuesta.

Las Figuras 3 y 4 ilustran ejemplos donde los ángulos de paso deseados se definen para toda la duración del proceso de parada, es decir, para toda la trayectoria de paso de parada. En una realización, los ángulos de paso deseados están predefinidos para toda la duración del proceso de parada. Es decir, el controlador de parada accede a o genera los ángulos de paso deseados tras la recepción de la señal de parada y genera los ángulos de paso deseados para todo el proceso de parada.

En una realización, los ángulos de paso deseados se determinan durante el proceso de parada. Es decir, los ángulos de paso deseados se determinan mientras que se está parando el rotor. Esta determinación se puede basar en una duración de tiempo o entrada de sensor. Tal entrada de sensor puede relacionarse con parámetros tales como la aceleración de rotor, la velocidad de rotor, el movimiento de la parte superior de la torre, la carga de pala, el empuje, la velocidad del viento, la dirección del viento, etc.

Por ejemplo, con referencia a la Fig. 3, las pendientes específicas de los segmentos lineales 30 de los ángulos de paso deseados se pueden determinar en base a la entrada. También, la temporización del cambio entre la primera tasa de paso media alta al segundo paso medio más bajo se puede basar en la entrada. Como ejemplo, este cambio se puede hacer en vista de la aceleración de rotor, en una realización la tasa de paso media alta se puede usar hasta que la aceleración de rotor sea cero, en cuyo punto se hace un cambio a la tasa de paso media más baja. Otro ejemplo podría relacionarse con el empuje que actúa sobre el rotor, por ejemplo, en base a la velocidad de rotor y la carga de pala, se puede determinar un valor de empuje y usarlo para ajustar la tasa de paso media. A este respecto, se puede aplicar incluso una tasa de paso negativa con el fin de aumentar temporalmente el empuje sobre el rotor. Tal aumento de empuje temporal puede mitigar la flexión hacia delante no deseada de la torre.

El propósito de parar el rotor es (naturalmente) reducir la velocidad de rotor. La reducción de velocidad de rotor se hace inclinando las palas hacia fuera, hacia la posición en bandera. La aplicación de la actividad de paso individual variable durante el proceso de parada normalmente se hace con propósitos de reducción de carga, por ejemplo, o bien para mitigar una carga asimétrica sobre el rotor o bien para mitigar las vibraciones de la torre. En una realización, la actividad de paso individual durante el proceso de parada solamente se hace si la necesidad es suficientemente fuerte. Usando solamente un paso individual si es necesario, se puede reducir el desgaste de los actuadores de paso. En una realización, el ajuste de ángulo de paso individual deseado se aplica solamente si una magnitud requerida está por encima de un umbral. La magnitud requerida se puede calcular en base a las señales de carga de pala o las señales de aceleración de la torre. La magnitud podría ser la amplitud de una señal oscilante en la que se basa el paso individual.

Como se puede ver en la Fig. 4, cuando se aplica paso individual en el período hasta recibir la señal de parada, los ángulos de paso específicos de las palas individuales serán diferentes en el tiempo tü.

En realizaciones, los ángulos de paso deseados del proceso de parada se pueden seleccionar para cada pala de paso ajustable, no obstante, también se pueden seleccionar para que sean iguales para todas las palas de paso ajustable. Si se selecciona para que sean los mismos, los ángulos de paso de cada una de las palas pueden seguir siendo diferentes durante el proceso de parada debido a que los ángulos iniciales pueden ser diferentes. En realizaciones donde los ángulos de paso deseados se seleccionan para que sean los mismos para todas las palas, dependiendo del ángulo de paso específico de la pala en tü, algunos ángulos de paso en tü pueden caer fuera de la banda envolvente resultante, y algunos pueden caer dentro de la banda envolvente resultante. Un ejemplo esquemático de esto se muestra en la Fig. 6 con la referencia 60.

En una realización, tras la recepción de la señal de parada, las palas de rotor de paso ajustable con un ángulo de paso dentro de la banda envolvente o un ángulo de paso menor que el valor de banda inferior se ajustan para moverse con la tasa de paso más alta entre el número de tasas de paso aproximadamente constantes preestablecidas, y las palas de rotor de paso ajustable con un ángulo de paso mayor que el valor de banda superior se ajustan para moverse con la tasa de paso más baja entre el número de tasas de paso preestablecidas. De esta manera, se puede asegurar que mientras que el ángulo de paso inicialmente está fuera de la banda envolvente, el ángulo de paso caerá después de un corto período de tiempo dentro de la banda. Esta realización también se puede implementar para sistemas donde se seleccionan los ángulos de paso deseados para cada pala de paso ajustable, dado que solo conducirá a que tales palas siempre se inclinen inicialmente con la tasa de paso más alta.

La Figura 6 ilustra otra trayectoria de paso para mostrar realizaciones adicionales de la invención.

En la figura, se ilustran tres trayectorias de paso variable en el período antes de to. En los periodos siguientes a to, 61 - 63, solamente se muestra una única trayectoria de paso y una única banda envolvente. Esto es por razones ilustrativas, dado que pueden estar presentes bandas envolventes adicionales de acuerdo con las diversas realizaciones.

Tras recibir la señal de parada de rotor, se accede a los ángulos de paso 65 deseados y se determina la banda envolvente 66. En la realización ilustrada, el ancho de banda de la banda envolvente se cambia durante el proceso de parada. El cambio del ancho de banda se puede hacer de diferentes maneras, los ejemplos incluyen en puntos específicos en el proceso de parada o progresivamente a medida que está progresando el proceso de parada. En la realización ilustrada, el ancho de la banda se amplía progresivamente a medida que progresa el proceso de parada. También se puede prever aplicar un primer ancho de banda en una primera etapa 61 con una tasa de paso media alta y un ancho de banda mayor en una etapa posterior 62 con una tasa de paso media más baja. En general, el ancho de banda se puede ampliar a medida que disminuye la velocidad de rotor, en la medida que la necesidad de un control estricto del proceso de parada puede ser menor para un rotor que gira lentamente. Además de la velocidad de rotor, también se pueden usar parámetros tales como el ángulo de paso, la tasa de paso y la aceleración de paso.

La Figura 6 ilustra además una realización en donde tras alcanzar un criterio de finalización, el ángulo de paso se controla para inclinar las palas a una de las tasas de paso preestablecidas sin tener en cuenta la banda envolvente. Aquí se usa la tasa de paso baja, y solamente se muestra una única tasa de paso a ser aplicada en el período 63 después de que se haya alcanzado el criterio de finalización. El criterio de finalización incluye la velocidad de rotor, el ángulo de paso, la velocidad de paso y la aceleración de paso.

La Figura 7 ilustra una realización adicional de un proceso de parada. Además de la Fig. 6, se ilustran dos realizaciones adicionales. Las palas inclinadas individualmente normalmente no seguirán la misma trayectoria de paso y, por lo tanto, en momentos diferentes, las palas tendrán diferentes ángulos de paso. La Fig. 7 ilustra una realización donde, tras alcanzar el criterio de finalización en tiempo tj, los ángulos de paso se controlan en un primer proceso para alinear 70 todos los ángulos de paso, y en un segundo proceso se controlan para inclinarse a la misma tasa de paso 71. La Fig. 7 ilustra además que después de que se haya alcanzado el criterio de finalización, se puede cambiar la tasa de paso para las palas. Por ejemplo, se puede seleccionar una tasa de paso 71 para asegurar una disminución rápida en la velocidad de rotación para lograr que el rotor se detenga casi por completo lo más rápido posible, pero a medida que el ángulo de paso se acerca a la parada final, se puede aplicar una tasa de paso final lenta 72 para reducir el impacto mecánico a medida que las palas alcanzan la parada final.

En las realizaciones ilustradas solamente se han mostrado dos tasas de paso, y se ha mencionado la posibilidad de una tasa de paso negativa. En general, se entiende que se pueden implementar más tasas de paso. Naturalmente, cuantas menos tasas de paso, más simple se necesita el sistema de accionamiento de paso. No obstante, con más tasas de paso disponibles, más de cerca se puede seguir una trayectoria de paso dada, y puede haber situaciones donde estén disponibles 3, 4, 5 o incluso más tasas de paso.

El controlador de parada se puede basar en un equipo informático industrial genérico o estándar, no obstante, ventajosamente, se puede basar de manera alternativa en un equipo informático de seguridad; es decir, en un controlador de seguridad. Si bien el controlador de seguridad en una realización puede ser un controlador certificable de seguridad, no necesita estar certificado en seguridad, sino más bien un controlador basado en software y hardware rigurosamente probados que cumplan con los mismos o similares requisitos que los necesarios para una certificación. También se puede hacer referencia a tal tipo de controlador como controlador certificable de seguridad.

Típicamente, la parte del sistema de control relacionada con la seguridad se puede construir según los principios dados en los estándares reconocidos para la seguridad funcional. Tales estándares abarcan, por ejemplo, ISO 13849, IEC 61508 e IEC 62061. Además de cumplir requisitos cuantitativos específicos de fiabilidad y cobertura de diagnóstico, se supone que los sistemas construidos según estos estándares están libres de fallos sistemáticos, tales como defectos de software. El sistema de control se puede dividir de este modo en un dominio de control normal que realiza las tareas de cálculo usando un equipo informático estándar y un dominio de control de seguridad que realiza las tareas de cálculo usando un equipo informático relacionado con la seguridad.

En una realización ventajosa, la señal de parada de rotor se genera por un controlador de seguridad. De esta manera, se puede asegurar que se usa una alta fiabilidad del controlador de seguridad para controlar la parada de rotor.

En una realización ventajosa, la generación de la señal de parada de rotor se desencadena por un controlador de seguridad tras la aparición una señal de fallo. La señal de fallo puede originarse desde sensores también colocados en el dominio seguro, pero no es necesario.

En una realización, los ángulos de paso deseados del proceso de parada se determinan en base a una señal de ángulo de paso almacenada. Antes de la recepción de la señal de parada de rotor, las señales de ángulo de paso almacenadas se generan almacenando señales de ángulo de paso para cada una de las palas de rotor de paso ajustable durante al menos una fracción de una revolución de rotor, tal como entre 0,5 y 1,5 revoluciones. Puede ser ventajoso utilizar al menos una revolución para obtener la componente de señal 1P. En una realización, la al menos una fracción de una revolución de rotor es sustancialmente una revolución de rotor.

En esta realización, o bien antes de la recepción de la señal de parada de rotor, o bien tras la recepción de la señal de parada de rotor, se determina al menos una componente periódica de la señal almacenada. Esta componente periódica se puede determinar ventajosamente usando una rutina de transformada de Fourier, que incluye una transformada de Fourier discreta.

De esta manera, tras la recepción de la señal de parada de rotor, el control de las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera se hace usando una señal de control de paso que contiene la al menos una componente periódica.

En una realización, la señal de paso almacenada se puede basar en una función del ángulo de acimut del rotor. El uso de una señal de paso como una función del ángulo de acimut es ventajoso en la medida que la síntesis de señal llega a ser agnóstica a la velocidad de rotor, mientras que sigue sintetizando componentes n-P correctamente. Basar los ángulos de paso deseados del proceso de parada en una señal de ángulo de paso almacenada de acuerdo con esta realización es ventajoso dado que el paso individual que se activó antes de recibir la señal de parada de rotor se puede mantener, al menos hasta cierto punto, durante el proceso de parada donde las palas de rotor de paso ajustable se mueven hacia una posición en bandera.

Se han descrito realizaciones de ejemplo de la invención solamente con propósitos de ilustración, y no para limitar el alcance de la invención que se define en las reivindicaciones que se acompañan.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método para controlar un aerogenerador en respuesta a una señal de parada de rotor, el aerogenerador comprende un rotor con una o más palas de rotor de paso ajustable; y en donde tras recibir la señal de parada de rotor, la velocidad de rotor se reduce por un controlador de parada que controla las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera en un proceso de parada, y en donde el controlador de parada está dispuesto para inclinar las palas a un número de tasas de paso preestablecidas incluyendo una primera tasa de paso y una segunda tasa de paso, la segunda tasa de paso que es más baja que la primera tasa de paso;

caracterizado por que el método comprende los pasos de:

acceder a los ángulos de paso deseados del proceso de parada;

añadir una banda envolvente a los ángulos de paso deseados añadiendo un valor positivo y un valor negativo, definiendo por ello un valor de banda superior y un valor de banda inferior; y

en donde el controlador de parada está dispuesto para:

mover la pala de rotor de paso ajustable a una tasa de paso seleccionada entre el número de tasas de paso preestablecidas hasta que la señal de ángulo de paso esté fuera de un valor de ángulo de paso definido por la banda envolvente,

si la señal de ángulo de paso es mayor que el valor de banda superior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más baja entre el número de tasas de paso preestablecidas, y

si la señal de ángulo de paso es menor que el valor de banda inferior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más alta entre el número de tasas de paso preestablecidas.

2. El método según la reivindicación 1, en donde el controlador de parada está dispuesto para mover cada una de la una o más palas de rotor de paso ajustable individualmente de acuerdo con los ángulos de paso definidos por la banda envolvente.

3. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los ángulos de paso deseados se basan en un ajuste de ángulo de paso colectivo deseado y un ajuste de ángulo de paso individual deseado.

4. El método según la reivindicación 3, en donde el ajuste de ángulo de paso individual deseado solamente se aplica si una magnitud requerida está por encima de un umbral.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los ángulos de paso deseados están predefinidos para toda la duración del proceso de parada.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los ángulos de paso deseados se determinan durante el proceso de parada.

7. El método según la reivindicación 6, en donde los ángulos de paso deseados se determinan en base a una duración de tiempo o entrada de sensor.

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde tras la recepción de la señal de parada, las palas de rotor de paso ajustable con un ángulo de paso dentro de la banda envolvente o un ángulo de paso más bajo que el valor de banda inferior se ajustan para moverse con la tasa de paso más alta entre el número de tasas de paso aproximadamente constantes preestablecidas, y las palas de rotor de paso ajustable con un ángulo de paso mayor que el valor de banda superior se ajustan para moverse con la tasa de paso más bajo entre el número de tasas de paso preestablecidas.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ancho de banda de la banda envolvente se cambia, o bien en puntos específicos del proceso de parada o bien progresivamente a medida que está progresando el proceso de parada.

10. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde tras alcanzar un criterio de finalización, el ángulo de paso se controla para inclinar las palas a una de las tasas de paso preestablecidas sin tener en cuenta la banda envolvente.

11. El método según la reivindicación 10, en donde los ángulos de paso se controlan en un primer proceso para alinear todos los ángulos de paso, y en un segundo proceso se controlan para inclinar a la misma tasa de paso.

12. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el controlador de parada se implementa como un controlador de seguridad.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los ángulos de paso deseados del proceso de parada se determinan en base a una señal de ángulo de paso almacenada, en donde

antes de la recepción de la señal de parada de rotor, generar la señal de ángulo de paso almacenada almacenando señales de ángulo de paso para cada una de las palas de rotor de paso ajustable durante al menos una fracción de una revolución de rotor;

o bien antes de la recepción de la señal de parada de rotor, o bien tras la recepción de la señal de parada de rotor, determinar al menos una componente periódica de la señal almacenada;

tras la recepción de la señal de parada de rotor, controlar las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera usando una señal de control de paso que contiene la al menos una componente periódica.

14. Un producto de programa informático que comprende un código de software adaptado para controlar un aerogenerador cuando se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos, el producto de programa informático que está adaptado para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

15. Un aerogenerador que comprende un sistema de control, el aerogenerador comprende un rotor con una o más palas de rotor de paso ajustable y el sistema de control que está dispuesto para controlar el aerogenerador en respuesta a una señal de parada de rotor, el sistema de control comprende un controlador de parada dispuesto para controlar las palas de rotor de paso ajustable hacia una posición en bandera en un proceso de parada, y en donde el controlador de parada está dispuesto para inclinar las palas a un número de tasas de paso preestablecidas que incluyen una primera tasa de paso y una segunda tasa de paso, la segunda tasa de paso que es más baja que la primera tasa de paso;

caracterizado por que

el controlador de parada comprende una o más unidades controladoras dispuestas para:

acceder a los ángulos de paso deseados del proceso de parada;

añadir una banda envolvente a los ángulos de paso deseados añadiendo un valor positivo y un valor negativo definiendo por ello un valor de banda superior y un valor de banda inferior; y

en donde el controlador de parada está dispuesto para:

mover la pala de rotor de paso ajustable a una tasa de paso seleccionada entre el número de tasas de paso preestablecidas hasta que la señal de ángulo de paso esté fuera de un valor de ángulo de paso definido por la banda envolvente,

si la señal de ángulo de paso es mayor que el valor de banda superior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más baja entre el número de tasas de paso preestablecidas, y

si la señal de ángulo de paso es menor que el valor de banda inferior, cambiar la tasa de paso seleccionada a una tasa de paso más alta entre el número de tasas de paso preestablecidas.