ES2949702T3 - Un procedimiento para operar una turbina eólica y un sistema de turbina eólica - Google Patents

Un procedimiento para operar una turbina eólica y un sistema de turbina eólica

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ES2949702T3 ES18187303T ES18187303T ES2949702T3 ES 2949702 T3 ES2949702 T3 ES 2949702T3 ES 18187303 T ES18187303 T ES 18187303T ES 18187303 T ES18187303 T ES 18187303T ES 2949702 T3 ES2949702 T3 ES 2949702T3
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Abstract

Se proporciona un método para operar una turbina eólica para generar energía eléctrica que comprende los pasos que se describen a continuación. La turbina eólica comprende una góndola que está soportada de manera giratoria sobre una torre de la turbina eólica, en particular en donde al menos un cable de torre está provisto en la torre para conectar eléctricamente la góndola y/o componentes de la misma a, por ejemplo, una instalación eléctrica en una tierra de la torre. En una etapa del método se inicia en un primer momento específico una operación de desenrollado temprano para desenrollar los cables de la torre de la turbina eólica. Además, se predice una futura generación de energía de la turbina eólica durante un determinado período de predicción al menos analizando una predicción del viento, en particular analizando al menos información de previsión de la dirección del viento y/o información de previsión de la velocidad del viento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un procedimiento para operar una turbina eólica y un sistema de turbina eólica
Antecedentes de la invención
[0001] La materia objeto descrita en el presente documento se refiere en general a procedimientos y sistemas para turbinas eólicas, y más en particular, a procedimientos y sistemas para operar una turbina eólica.
[0002] Al menos algunas turbinas eólicas conocidas incluyen una torre y una góndola montada en la torre. Un rotor se monta de forma rotatoria en la góndola y se acopla a un generador por un eje. Una pluralidad de palas se extiende desde el rotor. Las palas se orientan 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 energía eléctrica.
[0003] Las turbinas eólicas conocidas tienen una pluralidad de componentes mecánicos y eléctricos. Cada componente eléctrico y/o mecánico puede tener limitaciones en operación independientes o diferentes, como límites de corriente, voltaje, potencia y/o temperatura, de otros componentes. Además, las turbinas eólicas conocidas típicamente se diseñan y/o ensamblan con límites de potencia nominal predefinidos. Para operar dentro de dichos límites de potencia nominal, los componentes eléctricos y/o mecánicos se pueden operar con grandes márgenes para las limitaciones en operación. Dicha operación puede dar como resultado una operación de turbina eólica ineficiente, y una capacidad de generación de potencia de la turbina eólica se puede infrautilizar. El documento US 2018/0128241 A1 se refiere a minimizar la pérdida de energía provocada por el desenrollo de orientación de una góndola de una turbina eólica supervisando las condiciones del viento cerca de la turbina eólica y activando una operación de desenrollo de orientación cuando una posición de la góndola ha rotado desde una posición original por encima de un umbral de orientación predeterminado y las condiciones del viento están por debajo de un umbral de condiciones de viento predeterminado.
Breve descripción de la invención
[0004] En un primer aspecto, se proporciona un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 para operar una turbina eólica para generar energía eléctrica que comprende los pasos como se describe a continuación. La turbina eólica comprende una góndola que se soporta de forma rotatoria sobre una torre de la turbina eólica, en particular en la que se proporciona al menos un cable de torre en la torre para conectar eléctricamente la góndola y/o componentes de la misma a, por ejemplo, una instalación eléctrica en un suelo de la torre. En un paso del procedimiento, se prevé un ángulo de torsión previsto del cable de torre analizando al menos la información de pronóstico de dirección del viento para determinar un determinado período de predicción. Además, se inicia una operación temprana de desenrollo para desenrollar los cables de torre de la turbina eólica en un primer tiempo específico. Además, se prevé una generación de potencia futura de la turbina eólica para el período de predicción determinado al menos analizando una predicción del viento, en particular analizando al menos la información de pronóstico de dirección del viento y/o la información de pronóstico de velocidad del viento. El primer tiempo específico para iniciar la operación temprana de desenrollo se determina de modo que se maximiza una generación de energía prevista global de la turbina eólica durante el período de predicción determinado, o que se minimiza una pérdida de energía prevista provocada por una operación de desenrollo.
[0005] En un segundo aspecto, se proporciona un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3 para operar una turbina eólica para generar energía eléctrica que comprende los pasos como se describe a continuación. La turbina eólica comprende una góndola que se soporta de forma rotatoria sobre una torre de la turbina eólica, en particular en la que se proporciona al menos un cable de torre en la torre para conectar eléctricamente la góndola y/o componentes de la misma a, por ejemplo, una instalación eléctrica en un suelo de la torre. El procedimiento comprende iniciar una operación temprana de desenrollo para desenrollar cables de torre de la turbina eólica en un umbral de ángulo de torsión de la góndola, por ejemplo, si un ángulo de torsión actual del cable excede un umbral de ángulo de torsión. El umbral de ángulo de torsión es más pequeño que un ángulo de torsión aceptable máximo del cable. Además, se requiere para iniciar la operación temprana de desenrollo, que se cumpla una primera condición. Este es el caso, si una generación de potencia actual de la turbina eólica, en particular, incluyendo una evaluación a corto plazo de la generación de energía, es menor que un umbral de generación de potencia específico y/o determinado de la turbina eólica, en particular en el que el umbral de generación de potencia es igual o menor que la generación de potencia nominal máxima de la turbina eólica, o si una velocidad del viento actual, en particular incluyendo una evaluación a corto plazo de una velocidad del viento, es menor que un umbral de velocidad del viento.
[0006] En general, los ángulos de torsión y umbrales de los mismos como se proporciona en el presente documento se relacionarán con una rotación de la góndola en un sentido de rotación horario y antihorario. Por lo tanto, términos de comparación como "excede, más grande que, más pequeño que, alcanzando un umbral, etc." se refieren a valores absolutos. Por ejemplo, en el caso de ángulos de rotación negativos, un ángulo de torsión de -720° se considera que es más grande que un ángulo de torsión de -360°.
[0007] En un tercer aspecto, se proporciona un procedimiento para operar una turbina eólica para generar energía eléctrica que comprende los pasos como se describe a continuación. La turbina eólica comprende una góndola que se soporta de forma rotatoria sobre una torre de la turbina eólica, en particular en la que se proporciona al menos un cable de torre en la torre para conectar eléctricamente la góndola y/o componentes de la misma a, por ejemplo, una instalación eléctrica en un suelo de la torre. El procedimiento comprende iniciar una operación temprana de desenrollo para desenrollar cables de torre de la turbina eólica en un umbral de ángulo de torsión, por lo tanto, si un ángulo de torsión actual del cable excede un umbral de ángulo de torsión. El umbral de ángulo de torsión es más pequeño que un ángulo de torsión aceptable máximo del cable. Además, un valor absoluto del umbral de ángulo de torsión es variable y es dependiente de la cantidad de generación de potencia actual de la turbina eólica. En particular, el umbral de ángulo de torsión se incrementa o al menos permanece al mismo nivel con un incremento en la generación de potencia actual de la turbina eólica. En particular, el umbral de ángulo de torsión tiene un valor relativamente bajo con una generación de potencia relativamente baja de la turbina eólica y tiene un valor relativamente alto a una generación de potencia relativamente alta de la turbina eólica.
[0008] Aún en un cuarto aspecto, un sistema de turbina eólica para generar energía eléctrica que tiene al menos un sistema de control y al menos una turbina eólica, en la que la turbina eólica al menos comprende una torre, una góndola que se soporta verticalmente de forma rotatoria sobre la torre y un rotor que se soporta de forma rotatoria por la góndola. Además, se proporciona al menos un cable de torre en la torre para conectar eléctricamente la góndola y/o componentes de la misma a, por ejemplo, una instalación eléctrica en un suelo de la torre. El sistema de control se puede integrar en la turbina eólica o se puede localizar en una disposición de control externo, en el que el sistema de control se configura de modo que la al menos una turbina eólica se opera de acuerdo con un procedimiento de acuerdo con uno o una pluralidad de aspectos precedentes.
[0009] Los aspectos descritos de la invención proporcionan la ventaja de que se puede incrementar el rendimiento de la turbina eólica. En particular, una operación temprana de desenrollo de la turbina eólica (que requiere obligatoriamente una parada de la generación de potencia de la turbina eólica) por primera vez se realiza en un momento específicamente seleccionado y/o bajo condiciones específicamente definidas de modo que se reducen las consecuencias negativas de la parada de la turbina eólica.
[0010] Otros aspectos, ventajas y rasgos característicos de la presente invención son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes, la descripción y los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
[0011] Una divulgación completa y suficiente que incluye el mejor modo de la misma, para un experto en la técnica, se expone más en particular en el resto de la memoria descriptiva, incluyendo la referencia a las figuras adjuntas en las que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica ejemplar.
La figura 2 es una vista en sección ampliada de una parte de la turbina eólica mostrada en la figura 1.
La figura 3 representa un modo de realización ejemplar para operar la turbina eólica de acuerdo con la figura 1 y la figura 2.
La figura 4 es un diagrama que representa diferentes modos de operación de la turbina eólica de acuerdo con la figura 1 y la figura 2.
La figura 5 es un diagrama de flujo que representa un aspecto de la operación de la turbina eólica de acuerdo con la figura 1 y la figura 2.
La figura 6 es un diagrama que representa un modo de realización ejemplar del tercer aspecto para operar la turbina eólica de acuerdo con la figura 1 y la figura 2.
Descripción detallada de la invención
[0012] Ahora se hará referencia en detalle a los diversos modos de realización, de los que uno o más ejemplos se ilustran por la 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.
[0013] Los modos de realización descritos en el presente documento incluyen un procedimiento para operar una turbina eólica y/o un sistema de turbina eólica de acuerdo con un primer, un segundo y/o un tercer aspecto que incluye una pluralidad de modos de realización relacionados con uno o bien una pluralidad de dichos aspectos. Además, se proporciona un modo de realización de un sistema de turbina eólica que comprende al menos una turbina eólica.
[0014] Todos los aspectos de la invención se refieren a un procedimiento para operar una turbina eólica, en el que la turbina eólica puede comprender una góndola que se soporta de forma rotatoria sobre una torre de la turbina eólica. Dicha turbina eólica puede tener un rotor para transformar la energía cinética de un flujo de aire (viento) en energía de rotación, en el que un eje de rotación de dicho rotor se dispone al menos parcialmente de forma horizontal en la góndola. Por ejemplo, dicho soporte horizontal del rotor incluye modos de realización del rotor que tienen un eje de rotación inclinado aproximadamente /- 10° con respecto a una orientación horizontal.
[0015] Para beneficiarse de una pluralidad de direcciones de viento, la góndola se puede rotar en la parte superior de la torre alrededor de un eje esencialmente vertical. Para este propósito, se proporciona eficazmente un sistema de orientación que tiene al menos un mecanismo de accionamiento de orientación entre la góndola y la parte superior de la torre. Con la ayuda de este sistema de orientación, se permite un seguimiento del viento de la góndola. La góndola puede rotar de modo que el rotor de la turbina eólica se enfrente perpendicularmente al viento, lo que maximiza la generación de energía de la turbina eólica. Esto implica que la góndola puede rotar alrededor del eje vertical de acuerdo con la dirección del viento actual.
[0016] Los componentes eléctricos dentro de la góndola de la turbina eólica se pueden conectar a otros componentes eléctricos en una base de la torre por al menos un cable de torre. Por ejemplo, un generador eléctrico en la góndola (que transforma la energía de rotación del rotor en energía eléctrica) se puede conectar a un transformador en la base de la torre por el cable de torre, en particular por una pluralidad de cables de torre.
[0017] El seguimiento del viento ejecutado por el sistema de orientación de la turbina eólica puede inducir una torsión en el cable de torre, en particular, si la dirección del viento rota alrededor de la turbina eólica. Por lo tanto, la góndola necesita rotarse en un sentido de rotación opuesto a la torsión inducida del cable de torre para desenrollar dicho cable. Durante dicha operación de desenrollo, la generación de potencia de la turbina eólica necesita pararse.
[0018] El procedimiento para operar la turbina eólica de acuerdo con el primer aspecto proporciona una estrategia para desenrollar el cable de torre, en la que (por primera vez) se tiene en cuenta una generación de potencia/generación de energía actual y futura. Por ejemplo, la operación temprana de desenrollo se puede realizar en un determinado momento cuando la generación de potencia y, por lo tanto, la generación de energía y el rendimiento financiero de la turbina eólica es menor que una generación de potencia para una operación de desenrollo teórica realizada en otro momento.
[0019] De acuerdo con un modo de realización del primer aspecto, se determina un primer tiempo específico para iniciar una operación temprana de desenrollo de modo que una primera pérdida de energía prevista provocada por una operación temprana de desenrollo iniciada en el primer tiempo específico es menor que una segunda pérdida de energía prevista provocada por otra posible operación de desenrollo que se realizaría en un segundo tiempo específico.
[0020] Por ejemplo, un sistema de control de la turbina eólica o de un sistema de turbina eólica puede simular y por lo tanto prever una generación de potencia futura de la turbina eólica para un determinado período de predicción. Esta predicción puede incluir una posible operación temprana de desenrollo, que se podría realizar en un momento anterior y un momento posterior, en la que se compara(n) la generación de energía global (producto de generación de potencia y tiempo) o pérdidas de energía de ambos casos de simulación. Como consecuencia, la turbina eólica se opera de modo que se determina el momento para realizar una operación temprana de desenrollo y/o la duración de la misma de modo que se minimizan las pérdidas de energía y/o se maximiza la generación de energía. En particular, se incluirá que una evaluación como se describe anteriormente daría como resultado que no se iniciara una operación temprana de desenrollo, porque una operación tardía de desenrollo cuando se alcanza un umbral de ángulo de torsión máximo viene con un rendimiento óptimo de producción de energía de la turbina eólica. En otras palabras, en determinados casos el tiempo para iniciar una operación temprana de desenrollo coincide con el tiempo para realizar la operación tardía de desenrollo en el ángulo de torsión permitido máximo.
[0021] De hecho, el procedimiento puede incluir simular una generación de potencia/energía para todos los puntos posibles en el tiempo y/o para todas las operaciones de desenrollo tempranas y/o tardías obligatorias posibles, en particular para un determinado período de predicción. Además, dichos resultados se comparan entre sí para identificar un momento óptimo, por tanto, para identificar el primer tiempo específico para iniciar una operación temprana de desenrollo.
[0022] El procedimiento para operar una turbina eólica de acuerdo con el segundo aspecto está en el área del concepto inventivo general de acuerdo con el primer aspecto. De hecho, la estrategia para operar la turbina eólica de acuerdo con el segundo aspecto proporciona la ventaja de que las condiciones para realizar una operación temprana de desenrollo se definen de modo que se puede maximizar la generación de energía/potencia de la turbina eólica. Por lo tanto, se introducen un umbral de ángulo de torsión máximo y otro umbral de ángulo de torsión, en los que el umbral de ángulo de torsión es más pequeño que el umbral de ángulo de torsión máximo. El umbral de ángulo de torsión máximo representa un límite absoluto para un ángulo de torsión del cable de torre y, por lo tanto, para un número de rotaciones admisibles de la góndola debido al seguimiento del viento. Cuando la góndola alcanza dicho umbral de ángulo de torsión máximo, se debe realizar una operación de desenrollo a continuación (una operación tardía de desenrollo) para desenrollar el cable de torre. En particular, en este punto no se puede inducir torsión adicional en el cable.
[0023] Para optimizar la generación de energía y el rendimiento de la turbina eólica, dicha operación temprana de desenrollo se realiza cuando el cable de torre y la góndola exceden el umbral de ángulo de torsión; por tanto, dicha operación temprana de desenrollo se inicia antes de lo requerido por el umbral de ángulo de torsión máximo, por tanto, más tarde que a la operación tardía de desenrollo. Sin embargo, se debe cumplir una primera condición adicional antes de iniciar la operación temprana de desenrollo. Dicha primera condición requiere que una generación de potencia actual de la turbina eólica (que puede incluir una evaluación a corto plazo de la generación de energía en un futuro próximo, por ejemplo, una generación de potencia promedio para un determinado período) sea menor que un umbral de generación de potencia específico y/o determinado de la turbina eólica.
[0024] Como resultado, se puede iniciar o ejecutar una operación temprana de desenrollo, si la turbina eólica no está actualmente en un modo de generación de potencia completa o alta. Esta estrategia para operar una turbina eólica incrementa las posibilidades de que se realice una operación de desenrollo durante una fase operativa con generación de energía baja. Posteriormente se evita realizar una operación de desenrollo durante una fase de alta generación. Por lo tanto, se puede incrementar el rendimiento global de la turbina eólica.
[0025] De acuerdo con un modo de realización del segundo aspecto, el procedimiento comprende predecir una generación de potencia prevista de la turbina eólica durante un determinado período de predicción al menos analizando una predicción del viento. En particular, la generación de potencia prevista se puede predecir analizando preferentemente la información de pronóstico de velocidad del viento, en la que de acuerdo con un modo de realización también se puede usar la información de pronóstico de dirección del viento.
[0026] De acuerdo con otro modo de realización, la operación temprana de desenrollo se inicia solo si se cumple una segunda condición. Dicha segunda condición se cumple si la generación de potencia actual es menor que una generación de potencia prevista, o si la velocidad del viento actual es menor que la velocidad del viento prevista. En particular, predecir una generación de potencia prevista puede dar como resultado una definición del umbral de generación de potencia específico de la turbina eólica y/o una definición del umbral de velocidad del viento.
[0027] Dicha medida o medidas pueden dar como resultado otra optimización del procedimiento de acuerdo con el segundo aspecto de modo que la operación temprana de desenrollo solo se realiza si dicha operación temprana de desenrollo da como resultado una optimización de la generación de energía con respecto a una operación posterior de la turbina eólica.
[0028] Por ejemplo, una turbina eólica está en operación de generación de potencia parcial, en la que la velocidad del viento permite que la turbina eólica genere a un 50 % de la potencia nominal. Sin el uso de la segunda condición, el sistema de control de la turbina eólica podría iniciar la operación temprana de desenrollo, ya que el ángulo de torsión actual excede el umbral de ángulo de torsión y la generación de potencia actual es relativamente baja. Sin embargo, en caso de que el viento descienda además, lo que podría poner la turbina eólica en una operación inactiva, la operación temprana de desenrollo a un 50 % de potencia nominal daría como resultado una pérdida de energía en comparación con una operación de desenrollo, que se realizaría durante la operación inactiva.
[0029] El uso de la segunda condición, de hecho, que prevé y tiene en cuenta una generación de potencia futura, elimina decisiones negativas tales como el ejemplo presentado anteriormente.
[0030] El procedimiento para operar una turbina eólica de acuerdo con el tercer aspecto se acciona principalmente por el mismo concepto inventivo que el procedimiento de acuerdo con el primer y el segundo aspecto. En detalle, el procedimiento de acuerdo con el tercer aspecto propone una operación temprana de desenrollo introduciendo un umbral de ángulo de torsión que es más pequeño que un ángulo de torsión aceptable máximo, por tanto que es más pequeño que un umbral de ángulo de torsión máximo. Sin embargo, para garantizar un efecto beneficioso de la operación temprana de desenrollo en la generación de energía global, el umbral de ángulo de torsión varía de acuerdo con la generación de potencia actual de la turbina eólica y/o de acuerdo con una evaluación a corto plazo de la generación de energía de la turbina eólica. En particular, cuanto mayor sea la generación de potencia actual, mayor será el umbral de ángulo de torsión. El umbral de ángulo de torsión puede permanecer igual durante la generación de potencia baja y/o alta de la turbina eólica, por ejemplo, si la turbina eólica genera menos de un 30 %, en particular menos de un 25 %, más particular menos de un 20 % de la generación de potencia nominal, y/o si la turbina eólica genera más de un 70 %, en particular más de un 80 %, más particular más de un 90 %, de la generación de potencia nominal. En particular, el valor del umbral de ángulo de torsión variable es una función monótonamente creciente de la potencia nominal.
[0031] Como ejemplo, el umbral de ángulo de torsión variable puede ser al menos parcialmente proporcional a la generación de potencia actual de la turbina eólica.
[0032] Adicionalmente o de forma alternativa, se puede proporcionar una tabla de consulta (LUT) para definir una relación entre los umbrales de ángulo de torsión variables (por tanto, de una pluralidad de umbrales de ángulo de torsión) y la generación de potencia relacionada de la turbina eólica.
[0033] De acuerdo con un modo de realización del tercer aspecto, dicho procedimiento puede incluir predecir una generación de potencia prevista como se describe en el contexto con un modo de realización del segundo aspecto.
[0034] De acuerdo con un modo de realización, que se puede relacionar con los tres aspectos (por tanto, un modo de realización general), se incluye la predicción adicional de un ángulo de torsión previsto del cable de torre, en particular durante al menos un determinado período de predicción. Para este propósito, una predicción del viento se analiza en particular analizando al menos la información de pronóstico de dirección del viento y/o la información de pronóstico de velocidad del viento.
[0035] Dicha información prevista podría dar lugar a un modo de realización ventajoso de los procedimientos. Por ejemplo, si la predicción proporciona la información de que (con la respectiva probabilidad) un ángulo de torsión del cable no excederá el umbral de ángulo de torsión máximo dentro del tiempo de predicción o período de predicción en particular razonable, entonces la estrategia puede incluir que una operación temprana de desenrollo no se realizará, incluso cuando se indique por otras condiciones. En particular, si por ejemplo (de acuerdo con el segundo aspecto) el umbral de ángulo de torsión se excede por el ángulo de torsión actual y la generación de potencia actual está por debajo del umbral de generación de potencia, se iniciaría una operación temprana de desenrollo. Sin embargo, introduciendo una condición adicional para iniciar la operación temprana de desenrollo, se pueden omitir consecuencias desventajosas.
[0036] Por tanto, de acuerdo con un modo de realización no limitante, se incluye una condición adicional para analizar la necesidad de una operación temprana de desenrollo. En particular, la condición adicional comprende predecir un ángulo de torsión previsto de la turbina eólica.
[0037] De acuerdo con otro modo de realización general, el proceso de predecir un ángulo de torsión previsto tiene en cuenta una ejecución de al menos una posible operación de desenrollo. Por lo tanto, el ángulo de torsión previsto de la turbina eólica no es solo dependiente del cambio del viento, en particular, no solo se realiza analizando la información de pronóstico de dirección del viento, sino que también tiene en cuenta una posible operación de desenrollo y consecuencias de la misma para el ángulo de torsión.
[0038] De acuerdo con un modo de realización, se puede proporcionar al menos una de las predicciones como se menciona anteriormente, por ejemplo, la predicción de un ángulo de torsión previsto, de dirección del viento prevista, de velocidad del viento prevista, de generación de potencia prevista y/o de generación de energía prevista durante al menos un período de predicción mínimo.
[0039] Por ejemplo, este período de predicción mínimo es al menos tan largo como un período de tiempo de desenrollo requerido para una operación de desenrollo de aproximadamente 360°.
[0040] De acuerdo con un modo de realización específico, el período de predicción mínimo incluye al menos el período de tiempo requerido (de acuerdo con una predicción del ángulo de torsión previsto) hasta que el ángulo de torsión previsto excede el umbral de ángulo de torsión máximo. Este modo de realización no choca con los modos de realización como se describe anteriormente; por el contrario, la predicción del ángulo de torsión previsto puede dar lugar a la determinación del determinado período de predicción, que posteriormente se puede usar para predecir la generación de potencia/energía de la turbina eólica.
[0041] De acuerdo con otro modo de realización específica, el determinado período de predicción incluye además un período de tiempo necesario para ejecutar una operación de desenrollo, si el ángulo de torsión previsto alcanza el umbral de ángulo de torsión máximo. Por ejemplo, si la predicción del ángulo de torsión previsto diera como resultado la información, que el umbral de ángulo de torsión máximo se alcanzaría dentro de, por ejemplo, ocho horas. Esto normalmente desencadenaría un inicio de una operación de desenrollo en ocho horas, lo que puede llevar, por ejemplo, dos horas. Sin embargo, la dirección prevista del viento muestra además que el ángulo de torsión previsto se reduciría durante la operación de desenrollo teórica incluso sin iniciar la operación de desenrollo, porque la rotación de la dirección del viento prevista da como resultado una desenrollo eficaz del cable. Por lo tanto, si el período de predicción mínimo incluye un período de una posible operación de desenrollo, se puede mejorar la eficacia general de la turbina eólica.
[0042] De acuerdo con un modo de realización general, el número de rotaciones durante una operación de desenrollo y/o una duración de una operación de desenrollo se determina de modo que se puede maximizar una generación de energía prevista global de la turbina eólica durante un determinado período de predicción.
[0043] Bajo determinadas condiciones, no es necesaria una operación de desenrollo completa para mantener la turbina eólica operativa durante un determinado tiempo de predicción. Por ejemplo, puede ser necesario desenrollar el cable de torre solo alrededor de una rotación para garantizar que no se excede un umbral de ángulo de torsión máximo. Por lo tanto, en lugar de desenrollar el cable hacia /- 360° con respecto a una posición destorcida de del cable de 0° original (operación de desenrollo completa), solo se realiza una operación de desenrollo que incluye una cantidad mínima de rotaciones tales que se minimiza un tiempo de inactividad relacionado de la turbina eólica.
[0044] De acuerdo con un modo de realización general, el inicio de una operación temprana de desenrollo puede incluir que se proporcione una solicitud de control para ejecutar la operación temprana de desenrollo a un centro operativo de la turbina eólica, y/o que se ejecute la operación temprana de desenrollo de la turbina eólica de inmediato o sin demora pertinente. Por lo tanto, este modo de realización proporciona la posibilidad de que una persona o una lógica de control automatizado que se localiza en una localización distinta de la propia turbina eólica tome la decisión final de si se debe realizar una operación temprana de desenrollo. Por lo tanto, la decisión proporcionada por el procedimiento de acuerdo con los diferentes aspectos o modos de realización del mismo como se analiza anteriormente, a saber, si se debe realizar una operación temprana de desenrollo, se puede confirmar o rechazar por una tercera persona o máquina.
[0045] Como se usa en el presente documento, el término "operación temprana de desenrollo" pretende representar una operación de la turbina eólica para reducir la desenrollo de los cables de torre, en la que dicha operación temprana de desenrollo se inicia no más tarde, en particular antes, de una operación tardía de desenrollo, que se iniciaría, si el ángulo de torsión del cable de la torre alcanza un umbral de ángulo de torsión máximo. De acuerdo con una interpretación posible (no limitante) del término "operación temprana de desenrollo", el uso de la expresión "desenrollo temprana" no requerirá necesariamente que se realice una operación tardía de desenrollo después de que se ejecute la operación temprana de desenrollo. En particular, el uso de la palabra "temprana" puede tener una función lingüística similar a la de proporcionar un nombre específico a la operación de desenrollo (temprana) realizada antes que una (posiblemente tardía), siendo esta última iniciada obligatoriamente cuando el cable de torre alcanza un umbral de ángulo de torsión máximo.
[0046] Como se usa en el presente documento, el término "potencia nominal" representará una salida de potencia máxima prevista de la turbina eólica. En el contexto de esta solicitud de patente, la información sobre la salida de potencia de la turbina eólica solo se proporciona en relación con la potencia nominal, por tanto la salida de potencia varía de un 0 a un 100 % de potencia nominal, respectivamente de 0 a 1 de potencia nominal.
[0047] Como se usa en el presente documento, el término "centro de control" describe una instalación específica dedicada para controlar y/o supervisar una operación de una turbina eólica. Por ejemplo, dichos centros de control pueden ser centros SCADa u ordenadores. En particular, no se requiere que el centro de control se realice como una localización dedicada, sino que también puede ser una red de control lógico descentralizada, en la que el personal puede tener acceso a datos y valores de control de la turbina eólica.
[0048] Como se usa en el presente documento, el término "ángulo de torsión actual" pretende ser representativo de una torsión global de un cable de torre con respecto a una posición no torcida del cable de alimentación. En particular, el ángulo de torsión actual puede ser igual a una posición de rotación de la góndola con respecto a la torre, en particular con respecto a una posición de montaje original de la góndola en la torre.
[0049] 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.
[0050] 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 energía cinética del viento en energía mecánica.
[0051] La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eólica ejemplar 10. En el modo de realización ejemplar, la turbina eólica 10 es una turbina eólica de eje horizontal. En el modo de realización ejemplar, 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 se acopla 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 ejemplar, 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 ejemplar, la torre 12 se fabrica 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 adecuado de torre que tiene cualquier altura adecuada.
[0052] 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.
[0053] 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 de viento 28, el rotor 18 se rota alrededor de un eje de rotación 30. A medida que 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.
[0054] 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 la operación 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 de viento proporciona que un área de superficie mínima de la pala de rotor 22 se oriente hacia los vectores de viento, lo que facilita reducir una velocidad de rotación del rotor 18 y/o facilita una parada del rotor 18.
[0055] En el modo de realización ejemplar, 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 ejemplar, a medida que cambia la dirección de viento 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 de viento 28.
[0056] En el modo de realización ejemplar, el sistema de control 36 se muestra como 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 configurado para realizar los procedimientos y/o pasos descritos 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 (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.
[0057] 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 (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 (MOD) y/o un disco versátil digital (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 ejemplar, los canales de salida pueden incluir, sin limitación, un dispositivo de control, un monitor de interfaz de operario y/o una pantalla.
[0058] 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 supervisión. Dichos procesadores se pueden localizar físicamente en, por ejemplo, un sistema de control, un sensor, un dispositivo de supervisión, 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 para ejecutarse por el/los procesador(es). También se pueden usar dispositivos de almacenamiento y RAM 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 el/los procesador(es). Las instrucciones que se ejecutan pueden incluir, sin limitación, consignas de control de sistema de control de turbina eólica. La ejecución de secuencias de instrucciones no se limita a ninguna combinación específica de circuitos de hardware e instrucciones de software.
[0059] El sistema de control 36 que incluye componentes y elementos como se menciona anteriormente, por ejemplo, el controlador y/o diversas conexiones para transmitir señales, en particular señales de sensor, se realizan y/o se configuran de modo que se puede llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con uno de los aspectos y/o de acuerdo con diversos modos de realización.
[0060] En el modo de realización ejemplar, un controlador es un controlador en tiempo real que incluye cualquier sistema basado en procesador o en microprocesador adecuado, tal como un sistema informático, que incluye microcontroladores, circuitos de conjunto de instrucciones reducido (RISC), circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC), circuitos lógicos y/o cualquier otro circuito o procesador que puede ejecutar las funciones descritas en el presente documento. En un modo de realización, el controlador puede ser un microprocesador que incluye memoria de solo lectura (ROM) y/o memoria de acceso aleatorio (RAM), tal como, por ejemplo, un microordenador de 32 bits con 2 Mbit de ROM y 64 kbit de RAM. Como se usa en el presente documento, el término "tiempo real" se refiere a los resultados que se producen dentro de un período de tiempo sustancialmente corto después de que un cambio en las entradas haya afectado al resultado, siendo el período de tiempo un parámetro de diseño que se puede seleccionar en base a la importancia del resultado y/o la capacidad del sistema de procesar las entradas para generar el resultado.
[0061] La figura 2 es una vista en sección ampliada de una parte de la turbina eólica 10. En el modo de realización ejemplar, la turbina eólica 10 incluye la góndola 16 y el buje 20 que se acopla de forma rotatoria a la góndola 16. Más específicamente, el buje 20 se acopla 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 lento), una multiplicadora 46, un eje rápido 48 y un acoplamiento 50. En el modo de realización ejemplar, el eje de rotor 44 se dispone al menos parcialmente de forma coaxial al eje longitudinal 116. La rotación del eje de rotor 44 acciona de forma rotatoria la multiplicadora 46 que posteriormente acciona el eje rápido 48. El eje rápido 48 acciona de forma rotatoria el generador 42 con el acoplamiento 50 y la rotación del eje rápido 48 facilita la generación de potencia eléctrica por el generador 42. La multiplicadora 46 y el generador 42 se soportan por un soporte principal 52, opcionalmente realizado como una trama principal. En el modo de realización ejemplar, la multiplicadora 46 utiliza una geometría de ruta doble para accionar el eje rápido 48. De forma alternativa, el eje de rotor 44 se acopla directamente al generador 42 con el acoplamiento 50.
[0062] La góndola 16 se puede conectar a componentes eléctricos en un suelo de la turbina eólica por un cable de torre 13. En particular, se puede proporcionar una pluralidad de cables de torre 13 para transmitir energía eléctrica generada por el generador eléctrico 42 a un componente eléctrico en el suelo, en el que se pueden proporcionar cables adicionales para transmitir información paralelos al cable de torre 13 o integrados con el cable de torre 13.
[0063] La góndola 16 tiene un sistema de orientación que incluye un mecanismo de accionamiento de orientación 56 que se puede usar para rotar la góndola 16 y el buje 20 en el eje de orientación 38 para controlar la perspectiva de las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento, por lo tanto, para permitir el seguimiento del viento de la turbina eólica 13. El mecanismo de accionamiento de orientación 56 puede incluir un sensor de ángulo de torsión 40 para realizar un seguimiento de la posición de rotación de la góndola 16 con respecto a la torre 12, que también es representativa de un ángulo de torsión del cable de torre 13.
[0064] La góndola 16 también incluye al menos un mástil meteorológico 58 que incluye una veleta y un anemómetro (ninguno se muestra en la figura 2) para medir una velocidad del viento actual 109 y/o una dirección del viento actual 107. El mástil 58 puede proporcionar dicha información al sistema de control 36.
[0065] El controlador 36 de la turbina eólica 10 también se puede conectar con fuentes de información meteorológica externas para obtener la información de pronóstico de dirección del viento 106 y/o la información de pronóstico de velocidad del viento 108.
[0066] En el modo de realización ejemplar, la góndola 16 también incluye un rodamiento de soporte delantero 60 principal y un rodamiento de soporte posterior principal 62. El rodamiento de soporte delantero 60 y el rodamiento de soporte posterior 62 facilitan el soporte y la alineación radiales del eje de rotor 44. El rodamiento de soporte delantero 60 se acopla al eje de rotor 44 cerca del buje 20. El rodamiento de soporte posterior 62 se sitúa en el eje de rotor 44 cerca de la multiplicadora 46 y/o del generador 42. De forma alternativa, la góndola 16 incluye cualquier número de rodamientos de soporte que permite que la turbina eólica 10 funcione como se divulga en el presente documento. El eje de rotor 44, el generador 42, la multiplicadora 46, el eje rápido 48, el acoplamiento 50 y cualquier dispositivo de sujeción, soporte y/o fijación asociado incluyendo, pero sin limitarse a, el soporte 52, y el rodamiento de soporte delantero 60 y el rodamiento de soporte posterior 62, a veces se denominan tren de accionamiento 64.
[0067] En el modo de realización ejemplar, el buje 20 incluye un conjunto de pitch 66 del sistema de pitch 32. 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 figura 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.
[0068] En el modo de realización ejemplar, el conjunto de pitch 66 incluye al menos un rodamiento de pitch 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. El sistema de accionamiento de pitch 68 incluye un motor de accionamiento de pitch 74, una caja de engranajes de accionamiento de pitch 76 y un piñón de accionamiento de pitch 78. El motor de accionamiento de pitch 74 se acopla a la caja de engranajes de accionamiento de pitch 76 de modo que el motor de accionamiento de pitch 74 imparte fuerza mecánica a la caja de engranajes de accionamiento de pitch 76. La caja de engranajes de accionamiento de pitch 76 se acopla al piñón de accionamiento de pitch 78 de modo que el piñón de accionamiento de pitch 78 se rota por la caja de engranajes de accionamiento de pitch 76. El rodamiento de pitch 72 se acopla al piñón de accionamiento de pitch 78 de modo que la rotación del piñón de accionamiento de pitch 78 provoca la rotación del rodamiento de pitch 72. Más específicamente, en el modo de realización ejemplar, el piñón de accionamiento de pitch 78 se acopla al rodamiento de pitch 72 de modo que la rotación de la caja de engranajes de accionamiento de pitch 76 rota el rodamiento de pitch 72 y la pala de rotor 22 alrededor del eje de pitch 34 para cambiar el pitch de pala de la pala de rotor 22.
[0069] El sistema de accionamiento de pitch 68 se acopla 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 ejemplar, el motor de accionamiento de pitch 74 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. En determinados modos de realización, el motor de accionamiento de pitch 74 se acciona por la energía extraída de una inercia de rotación del buje 20 y/o una fuente de energía almacenada (no mostrada) que suministra energía a los componentes de la turbina eólica 10.
[0070] 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 ejemplar, 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 se acopla comunicativamente al sensor 70. En el modo de realización ejemplar, 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 accionamiento de pitch 68 y al sensor 70 usando cualquier dispositivo de comunicaciones alámbrico y/o inalámbrico adecuado. Durante la operación 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 opera 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.
[0071] Un generador de potencia 84 se acopla al sensor 70, al sistema de control de sobrevelocidad 80 y al sistema de accionamiento de pitch 68 para proporcionar una fuente de potencia al conjunto de pitch 66. En el modo de realización ejemplar, el generador de potencia 84 proporciona una fuente continua de potencia al conjunto de pitch 66 durante la operación de la turbina eólica 10. En un modo de realización alternativo, el generador de potencia 84 proporciona potencia al conjunto de pitch 66 durante un evento de pérdida de potencia eléctrica de la turbina eólica 10. El evento de pérdida de potencia eléctrica puede incluir pérdida de red eléctrica, mal funcionamiento del sistema eléctrico de turbina y/o fallo del sistema de control de turbina eólica 36. Durante el evento de pérdida de potencia eléctrica, el generador de potencia 84 opera para proporcionar potencia eléctrica al conjunto de pitch 66 de modo que el conjunto de pitch 66 puede operar durante el evento de pérdida de potencia eléctrica.
[0072] En el modo de realización ejemplar, el sistema de accionamiento de pitch 68, el sensor 70, el sistema de control de sobrevelocidad 80, los cables 82 y el generador de potencia 84 se sitúan cada uno en una cavidad 86 definida por una superficie interior 88 del buje 20. En un modo de realización particular, el sistema de accionamiento de pitch 68, el sensor 70, el sistema de control de sobrevelocidad 80, los cables 82 y/o el generador de potencia 84 se acoplan, directa o indirectamente, a la superficie interior 88. En un modo de realización alternativo, el sistema de accionamiento de pitch 68, el sensor 70, el sistema de control de sobrevelocidad 80, los cables 82 y el generador de potencia 84 se sitúan con respecto a una superficie exterior 90 del buje 20 y se pueden acoplar, directa o indirectamente, a la superficie exterior 90.
[0073] La figura 3 proporciona una realización ejemplar de los procedimientos reivindicados y/o de modos de realización de los mismos, en la que no se transmitirá de manera convincente ninguna limitación por los detalles específicos. La figura 3 contiene cuatro gráficos que representan (comenzando desde la parte superior de la página) una velocidad del viento pasada 109, una corriente con velocidad y una información de pronóstico de velocidad del viento 108, una dirección del viento pasada 107, una dirección del viento actual y una información de pronóstico de dirección del viento 106, una generación de potencia pasada 100, una generación de potencia actual y prevista 104, y un ángulo de torsión pasado 122, un ángulo de torsión actual y previsto 124 del cable de torre 13.
[0074] Para simplificar la comprensión, el tiempo actual de un observador ejemplar se representa por t1. Por tanto, el gráfico en el lado izquierdo de t1 representa el pasado y el gráfico en el lado derecho de t1 muestra las predicciones.
[0075] En el pasado, la velocidad del viento 109 del viento que llegaba a la turbina eólica 10 ascendía suavemente, en el que al principio la dirección del viento 107 rotaba dos veces alrededor de la turbina eólica 10 hasta alcanzar una dirección oeste relativamente estable. Como consecuencia, el seguimiento del viento de la turbina eólica 10 controlaba el mecanismo de accionamiento de orientación 56 de modo que hasta el momento t3 la góndola 16 de la turbina eólica 10 rota dos veces alrededor del eje de orientación 38. Por tanto, la góndola 16 realiza dos revoluciones de aproximadamente 720°. Esto da lugar a un ángulo de torsión del cable de alimentación 13 de 720° en el momento t3.
[0076] En el ejemplo de la figura 3, un umbral de ángulo de torsión máximo es de /-1440°, por lo tanto, la góndola 16 puede rotar cuatro veces alrededor de su propio eje vertical en cada dirección. Cuando se alcanza el umbral de ángulo de torsión máximo, no se debe inducir torsión adicional en el cable de alimentación 13, y se inicia la llamada operación tardía de desenrollo.
[0077] Se debe establecer explícitamente que el número de revoluciones de la góndola 16 alrededor del eje de orientación 38 en la figura 3 se debe entender como un modo de realización no limitante. En particular, el umbral de ángulo de torsión máximo de 1440° (cuatro rotaciones) no limita el alcance de la invención, en particular puede ser favorable que un umbral de ángulo de torsión máximo sea igual o menor de 1080° (tres rotaciones), en particular igual o menor de 900° (2,5 rotaciones) en cada dirección.
[0078] En general, un umbral de ángulo de torsión máximo es aplicable para un sentido de rotación horario y un sentido de rotación antihorario. Por tanto, los valores para un umbral de ángulo de torsión máximo como se menciona anteriormente incluyen valores negativos de dichos ángulos de torsión y/o rotaciones de góndola.
[0079] La generación de potencia 100 de la turbina eólica 10 aumenta de acuerdo con el incremento en la velocidad del viento 109 hasta un máximo preliminar de 0,9 de potencia nominal Pr (90 % P/Pr).
[0080] Un rato después de alcanzar dicho máximo preliminar, el viento 109 ha descendido en el momento actual t1 de modo que la generación de potencia de la turbina eólica 10 en el momento t1 es de 0,5 de potencia nominal Pr.
[0081] De acuerdo con el primer aspecto, en t1 o incluso antes, el sistema de control 36 puede realizar una predicción de la generación de potencia prevista 104. Para este propósito, se prevé una velocidad del viento prevista, en la que normalmente se usa información de pronóstico de velocidad del viento 108. Sin embargo, el uso de la información de pronóstico de velocidad del viento 108 no limitará la invención, en particular, una velocidad del viento prevista específica se puede predecir localmente por un controlador de turbina eólica y/o controlador de parque eólico específico, en el que se tienen en cuenta influencias locales en la velocidad del viento y/o una dirección del viento.
[0082] Cualquier predicción de generación de potencia, ángulo de torsión, velocidad del viento y/o dirección del viento se puede proporcionar por una unidad operativa/de control adecuada u otras fuentes.
[0083] Como resultado de la predicción, se proporciona una curva de potencia de la generación de potencia prevista 104.
[0084] De acuerdo con el primer aspecto, se evalúa una pluralidad de posibilidades para iniciar y/o ejecutar una operación de desenrollo. En particular, de acuerdo con el ejemplo de la figura 3, una primera pérdida de energía prevista 110 provocada por una posible operación temprana de desenrollo 112 en el momento t1 se compara con una segunda pérdida de energía prevista 114 provocada por una segunda posible operación de desenrollo 116 en el momento t2. De acuerdo con un modo de realización no limitante, la segunda posible operación de desenrollo 116 también se puede entender como una operación tardía de desenrollo 116. El mismo paso, adicionalmente o de forma alternativa, de una generación de energía global de la turbina eólica 16 en el momento t5 se puede predecir multiplicando la generación de potencia prevista 104 por el tiempo, en un caso que incluye una posible operación temprana de desenrollo 112 en el momento t1, y en un caso alternativo que incluye una segunda posible operación de desenrollo 116 en el momento t2 (que en este caso es una operación tardía de desenrollo). Posteriormente, se decidirá en qué caso se maximiza la generación de energía.
[0085] Por lo tanto, de acuerdo con el primer aspecto, el procedimiento proporciona la posibilidad de identificar un efecto beneficioso en la generación de energía cuando se realiza una operación temprana de desenrollo 112 en comparación con una segunda operación de desenrollo (tardía) 116.
[0086] De acuerdo con un modo de realización, una operación temprana de desenrollo 112 se inicia en particular transmitiendo una solicitud relacionada a un centro de control de la turbina eólica 10. Además, el personal capacitado y/o una disposición de decisión automatizada pueden aceptar o rechazar una operación temprana de desenrollo 112.
[0087] Si se realiza la operación temprana de desenrollo 112, se puede realizar una desenrollo completa a 0° o incluso otra operación de desenrollo a -360° (líneas discontinuas). Esto último es en particular beneficioso, si un ángulo de torsión previsto 124 indica una inducción adicional de una torsión en el cable de alimentación 13 de acuerdo con la información de pronóstico de dirección del viento 106.
[0088] De acuerdo con un modo de realización, se puede realizar una predicción de la generación de potencia prevista 104 durante un determinado período de predicción 102, que puede ser al menos tan largo como un ángulo de torsión del cable 13 que ha alcanzado un umbral de ángulo de torsión máximo. Por lo tanto, el uso de un ángulo de torsión previsto 124 puede ayudar a optimizar la generación de energía, en particular, para definir un determinado período de predicción 102. El período de predicción 102 puede incluir el período de tiempo (entre t5 y t2) de una segunda posible operación de desenrollo 116. Debido al hecho de que sin una operación temprana de desenrollo 112 en el momento t1, sería necesaria una (segunda posible) operación tardía de desenrollo 116 en el momento t2, la definición del determinado período de predicción 102 hasta el momento t5 es razonable.
[0089] A continuación se explicará un procedimiento para operar la turbina eólica 10 de acuerdo con el segundo aspecto. De acuerdo con este modo de realización, se proporciona un umbral de generación de potencia 126 que, de acuerdo con el ejemplo, es de 0,5 Pr, por tanto, un 50 % de potencia nominal. Además se define un umbral de ángulo de torsión 118 que en este ejemplo es de 720°, por lo tanto dos revoluciones de la góndola 16 con respecto a la torre 12.
[0090] El umbral de ángulo de torsión 118 (por ejemplo, 720°) es más pequeño que un umbral de ángulo de torsión máximo 120 (por ejemplo, 1440°).
[0091] En el momento t3, un ángulo de torsión del cable 13 excede el umbral de ángulo de torsión 118 porque la dirección del viento rotó dos veces alrededor de la turbina eólica 10. Sin embargo, en este momento no se realiza una operación temprana de desenrollo, ya que todavía no se cumple aún una primera condición requerida.
[0092] De acuerdo con la definición de la primera condición, la generación de potencia actual debe estar por debajo de un umbral de generación de potencia específico 126 y/o una velocidad del viento debe ser menor que un umbral de velocidad del viento 128.
[0093] Dicho cumplimiento de la primera condición se da en el momento t1, en el que la potencia generada desciende por debajo de 0,5 de potencia nominal y por tanto por debajo del umbral de generación de potencia 126. Además, la velocidad del viento desciende por debajo del umbral de velocidad del viento 128, en el que es suficiente que se cumpla uno de ambos requisitos. También es posible usar solo un requisito.
[0094] Como consecuencia, se inicia y se ejecuta la operación temprana de desenrollo 112. Es evidente, ya que la velocidad del viento aumenta después del momento t1, que es una decisión beneficiosa realizar la operación temprana de desenrollo 112 en el momento t1. La primera pérdida de energía 110 es más pequeña que la segunda pérdida de energía (prevista) 114.
[0095] El procedimiento de acuerdo con el segundo aspecto se puede mejorar además, si se aplica una segunda condición antes de iniciar una operación temprana de desenrollo 112. Dicha segunda condición garantiza que la generación de potencia después del momento t1 no disminuiría más. En dicho caso, una operación temprana de desenrollo 112 en el momento t1 daría como resultado un incremento en la pérdida de generación de energía en comparación con una posible operación de desenrollo realizada más tarde.
[0096] La figura 4 representa un modo de realización de un aspecto de la invención, en particular de acuerdo con un modo de realización del segundo y tercer aspecto. Como ejemplo, la turbina eólica 10 se muestra en tres modos operativos 150, 152, 154.
[0097] De acuerdo con el modo 150, la turbina eólica 10 está en operación inactiva, en la que no se genera energía, en particular porque la velocidad del viento está por debajo de la velocidad de conexión o bien por encima de la velocidad de desconexión. Se proporciona un umbral de ángulo de torsión bajo 118a durante la operación inactiva 150; si el umbral de ángulo de torsión bajo 118a se excede por el ángulo de torsión actual del cable 13 de la turbina eólica 10, que por ejemplo se mide detectando un movimiento angular de la góndola 16 alrededor del eje de orientación 38, se mide además 156, incluyendo iniciar una operación de desenrollo 16 y/o una parada completa de la turbina eólica.
[0098] Si la turbina eólica tiene un modo operativo 152, la turbina eólica genera potencia en un intervalo reducido. En particular, la turbina eólica 10 genera menos de 0,95 de potencia nominal, más particular menos de 0,5 de potencia nominal.
[0099] De acuerdo con el modo operativo 154, la cantidad de potencia generada por la turbina eólica es relativamente alta. Por ejemplo, la turbina eólica 10 genera más de 0,5 de potencia nominal, más particular más de 0,95 de potencia nominal.
[0100] Durante el modo operativo 152, se aplica un umbral de ángulo de torsión alto 118b para determinar si se va a iniciar una operación temprana de desenrollo 112.
[0101] Si la turbina eólica genera una potencia elevada de acuerdo con el modo operativo 154, se usa un umbral de ángulo de torsión máximo 120.
[0102] Los umbrales de ángulo de torsión, como se proporciona en este ejemplo, se deben entender entre sí con respecto a un valor relacionado. El umbral de ángulo de torsión alto 118a es más grande que un umbral de ángulo de torsión bajo 118b, en el que ambos umbrales de ángulo de torsión 118a y 118b son más pequeños que el umbral de ángulo de torsión máximo 120. De acuerdo con un ejemplo no limitante, el umbral de ángulo de torsión bajo 118a está entre 180° y 360° (en sentido horario y antihorario, lo que da como resultado un intervalo de -360° a 360°). El umbral de ángulo de torsión alto 118b puede variar entre /-360° a /-700°, en particular a /-710°. El umbral de ángulo de torsión máximo puede ser de /- 720°, por tanto, si la góndola 16 rota dos veces alrededor del eje de orientación 38, se debe iniciar obligatoriamente una operación de desenrollo 116, en particular la operación tardía de desenrollo.
[0103] De acuerdo con el ejemplo de la figura 4, los umbrales de ángulo de torsión 118a, 118b, 120 se incrementan con un incremento en la generación de potencia actual 100.
[0104] De acuerdo con un ejemplo, en particular con l ejemplo de la figura 4, el procedimiento de acuerdo con el segundo aspecto proporciona una primera medición/supervisión de un ángulo de torsión actual 122 de un cable de torre 13.
[0105] De acuerdo con otro paso, se identifica un estado de generación de potencia de la turbina eólica 10. En particular, se examina si la turbina eólica 10 está en el modo inactivo 150, en el modo operativo 152 con generación de potencia reducida o en el modo operativo 154 de reducción con generación de potencia alta. De acuerdo con un ejemplo no limitante, la turbina eólica 10 en el modo operativo 152 genera menos de 0,95 de potencia nominal, más particular menos de 0,5 de potencia nominal, y en el modo operativo 154 la turbina eólica 10 genera más de 0,5 de potencia nominal, más particular más de 0,95 de potencia nominal.
[0106] La identificación de un modo operativo de la turbina eólica 10 se puede realizar comparando una generación de potencia actual 100 de la turbina eólica 10 con un umbral de generación de potencia 126, en el que el umbral de generación de potencia 126 se especifica de modo que se puede definir un estado operativo de la turbina eólica 10 por su umbral de generación de potencia específico 126.
[0107] De acuerdo con el modo operativo como se identifica en el paso anterior, se aplican diferentes umbrales de ángulo de torsión 118a, 118b, 120 para determinar si se debe iniciar una operación temprana de desenrollo 112, o si una posterior.
[0108] De acuerdo con un paso adicional, el ángulo de torsión actual 122 se compara con un umbral de ángulo de torsión 118a, 118b, 120.
[0109] De acuerdo con el diagrama de flujo de la figura 5, se puede operar una turbina eólica (10) que tiene una góndola 112 que se soporta de forma rotatoria alrededor de un eje de orientación vertical 38 en una torre 12 de la turbina eólica 10, en la que se proporciona al menos un cable de torre 13 entre la góndola 16 y la torre 12.
[0110] En un primer paso 200 se detecta y/o se supervisa una generación de potencia actual 100, por ejemplo, midiendo una corriente y voltaje o por otras medidas adecuadas. En el paso 200, de forma alternativa o adicionalmente, se puede predecir una generación de potencia prevista 104 de la turbina eólica 10.
[0111] En un segundo paso 202 se mide, se supervisa o se detecta el ángulo de torsión actual 122 del cable de torre 13. Debido al hecho de que el sistema de control 36 o un sistema de control del mecanismo de accionamiento de orientación 38 es consciente de la posición de rotación actual de la góndola 16, el ángulo de torsión actual 122 está disponible para el sistema de control.
[0112] Además, se proporciona un umbral de ángulo de torsión 118, 118a, 118b en el paso 204, en el que el umbral de ángulo de torsión 118, 118a, 118b es más pequeño que un umbral de ángulo de torsión máximo 120. En particular, el paso 204 se puede ejecutar una vez, incluso antes de que se instale la turbina eólica 10, en la que los umbrales 118, 118a, 118b se aplican durante la operación de la turbina eólica 10.
[0113] En el paso 206 se determina si se cumple una primera condición. Dicha condición se cumple, si una generación de potencia actual 100 y/o una generación de potencia prevista 104 de la turbina eólica 10, en particular incluyendo una evaluación a corto plazo de generación de energía, es menor que un umbral de generación de potencia específico 126 de la turbina eólica 10, en particular en el que el umbral de generación de potencia 126 es igual o menor que la generación de potencia nominal máxima de la turbina eólica 10, o si una velocidad del viento actual 109 y/o una velocidad del viento prevista, en particular incluyendo una evaluación a corto plazo de una velocidad del viento, es menor que un umbral de velocidad del viento 128.
[0114] Durante el paso 208, el ángulo de torsión actual 122 obtenido en el paso 202 se compara con el umbral de ángulo de torsión 118, 118a, 118b.
[0115] Si el paso 206 confirma el cumplimiento de la primera condición y el ángulo de torsión actual 122 excede el umbral de ángulo de torsión 118, 118a, 118b, se inicia una operación temprana de desenrollo 112 en el paso 210.
[0116] Un modo de realización de acuerdo con el tercer aspecto del procedimiento se explicará con la ayuda de la figura 6. En particular, la figura 6 representa una memoria descriptiva ejemplar de un umbral de torsión de cable variable 118, en el que el valor del umbral de torsión de cable 118 varía con la generación de potencia 100, en el que el umbral de torsión de cable variable 118 y la generación de potencia 100 se proporcionan en relación con el umbral de torsión de cable máximo 120 y la potencia nominal máxima.
[0117] Por lo tanto, para cada generación de potencia por debajo no mayor de un 40 % de potencia nominal, se iniciará una operación temprana de desenrollo 112 cuando el ángulo de torsión de cable excede un umbral de ángulo de torsión 118 que es un 80 % del umbral de ángulo de torsión máximo. Cuando la turbina eólica está generando potencia a un 80 % de potencia nominal, no existirá una operación temprana de desenrollo 112 y/o la operación temprana de desenrollo 112 se iniciará cuando el ángulo de torsión de cable excede un umbral de ángulo de torsión máximo (en este caso, la operación temprana de desenrollo 112 da como resultado la misma operación de desenrollo que una operación tardía de desenrollo 116). Es evidente de la figura 6 que el valor del umbral de ángulo de torsión variable es una función monótonamente creciente de la potencia nominal.
[0118] Los modos de realización ejemplares de sistemas y procedimientos para operar una turbina eólica con generación de potencia optimizada 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 los pasos de los procedimientos se pueden utilizar independientemente y por separado de otros componentes y/o pasos descritos en el presente documento. Por ejemplo, el procedimiento descrito se puede aplicar para controlar una pluralidad de turbinas eólicas y/o un parque eólico, y no se limita a la práctica solo con los sistemas de turbinas eólicas como se describe en el presente documento. Más bien, el modo de realización ejemplar se puede implementar y utilizar en relación con muchas otras aplicaciones de palas de rotor.
[0119] 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.
[0120] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, 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. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones.
Números
[0121]
10 turbina eólica
12 torre
13 cable de torre
14 sistema de soporte
16 góndola
18 rotor
20 buje rotatorio
22 palas de rotor
24 parte de raíz de pala
26 regiones de transferencia de carga
28 dirección
30 eje de rotación
34 ejes de pitch
36 sistema de control
38 eje de orientación
40 sensor de ángulo de torsión
42 generador eléctrico
44 eje de rotor
45 eje longitudinal
46 multiplicadora
48 eje rápido
50 acoplamiento
52 soporte
54 soporte
56 mecanismo de accionamiento de orientación
58 mástil meteorológico
60 rodamiento de soporte delantero
62 rodamiento de soporte de eje
64 tren de accionamiento
66 conjunto de pitch
68 sistema de accionamiento de pitch
70 sensor
72 rodamiento de pitch
74 motor de accionamiento de pitch
76 caja de engranajes de accionamiento de pitch
78 piñón de accionamiento de pitch
80 sistema de control de sobrevelocidad
82 cables
84 generador de potencia
86 cavidad
88 superficie interior
90 superficie exterior
100 generación de potencia actual
102 período de predicción
104 generación de potencia prevista
106 información de pronóstico de dirección del viento
107 dirección del viento actual
108 información de pronóstico de velocidad del viento
109 velocidad del viento actual
110 primera pérdida de energía prevista
112 posible operación temprana de desenrollo
114 segunda pérdida de energía prevista
116 segunda posible operación de desenrollo
118 umbral de ángulo de torsión
118a umbral de ángulo de torsión bajo
118b umbral de ángulo de torsión alto
120 umbral de ángulo de torsión máximo
122 ángulo de torsión actual
124 ángulo de torsión previsto
126 umbral de generación de potencia
128 umbral de velocidad del viento
150 modo inactivo
152 modo operativo con generación de potencia baja
154 modo operativo con generación de potencia alta
156 otras medidas
200 - 210 pasos
t1 primer tiempo específico
t2 segundo tiempo específico
Pr potencia nominal

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para operar una turbina eólica (10) que tiene una góndola (16) que se soporta de forma rotatoria alrededor de un eje de orientación vertical (38) en una torre (12) de la turbina eólica (10), en el que se dispone al menos un cable de torre (13) entre la góndola (16) y la torre (12), comprendiendo el procedimiento los siguientes pasos:
- predecir un ángulo de torsión previsto (124) del cable de torre (13) analizando al menos la información de previsión de dirección del viento (106) para determinar un determinado período de predicción (102);
- iniciar una operación temprana de desenrollo (112) para desenrollar un cable de torre (13) de la turbina eólica (10) en un primer tiempo específico (t1);
- predecir una generación futura de potencia (104) de la turbina eólica (10) para el determinado período de predicción (102) analizando al menos una predicción del viento, en particular analizando al menos información de previsión de dirección del viento (106) y/o información de previsión de velocidad del viento (108),
- en el que el primer tiempo específico (t1) se determina de modo que se maximiza una generación de energía global prevista de la turbina eólica (10) durante el período de predicción determinado (102), o que se minimiza una pérdida de energía prevista provocada por la operación temprana de desenrollo.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer tiempo específico (t1) se determina de modo que una primera pérdida de energía prevista (110) provocada por la operación temprana de desenrollo (112) iniciada en el primer tiempo específico (t1) es menor que una segunda pérdida de energía prevista (114) provocada por una posible operación de desenrollo (116) que se realizaría en un segundo tiempo específico (t2).
3. Procedimiento para operar una turbina eólica (10) que tiene una góndola (16) que se soporta de forma rotatoria alrededor de un eje de orientación vertical (38) en una torre (12) de la turbina eólica (10), en el que se proporciona al menos un cable de torre (13) entre la góndola (16) y la torre (12), comprendiendo el siguiente paso:
- predecir un ángulo de torsión previsto (124) del cable de torre (13) para un determinado período de predicción (102) analizando al menos la información de previsión de dirección del viento (106),
- iniciar una operación temprana de desenrollo (112) para desenrollar un cable de torre (13) de la turbina eólica (10),
- sí un ángulo de torsión actual (122) del cable excede un umbral de ángulo de torsión (118, 118a, 118b), en el que el umbral de ángulo de torsión (118, 118a, 118b) es más pequeño que un umbral de ángulo de torsión máximo (120),
- si se cumple una primera condición, en el que la primera condición se cumple, si una generación de potencia actual (100) y/o una generación de potencia prevista (104) de la turbina eólica (10), en particular incluyendo una evaluación a corto plazo de la generación de energía, es menor que un umbral de generación de potencia específico (126) de la turbina eólica (10), en particular en el que el umbral de generación de potencia (126) es igual o menor que la generación de potencia nominal máxima de la turbina eólica (10), o si una velocidad del viento actual (109) y/o una velocidad del viento prevista, en particular incluyendo una evaluación a corto plazo de una velocidad del viento, es menor que un umbral de velocidad del viento (128), y
- si se cumple una condición adicional, en el que la condición adicional se cumple si el ángulo de torsión previsto (124) excederá el umbral de ángulo de torsión máximo (120) dentro del período de predicción (102).
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende predecir una generación de potencia prevista (104) de la turbina eólica (10) para un determinado período de predicción (102) analizando al menos una predicción del viento, en particular analizando al menos la información de pronóstico de dirección del viento (106) y/o la información de pronóstico de velocidad del viento (108).
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la operación temprana de desenrollo se inicia solo si se cumple una segunda condición, en el que la segunda condición se cumple si
- la generación de potencia actual (100) es menor que una generación de potencia prevista (104), o - si la velocidad del viento actual (109) es menor que una velocidad del viento prevista.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el umbral de ángulo de torsión (118) es dependiente de una generación de potencia actual (100) de la turbina eólica (10), de modo que el umbral de ángulo de torsión (118) se incrementa o al menos se mantiene con un incremento en la generación de potencia actual (100).
7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el ángulo de torsión previsto (124) se prevé al menos analizando al menos la información de previsión de dirección del viento (106) y la información de previsión de velocidad del viento (108).
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el proceso de predecir un ángulo de torsión previsto (124) tiene en cuenta una ejecución de al menos una posible operación de desenrollo.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que se determina un umbral de ángulo de torsión máximo (120), en particular en el que se inicia obligatoriamente una operación de desenrollo si el ángulo de torsión actual (122) alcanza el umbral de ángulo de torsión máximo (120).
10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 4 a 9, en el que el determinado período de predicción (102) es al menos tan largo como un período de tiempo de desenrollo requerido para una operación de desenrollo de aproximadamente 360°.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 10, en el que el determinado período de predicción (102) es al menos tan largo como un ángulo de torsión previsto (124) que ha alcanzado el umbral de ángulo de torsión máximo (120), en particular incluyendo el tiempo de ejecución de una operación tardía de desenrollo.
12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la duración de una operación de desenrollo y/o un número de rotaciones de la operación de desenrollo se determina de modo que se maximiza una generación de energía global prevista de la turbina eólica (10) durante un determinado período de predicción (102).
13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el número de rotaciones de desenrollo de la góndola (16) durante una operación de desenrollo es menor que el número de rotaciones necesarias para llevar la góndola (16) a una posición rotacional menor que 360° con respecto a la torre (12), y/o en el que la operación de desenrollo comprende menos de tres rotaciones de la góndola (16), preferentemente menos de dos rotaciones.
14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el inicio de una operación temprana de desenrollo (112) de la turbina eólica (10) comprende
- proporcionar automáticamente una solicitud de control para ejecutar la operación temprana de desenrollo a un centro de control de la turbina eólica (10), y/o
- ejecutar automáticamente la operación temprana de desenrollo de la turbina eólica (10).
15. Sistema de turbina eólica que tiene al menos un sistema de control (36) y al menos una turbina eólica (10), en el que la turbina eólica (10) comprende al menos
una torre, una góndola (16) que se soporta de forma rotatoria alrededor de un eje de orientación vertical (38) en una torre (12) de la turbina eólica (10), en el que se proporciona al menos un cable de torre (13) entre la góndola (16) y la torre (12), un mecanismo de orientación (56) para realizar una rotación de la góndola (16) alrededor del eje de orientación (38), un rotor que se soporta de forma rotatoria por la góndola (16),
en el que el sistema de control (36) se puede integrar en la turbina eólica (10) o se puede localizar en una disposición de control externo, y
en el que el sistema de control (36) se configura de modo que la al menos una turbina eólica (10) se opera de acuerdo con un procedimiento de acuerdo con una o una pluralidad de las reivindicaciones precedentes.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114263565B (zh) * 2020-09-16 2024-04-12 金风科技股份有限公司 风力发电机组的偏航控制设备及方法
CN112177847B (zh) * 2020-09-28 2021-07-27 温州源铭振跃科技有限公司 一种风力发电机偏航装置
CN112855435B (zh) * 2021-02-04 2022-10-21 华能国际电力股份有限公司重庆清洁能源分公司 一种风电场风能优化方法
CN113482853B (zh) * 2021-08-06 2023-02-24 贵州大学 一种偏航控制方法、系统、电子设备及储存介质

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1149449A2 (en) * 1998-12-17 2001-10-31 Dan-Control Engineering A/S Wind mill with a suspension for cables and the like, such suspension for cables and the like and a holder for such suspension
US20060199411A1 (en) * 2005-03-07 2006-09-07 Brian Singh Windmill cable system and method
US7491903B2 (en) * 2005-11-30 2009-02-17 Jim Hybiske Cable organizer
EP1905687A3 (en) * 2006-09-27 2008-11-05 Technische Universiteit Delft Kite, method of generating power using such a kite, method of providing driving force to a vehicle using such a kite, vehicle provided with such a kite, power generation assembly comprising such a kite
US20090206610A1 (en) * 2008-02-15 2009-08-20 Negel Martin Cable guard and method of installation
US20100006710A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 General Electric Company Cable bridge for a wind turbine tower
IT1393937B1 (it) * 2009-04-09 2012-05-17 Rolic Invest Sarl Aerogeneratore
US8058740B2 (en) * 2009-12-10 2011-11-15 General Electric Company Wind turbine cable twist prevention
BRPI1005446A2 (pt) * 2010-03-15 2016-03-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd gerador de turbina eólica , e , estrutura de suporte de cabo para suportar um cabo
JP5285708B2 (ja) * 2010-03-31 2013-09-11 三菱重工業株式会社 風力発電装置
DE102010031081A1 (de) * 2010-07-07 2012-01-12 Skywind Gmbh Windenergieanlage
DK177337B1 (en) * 2011-10-26 2013-01-21 Envision Energy Denmark Aps Wind Turbine Including a Cable Loop
US8366396B2 (en) * 2011-11-28 2013-02-05 General Electric Company Unit for cable management and wind turbine
US20140316838A1 (en) * 2011-12-08 2014-10-23 Vestas Wind Systems A/S Decision support system (dss) for maintenance of a plurality of renewable energy generators in a renewable power plant
DK201270766A (en) * 2012-12-06 2014-06-06 Envision Energy Denmark Aps System for twisting cables in a wind turbine tower
DE102013214920A1 (de) * 2013-07-30 2015-02-05 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage
US20150084439A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 General Electric Company Shorting assembly and method for wind turbine power supply
US20150180186A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Google Inc. Systems and Apparatus for Cable Management
EP2902623B1 (en) * 2014-02-04 2020-04-15 GE Renewable Technologies Wind B.V. Methods of operating a wind turbine and wind turbines
DK2918828T3 (da) * 2014-03-11 2023-09-04 Siemens Gamesa Renewable Energy As Kabelunderstøtningskonstruktion
WO2016049941A1 (en) * 2014-10-03 2016-04-07 General Electric Company Spacer for wind turbine cables
KR20180026753A (ko) * 2015-07-03 2018-03-13 베스타스 윈드 시스템스 에이/에스 풍력 설비의 케이블 인터페이스
US20170074248A1 (en) * 2015-09-10 2017-03-16 Ben M. Enis Wind turbine station and tower with vertical storage tanks
US20170097110A1 (en) * 2015-10-01 2017-04-06 General Electric Company Wind turbine drip loop cable securement assembly
DE102015014563A1 (de) * 2015-11-11 2017-05-11 Hydac International Gmbh Führungsvorrichtung für strangförmige Bauteile, wie energie- und/oder informationsführende Kabel von Windkraftanlagen
JP6363123B2 (ja) * 2016-02-29 2018-07-25 三菱重工業株式会社 風車並びにそのヨー制御装置及び運転制御方法
US10519929B2 (en) * 2016-11-09 2019-12-31 General Electric Company System and method for minimizing energy loss due to yaw untwist of a wind turbine
US10612527B2 (en) * 2017-06-13 2020-04-07 General Electric Company Methods for refurbishing wind turbines

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