ES2955535T3 - Método y sistema para controlar un aerogenerador para reducir la vibración de la góndola - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un método para controlar una turbina eólica que comprende una torre que soporta un rotor que comprende una pluralidad de palas de rotor de paso ajustable. El método incluye obtener una señal de movimiento indicativa de un movimiento lateral de la torre; determinar una señal de modulación de paso, basada en la señal de movimiento, para accionar una pala de rotor para producir un componente de fuerza horizontal deseado para contrarrestar el movimiento lateral de la torre; determinar un componente de fuerza radial que actúa sobre una pala de rotor; determinar un parámetro de desplazamiento de fase para la pala del rotor basándose en el componente de fuerza radial; y transformar la señal de modulación de paso en una señal de compensación de referencia de paso para la pala del rotor basándose en el parámetro de compensación de fase. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema para controlar un aerogenerador para reducir la vibración de la góndola
Campo de la invención
Esta invención se refiere al control de un aerogenerador para reducir la vibración de la góndola.
Antecedentes
Los aerogeneradores que se conocen en la técnica comprenden una torre que soporta una góndola y un rotor con una serie de palas de rotor de paso ajustable. Tales aerogeneradores son propensos a vibraciones dado que comprenden una gran masa colocada al final de una torre esbelta. Por esta razón, un requisito clave para controlar el comportamiento vibratorio de los aerogeneradores es evitar que cualquier fuerza de excitación del rotor, producida a partir de desequilibrios en el rotor, resuene con las frecuencias de flexión naturales de la torre.
El documento DE102010023887 describe un método de prevención de oscilaciones de una torre de una instalación de energía eólica con ángulos de paso ajustables determinando una variable manipulada sobre la base de información acerca de los momentos de inclinación y guiñada del rotor. El documento WO10016764 describe un método para compensar el desequilibrio del rotor en un aerogenerador mediante el uso de al menos un valor de corrección para influir en la conversión aerodinámica de al menos algunas de las palas del rotor.
Es en este contexto que se ha ideado la invención.
Exposición de la invención
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un método de control de un aerogenerador que comprende una torre que soporta un rotor que comprende una pluralidad de palas de rotor de paso ajustable, el método que comprende: obtener una señal de movimiento indicativa de un movimiento lateral de la torre; determinar una señal de modulación de paso, en base a la señal de movimiento, para accionar una pala de rotor para producir una componente de fuerza horizontal deseada para contrarrestar el movimiento lateral de la torre; determinar una componente de fuerza radial que actúa sobre una pala de rotor; determinar un parámetro de desplazamiento de fase para la pala de rotor en base a la componente de fuerza radial; y transformar la señal de modulación de paso en una señal de desplazamiento de referencia de paso para la pala de rotor en base al parámetro de desplazamiento de fase.
Preferiblemente, la componente de fuerza radial se determina en base a una desviación de la pala de rotor.
Preferiblemente, la desviación es en la dirección de las aletas de la pala de rotor.
Preferiblemente, la componente de fuerza radial se determina en base a una distancia que la pala de rotor se desvía de un eje longitudinal de la pala de rotor.
Preferiblemente, la distancia se extiende perpendicularmente desde el eje longitudinal de la pala de rotor hasta la punta de la pala de rotor.
En una realización, la distancia se determina en base al empuje que actúa sobre la pala de rotor. Alternativamente, la distancia se programa según una condición operativa del aerogenerador. Alternativamente, la distancia se determina en base al momento de flexión de la pala de rotor.
Preferiblemente, la componente de fuerza radial se determina en base a una integración de la fuerza de sustentación a lo largo de la pala de rotor.
Preferiblemente, la componente de fuerza horizontal es una componente de una fuerza resultante basada en una fuerza de borde que actúa sobre la pala de rotor y la componente de fuerza radial.
Preferiblemente, el parámetro de desplazamiento de fase se determina en base a componentes de fuerza en el plano adicionales.
Preferiblemente, el parámetro de desplazamiento de fase se determina en base a un ángulo de acimut de la pala de rotor.
Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un controlador para un sistema de control de aerogenerador que comprende un procesador y un módulo de memoria, en donde el módulo de memoria comprende un conjunto de instrucciones de código de programa que, cuando se ejecutan por el procesador, implementan un método según el primer aspecto de la invención.
Según un tercer aspecto de la invención, se proporciona un aerogenerador que comprende una torre que soporta un rotor que comprende una pluralidad de palas de rotor de paso ajustable y un controlador según el segundo aspecto de la invención.
Según un cuarto aspecto de la invención, se proporciona un producto de programa informático descargable desde una red de comunicación y/o almacenado en un medio legible por máquina que comprende instrucciones de código de programa para implementar un método según el primer aspecto de la invención.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirán los aspectos anteriores y otros de la invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
la Figura 1 es una vista esquemática de un aerogenerador según una realización de la invención;
la Figura 2 es una vista esquemática de los sistemas del aerogenerador de la Figura 1;
la Figura 3 es una vista esquemática detallada de los sistemas de un sistema de monitorización y control del sistema de aerogenerador de la Figura 2;
la Figura 4 es una vista esquemática de un movimiento vibratorio lateral del aerogenerador de la Figura 1;
la Figura 5 es un diagrama que ilustra una sección transversal esquemática de una pala de rotor del aerogenerador de la Figura 1;
la Figura 6 es una vista esquemática del aerogenerador de la Figura 1 que muestra una fuerza de borde que actúa sobre una pala de rotor;
la Figura 7 es una vista lateral de la pala de rotor de la Figura 5;
la Figura 8 es una vista esquemática del aerogenerador de la Figura 1 que muestra una fuerza resultante que actúa sobre una pala de rotor;
la Figura 9 es una vista esquemática de un sistema de control de circuito cerrado de una realización de la invención; la Figura 10 es una vista esquemática de un esquema de control de una realización de la invención; y,
la Figura 11 es una vista esquemática de una realización de un bloque de reducción de vibración de torre lateral para su uso en el esquema de control de la Figura 10.
En los dibujos, características similares se indican mediante signos de referencia similares.
Descripción específica
La siguiente descripción detallada se refiere a los dibujos que se acompañan que muestran, a modo de ilustración, detalles específicos y realizaciones en las que se puede poner en práctica la invención. Estas realizaciones se describen con suficiente detalle para permitir que los expertos en la técnica pongan en práctica la invención. Se pueden utilizar otras realizaciones, y se pueden hacer cambios lógicos estructurales y eléctricos sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.
La Figura 1 muestra un aerogenerador, designado de manera general como 10, que comprende una torre 12. La torre 12 soporta una góndola 14 en la que se monta un rotor 16. El rotor 16 se acopla operativamente a un generador alojado dentro de la góndola 14. Además del generador, la góndola 14 aloja varios componentes requeridos para convertir la energía eólica en energía eléctrica, junto con otros diversos componentes necesarios para operar, controlar y optimizar el rendimiento del aerogenerador 10. El rotor 16 comprende una pluralidad de palas de rotor 18 que se extienden radialmente desde un buje central 20. En este ejemplo, el rotor 16 comprende tres palas de rotor 18, aunque será evidente para los expertos en la técnica que son posibles otras configuraciones. Las palas de rotor 18 son de paso ajustable. Es decir, el paso de las palas de rotor 18 se puede ajustar, alrededor de su respectivo eje longitudinal 69, de acuerdo con un ajuste de paso colectivo, donde cada pala de rotor 18 se ajusta al mismo valor de paso con relación al ajuste de paso colectivo y/o de acuerdo con ajustes de paso individuales, donde cada pala de rotor 18 se puede ajustar a su propio valor de paso correspondiente a su ajuste de paso individual.
Con referencia a la Figura 2, que es una ilustración esquemática del aerogenerador 10 a nivel de los sistemas, el aerogenerador 10 comprende además una caja de engranajes 22 y un sistema de generación de potencia 24 que incluye un generador 26 y un sistema convertidor de potencia 28. La caja de engranajes 22 aumenta la velocidad de rotación del rotor 16 y acciona el generador 26, que a su vez alimenta la potencia generada al sistema convertidor de potencia 28. Normalmente, tal sistema se basará en energía eléctrica trifásica, aunque esto no es esencial. Se conocen otros diseños de aerogeneradores, tales como los tipos “sin engranajes”, también conocidos como “de accionamiento directo”, así como los tipos de transmisión de “accionamiento por correa”.
El generador 26 y el sistema convertidor de potencia 28, por ejemplo, se pueden basar en una arquitectura de convertidor de escala completa (FSC) o en una arquitectura de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG), aunque se conocerán otras arquitecturas por los expertos en la técnica.
En la realización ilustrada, la salida de potencia del sistema convertidor de potencia 28 se transmite a una carga 30, que puede ser una red eléctrica. Los expertos en la técnica serían conscientes de que existen diferentes opciones de conversión y transmisión de potencia.
El aerogenerador 10 comprende además unos medios de control 32 que son operables para monitorizar la operación del aerogenerador 10 y para emitir comandos al mismo para lograr un conjunto de objetivos de control. Los medios de control 32 se muestran en la Figura 2 como una vista general esquemática simplificada de una pluralidad de unidades y módulos de control, y también en la Figura 3, como ejemplo más detallado de cómo se pueden disponer unidades y módulos específicos con el fin de facilitar intercambio de datos entre ellos.
Los medios de control 32 comprenden un procesador 34 configurado para ejecutar instrucciones que se almacenan y se leen desde un módulo de memoria 36 y/o un almacén de datos externo que forma parte de una red externa 38. Los datos de medición también se pueden almacenar en el módulo de memoria 36 y recuperar con el fin de ejecutar procesos según las instrucciones que se llevan a cabo por el procesador 34.
También se pueden recibir instrucciones y datos desde controladores o sensores externos que forman parte de la red externa 38, y los datos registrados y/o las alertas se pueden emitir a través de la red externa 38 para ser almacenados/mostrados en una fuente externa para análisis y monitorización remota.
Además, el procesador 34 está en comunicación con una pluralidad de sensores 40 que están dispuestos dentro del aerogenerador 10. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 3, la pluralidad de sensores 40 puede comprender un acelerómetro de torre 42, un sensor de velocidad de rotor 44, un sensor de ángulo de paso de pala 46, un sensor de ángulo de guiñada de góndola 48 y un sensor de posición de rotor 49.
Los medios de control 32 del aerogenerador 10 también incluyen al menos una unidad de control 50.
Se muestran cuatro unidades de control en la configuración mostrada en la Figura 3. Estas son una unidad de control de ángulo de paso de pala 52, una unidad de control de ángulo de guiñada de góndola 54, una unidad de control de velocidad 56 y una unidad de control de amortiguación de paso de torre de lado a lado 57 (de aquí en adelante “la unidad de control de paso de SSTD” 57). La unidad de control de ángulo de paso de pala 52 y la unidad de control de ángulo de guiñada de góndola 54 están dispuestas para alterar el ángulo de paso de las palas de rotor 18 y el ángulo de guiñada de góndola 14, respectivamente, y la unidad de control de velocidad 56 funciona para controlar la velocidad de rotación del rotor 16 a través del control de convertidor y control de paso. La función de la unidad de control de paso de SSTD 57 se trata con más detalle a continuación. En la realización mostrada, la unidad de control de ángulo de paso de pala 52 y la unidad de control de paso de SSTD 57 son unidades de control separadas. No obstante, el lector experto apreciará que las respectivas funcionalidades de estas unidades de control 52, 57 separadas, se podrían entregar desde una única unidad de control.
Una red 58 forma una conexión central entre cada uno de los módulos (según un protocolo adecuado), permitiendo que los comandos y datos relevantes se intercambien entre cada uno de los módulos en consecuencia. No obstante, se apreciará que se puede proporcionar un cableado adecuado para interconectar las unidades. También se apreciará que el aerogenerador 10 podría incluir más unidades de control 50, y la Figura 3 se proporciona solamente para ilustrar un ejemplo de una arquitectura de sistema en la que se puede implementar la invención.
Una función principal de los medios de control 32 es controlar la generación de potencia del aerogenerador 10 de modo que optimice la producción de potencia bajo las condiciones actuales de viento ambiental y de acuerdo con la generación de potencia demandada por un operador de red de transmisión. No obstante, además de sus principales tareas de control de potencia, los medios de control 32 pueden ser operables para realizar un conjunto de funciones de monitorización de seguridad y diagnóstico, y llevar a cabo una acción correctiva, si es necesario. En las realizaciones de la invención, una de estas funciones es evitar que cualquier fuerza de excitación del rotor 16 resuene con las frecuencias de flexión de la torre 12. Un rotor 16 puede experimentar fuerzas de excitación con su frecuencia de rotación a partir de asimetrías o desequilibrios en el rotor 16. Por ejemplo, las asimetrías en el rotor 16 puede producirse debido a errores geométricos o desalineaciones de las palas de rotor 18, dando lugar a asimetrías aerodinámicas. Cualquier desequilibrio de masa en el rotor 16 también dará lugar a fuerzas de excitación del rotor. En general, debido al acoplamiento vibratorio entre el rotor 16 y la torre 12, tales fuerzas de excitación del rotor pueden provocar una serie de modos vibratorios en la torre 12, que se pueden caracterizar generalmente como vibraciones en una dirección lateral, torsional o de proa a popa. En la práctica, no obstante, estos modos vibratorios no siempre son distintos unos de otros. Es decir, una vibración lateral, por ejemplo, puede causar también una vibración torsional, y viceversa.
Algunas veces se hace referencia a una vibración en una dirección lateral como vibración de lado a lado. Los aspectos de esta vibración se ilustran esquemáticamente en la Figura 4. En esta figura, el aerogenerador 10 se ilustra mediante una estructura de torre 60, que está fija en su extremo inferior y dotada con una masa en su extremo libre. Cuando la parte superior de la estructura de torre 60 vibra en la dirección lateral (A), la posición (px) varía entre dos máximos definidos por la desviación máxima de la estructura de torre 60 durante la vibración. La posición (px) es representativa de la posición de la góndola 14 en una dirección definida por el movimiento lateral de la estructura de torre 60. La posición (px) puede indicar la posición del centro de masa de la góndola, la posición de un sensor alojado dentro de la góndola 14, o la posición de otros puntos fijos que representan el movimiento de la góndola 14 en la dirección lateral. El movimiento se podría detectar usando un acelerómetro o un giroscopio alojado dentro de la góndola 14. No obstante, puede que no sea necesario detectar el movimiento directamente. En su lugar, se puede usar una detección indirecta del movimiento, siempre que el movimiento indirecto se correlacione con el movimiento de la góndola 14.
Suponiendo una pala de rotor rígida, las fuerzas producidas por la pala de rotor 18 se pueden caracterizar generalmente como fuerzas que actúan en una dirección de borde y fuerzas que actúan en una dirección de aleta. Haciendo referencia a la Figura 5, cuando se considera una pala de rotor 18 que tiene una sección de pala exterior 61, indicada por una línea discontinua, y una raíz de pala circular 62, las fuerzas de borde actúan en una dirección indicada de manera general por el eje de borde 64, que se extiende a través de los bordes de ataque y de salida 66, 68 de la pala de rotor 18. Tales fuerzas se consideran que son fuerzas en el plano dado que actúan en una dirección paralela al plano de rotación del rotor 16. Por consiguiente, las fuerzas de borde se pueden usar para amortiguar las fuerzas de excitación del rotor resultantes de asimetrías o desequilibrios en el rotor. Por el contrario, las fuerzas de aleta, también conocidas como fuerzas axiales, actúan en una dirección generalmente indicada por el eje de aleta 70, que se extiende a través de las superficies superior e inferior 72, 74 de la pala de rotor 18 y es sustancialmente perpendicular al eje de borde 64 de la pala de rotor 18. Tales fuerzas se considera que están fuera del plano dado que actúan en una dirección sustancialmente perpendicular al plano de rotación del rotor 16. Es debido a esto que las fuerzas de aleta no tienen ningún efecto sobre la amortiguación de una vibración de lado a lado de la góndola 14.
Controlando el paso de la pala de rotor 18, la dirección y la magnitud de la fuerza de borde se pueden usar para amortiguar una vibración de lado a lado de la góndola 14 de acuerdo con la magnitud y la fase de la vibración. Con referencia a la Figura 6, la fuerza de borde (Fborde) comprende una componente vertical (Fy) y una componente horizontal (Fx), y es la componente horizontal (Fx), en particular, la que se usa para contrarrestar la vibración de lado a lado. La componente horizontal (Fx) se puede determinar en base a la fuerza de borde (Fborde) y un ángulo de acimut (y ) de la pala de rotor 18, proporcionado por el sensor de posición de rotor 49, usando la siguiente relación:
Figure imgf000005_0001
El lector experto apreciará que la fuerza de borde (Fborde) comprende solamente una componente horizontal (Fx) y una componente vertical (Fy) cuando la pala de rotor 18 está en una posición vertical y una horizontal respectivamente.
Otras fuerzas en el plano actúan sobre las palas de rotor 18 además de la fuerza de borde (Fborde). Por ejemplo, la carga que actúa sobre una pala de rotor 18, resultante de las fuerzas de sustentación y arrastre que actúan sobre la pala de rotor 18, puede causar que al menos la sección exterior de la pala de rotor 18 se desvíe de su eje longitudinal 69, como se muestra en la Figura 7. Esta desviación cambia la dirección de los vectores de fuerza de aleta 76, que actúa perpendicularmente con respecto a la superficie inferior 74 de la pala de rotor 18, creando una componente de fuerza axial (Faxial) y una componente de fuerza radial (Fradial). La componente de fuerza radial (Fradial) actúa en una dirección paralela al plano de rotación del rotor 16, y así se puede considerar que es una fuerza en el plano. Otras fuerzas en el plano, que comprenden fuerzas radiales y de borde adicionales, también pueden actuar sobre la pala de rotor 18 debido a condiciones aerodinámicas inestables relacionadas, por ejemplo, con la dinámica de paso, las condiciones de entrada en pérdida aerodinámica y similares. Son estas fuerzas, y en particular la componente de fuerza radial (Fradial) resultante de una desviación de la pala de rotor 18, las que el inventor ha apreciado que pueden influir sustancialmente en la magnitud y la fase de la componente de fuerza horizontal (Fx), y así su uso para amortiguar las vibraciones laterales.
La componente de fuerza radial (Fradial) se determina en base a la forma cargada de la pala de rotor 18 durante su operación, un ejemplo de lo cual se muestra en la Figura 7, junto con la magnitud y dirección de las fuerzas de sustentación y arrastre a lo largo de la pala de rotor 18. En una realización, la componente de fuerza radial (Fradial) se puede determinar en base a una distancia (Ay) que la pala de rotor 18 desvía con respecto al eje longitudinal 69, donde la distancia (Ay) se extiende perpendicularmente desde el eje longitudinal 69 hasta la punta de la pala de rotor 18. En el ejemplo mostrado en la Figura 7, la desviación es en la dirección de aleta, aunque otras desviaciones que no se pueden caracterizar únicamente como que son en la dirección de aleta, también pueden dar lugar a componentes de fuerza en el plano. En una realización, la desviación y/o la distancia (Ay) se pueden medir directamente usando, por ejemplo, unos medios de medición, tales como una cámara o un láser, o, alternativamente, determinar en base a modelos numéricos, tales como, por ejemplo, modelos estructurales y operativos. En otra realización, la distancia (Ay) se puede determinar determinando el momento de flexión de la pala de rotor 18. En otra realización más, la desviación y/o la distancia (Ay) se pueden programar según las condiciones operativas del aerogenerador 10. La programación de la desviación y/o distancia (Ay) puede relacionarse con uno o más de los siguientes: empuje que actúa sobre la pala de rotor 18; paso de la pala de rotor 18; velocidad de rotación del rotor 16; velocidad del viento ambiental; producción de potencia; y una frecuencia propia del rotor 16 y/o las palas de rotor 18.
En otra realización, la componente de fuerza radial (Fradiai) se puede extraer de la fuerza de sustentación (F) determinada integrando el vector de fuerza de sustentación a lo largo de la pala de rotor 18, usando la siguiente relación:
Figure imgf000006_0001
Donde p es la densidad del aire, R es el radio de la pala de rotor 18 en la dirección longitudinal, Ci(r) es la fuerza de sustentación en una ubicación radial a lo largo de la pala de rotor 18; e (r ) es el vector unitario en la dirección de la sustentación en la ubicación radial; y v(r) es la velocidad del viento inducido en la ubicación radial. Se debería observar que e es dependiente de la desviación de la pala de rotor 18 y corresponde a los vectores de fuerza de aleta 76 mostrados en la Figura 7. Todas estas cantidades se pueden estimar usando una teoría combinada del momento del elemento de pala y un modelo estructural de la pala de rotor 18 en base a la velocidad del viento del rotor estimada/medida, el ángulo de paso y la velocidad del rotor.
Con referencia a la Figura 8, debido a que la componente de fuerza radial (Fradial) es una fuerza en el plano, se puede añadir a la dirección y magnitud de la fuerza de borde (Fborde) para producir una fuerza resultante. La dirección de la fuerza resultante se determina tanto por el ángulo de acimut (y ) como por una fase (8) introducida por la componente de fuerza radial (Fradial), que se determina por la siguiente relación:
Figure imgf000006_0002
La componente de fuerza horizontal (Fx) de la fuerza resultante se determina, por lo tanto, por la siguiente relación:
Figure imgf000006_0003
En una realización de la invención, las fuerzas de excitación experimentadas por el rotor 16 se compensan, en términos generales, determinando las señales de paso para ajustar individualmente el paso de las palas de rotor de paso ajustable 18 para proporcionar una componente de fuerza horizontal (Fx), en base a una fuerza resultante, que amortigua un movimiento lateral de la góndola 14 y, así, de la torre 12. Y debido a que la fuerza resultante se determina teniendo en cuenta la magnitud y la dirección de otras fuerzas en el plano que actúan sobre una pala de rotor 18, tales como la componente de fuerza radial (Fradial), además de la fuerza de borde (Fborde), es una mejor representación de la carga real bajo la que está la pala de rotor 18. Por consiguiente, el uso de la fuerza resultante para amortiguar las fuerzas de excitación experimentadas por el rotor 16 es más eficaz que usar solamente la fuerza de borde (Fborde). La unidad de control de paso de SSTD 57 está configurada para llevar a cabo la función de la componente de fuerza horizontal (Fx) y generalmente proporciona un sistema de circuito cerrado en el que el movimiento de la torre 12 se realimenta a las señales de paso para determinar los ajustes de paso individuales. La unidad de control de ángulo de paso de pala, 52 aplica entonces las señales de paso resultantes a las palas de rotor de paso ajustable 18 de acuerdo con la fase de la vibración de lado a lado de la góndola 14, teniendo en cuenta el cambio de fase (8) introducido por la componente de fuerza radial (Fradial).
La Figura 9 es una representación lineal del sistema de control de circuito cerrado, designado de manera general por 78, usado por la unidad de control de paso de SSTD 57. En este ejemplo simple del sistema 78, la estructura de torre 60 se puede representar mediante un sistema masa-resorte-amortiguador (Hx(s)), que se ve afectado por una fuerza de costado (ux). El impacto de cualquier asimetría y/o desequilibrio de masas en el rotor 16 se puede representar como una perturbación de fuerza externa (dx) que actúa sobre la parte superior de la torre 12 a medida que el rotor 16 gira. La amplitud y la fase de la perturbación (dx) se determinan a partir de la magnitud de las asimetrías y desequilibrios de masa. Suponiendo que la velocidad o frecuencia del rotor 16 es constante, la perturbación de fuerza externa (dx) aparece como una perturbación 1P sinusoidal. Es decir, la frecuencia de excitación del rotor 16 debido a la perturbación ocurre una vez por revolución del rotor 16. La fuerza de costado (ux) se basa en el control de paso de SSTD 57 generando la componente de fuerza horizontal (Fx), inclinando cíclicamente las palas de rotor 18, y la perturbación de fuerza externa (dx). El sistema masa-resorte-amortiguador (Hx(s)) emite al menos una señal de movimiento indicativa de una vibración lateral de la torre 12, en forma de una posición de la parte superior de la torre (px), una velocidad de la parte superior de la torre (vx) y una aceleración de la parte superior de la torre (ax). En esta realización, la aceleración de la parte superior de la torre (ax) se realimenta luego a la unidad de control de paso de SSTD 57 de modo que pueda controlar la magnitud y/o la fase de la componente de fuerza horizontal (Fx) de acuerdo con la magnitud y fase de la perturbación de fuerza externa (dx) que actúa sobre la estructura de torre 60.
La Figura 10 es una ilustración detallada de una realización de la unidad de control de paso de SSTD 57, que se puede implementar mediante un esquema de control PI, PID o similar. Un bloque de reducción de vibración de torre lateral (de aquí en adelante, “el bloque de paso de LTVR”) se ilustra que muestra la reducción de vibración lateral usando el paso de las palas de rotor 18, donde las señales de actuación de paso para reducir las vibraciones laterales se determinan en base a una primera señal y, opcionalmente, una segunda señal. Las realizaciones de la primera y segunda señales se ilustran en la Figura 11.
El bloque de paso de LTVR determina una señal de actuador (0p) que se transforma en una unidad de transformación (Tp ) para señales de desplazamiento de referencia de paso (01, 02, 03) para cada una de las palas de rotor 18 de modo que las señales de paso resultantes (0a , 0b , 0c ) se puedan aplicar a las palas de rotor de paso ajustable 18 individualmente. Cada señal de paso individual (0a , 0b , 0c ) se basa en las señales de desplazamiento de referencia de paso (01, 02 , 03 ), y por ello en una señal combinada de una referencia de paso colectivo (0col) y la primera señal, o una señal combinada de la referencia de paso colectivo (0col) y la primera señal y la segunda señal que se determina por el bloque de paso de LTVR.
La referencia de paso colectivo (0col) se determina por la unidad de control de velocidad 56 en vista de la velocidad del rotor y opcionalmente también valores de sensor adicionales.
El bloque de paso de LTVR determina una señal que representa una componente de fuerza horizontal deseada (Fx), en base a la fuerza resultante, en la dirección del movimiento lateral de la góndola 14.
La transformación (Tp) es para obtener las contribuciones de paso resultantes (01, 02, 03) para cada una de las palas de rotor de paso ajustable 18 y se puede basar en una transformación de coordenadas de múltiples palas del tipo transformación de Coleman o transformación de coordenadas de Fourier, que está dispuesta para tomar una señal en un marco de referencia no giratorio, es decir, la señal de actuador (0p ), y transformarla en una señal resultante en el marco giratorio, las señales de desplazamiento de referencia de paso (01, 02, 03). La transformación (Tp) incluye un parámetro de desplazamiento de fase, que en este caso se basa en el ángulo de acimut (y ) y la fase (0) introducida por la componente de fuerza radial (Fradial), para ajustar el punto en el que se aplican las señales de paso (0a , 0b , 0c ) a las palas de rotor de paso ajustable 18 con el fin de tener en cuenta la fase del movimiento lateral de la góndola 14. En algunos casos, sin tener en cuenta la fase (0) introducida por la componente de fuerza radial (Fradial), el paso de las palas de rotor de paso ajustable 18 no tendría ningún efecto sobre la amortiguación de un movimiento lateral de la góndola 14 debido al desplazamiento entre las fases de fuerza horizontal (Fx) y la perturbación de fuerza externa (dx). Una ventaja de la presente invención es que tiene en cuenta la fase (0) introducida por la componente de fuerza radial (Fradial) y otras fuerzas en el plano, y así las palas de rotor 18 se inclinan en una posición para tener en cuenta correctamente la fase de la perturbación de fuerza externa (dx). Esto evita cualquier paso ineficaz de las palas de rotor 18, causando un desgaste innecesario de los cojinetes de pala usados para permitir que las palas de rotor 18 giren alrededor de su eje longitudinal 69.
La Figura 11 ilustra una realización del bloque de paso de LTVR. La señal de aceleración de la parte superior de la torre (ax), indicativa de un movimiento vibratorio de la torre 12, se usa como entrada. En esta realización, la señal de aceleración de la parte superior de la torre (ax) es una señal de acelerómetro obtenida por un acelerómetro colocado adecuadamente para medir la aceleración del movimiento de la góndola 14 en una dirección relevante.
La señal de aceleración de la parte superior de la torre (ax) se puede usar como señal sin procesar; no obstante, típicamente la señal está procesada previamente, como se indica mediante “PP” en la figura. Tal procesamiento previo puede ser la aplicación de un filtro antisolapamiento para eliminar cualquier contenido de alta frecuencia que no sea necesario para un uso adicional. Otros filtros, incluyendo otros filtros de paso banda, se pueden aplicar durante el procesamiento previo.
La señal de aceleración de la parte superior de la torre (ax), o la versión procesada previamente de la señal, se procesa además mediante la aplicación de una serie de filtros. En la realización ilustrada, una señal de posición estimada (p), indicativa de una posición de la parte superior de la torre 12 en la dirección relevante se obtiene aplicando en serie una primera integración (F1) de la señal de aceleración para obtener una señal de velocidad estimada (v), y una segunda integración (F2) de la señal de velocidad estimada para obtener la señal de posición estimada (p). En este caso, la señal de velocidad estimada (v) es indicativa de una velocidad de la parte superior de la torre 12 durante el movimiento vibratorio de la torre 12. En general, se puede aplicar cualquier filtro adecuado que integre la señal de entrada. En una realización, la primera y segunda integraciones se pueden implementar como integradores con fugas. Los integradores con fugas se pueden implementar como filtros de paso bajo de 1° orden sintonizados con una frecuencia de corte por debajo de la 1a frecuencia de modo de proa a popa, la frecuencia que es la frecuencia del sistema que comprende la torre 12, el rotor 16, la góndola 14 y, opcionalmente, también una base.
La primera señal al actuador capaz de reducir la vibración de la góndola 14 en la dirección lateral se puede determinar como la señal de posición estimada (p) multiplicada por una primera ganancia (G1).
En una realización, la señal de velocidad indicativa de la velocidad de un movimiento de la parte superior de la torre 12 en la dirección relevante se puede obtener como la señal de velocidad estimada (v) que resulta después de la primera integración (F1).
La segunda señal se puede determinar como la señal de velocidad estimada (v) multiplicada por una segunda ganancia (G2).
En esta realización, la señal resultante es la suma de las señales primera (posición) y segunda (velocidad). Como se ha descrito, la invención se puede implementar en una realización usando solamente la primera señal. En tal realización, esto se puede obtener ajustando la segunda ganancia (G2) a cero.
En una realización adicional, también ilustrada en la Figura 11, la señal de posición se filtra en paso alto (HP) antes de determinar la primera señal.
La ganancia de ajuste se aplica a la primera señal (G1), y opcionalmente a la segunda señal (G2), con el fin de poder ajustar la primera señal, y opcionalmente la segunda señal, antes de aplicar las señales de paso (0a, 0b, 0c) a un actuador del aerogenerador 10 capaz de reducir la vibración lateral de la góndola 14. En una realización, las ganancias de ajuste (G1, G2) se pueden programar en ganancia incluyendo en la ganancia de ajuste un término de programación de ganancia que es dependiente de un punto operativo del aerogenerador 10. Por ejemplo, el término de ajuste de ganancia se puede multiplicar por un factor que aumenta con el aumento de la aceleración en la dirección lateral.
Se apreciará por los expertos en la técnica que la invención se ha descrito solamente a modo de ejemplo, y que se pueden adoptar una variedad de planteamientos alternativos sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método de control de un aerogenerador (10) que comprende una torre (12) que soporta un rotor (16) que comprende una pluralidad de palas de rotor de paso ajustable (18), el método que comprende:
obtener una señal de movimiento indicativa de un movimiento lateral de la torre;
determinar una señal de modulación de paso, en base a la señal de movimiento, para accionar una pala de rotor para producir una componente de fuerza horizontal (Fx) deseada para contrarrestar el movimiento lateral de la torre; caracterizado por que el método comprende además:
determinar una componente de fuerza radial (Fradial) que actúa sobre una pala de rotor;
determinar un parámetro de desplazamiento de fase para la pala de rotor en base a la componente de fuerza radial; y,
transformar la señal de modulación de paso en una señal de desplazamiento de referencia de paso (01, 02 , 03 ) para la pala de rotor en base al parámetro de desplazamiento de fase.
2. Un método según la reivindicación 1, en donde la componente de fuerza radial se determina en base a una desviación de la pala de rotor.
3. Un método según la reivindicación 2, en donde la desviación es en la dirección de aleta de la pala de rotor.
4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la componente de fuerza radial se determina en base a una distancia (Ay) que la pala de rotor se desvía de un eje longitudinal de la pala de rotor.
5. Un método según la reivindicación 4, en donde la distancia se extiende perpendicularmente desde el eje longitudinal (69) de la pala de rotor hasta la punta de la pala de rotor.
6. Un método según la reivindicación 4 o 5, en donde la distancia se determina en base al empuje que actúa sobre la pala de rotor.
7. Un método según la reivindicación 4 o 5, en donde la distancia se programa según una condición operativa del aerogenerador.
8. Un método según la reivindicación 4 o 5, en donde la distancia se determina en base al momento de flexión de la pala de rotor.
9. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde la componente de fuerza radial se determina en base a una integración de la fuerza de sustentación a lo largo de la pala de rotor.
10. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde la componente de fuerza horizontal es una componente de una fuerza resultante en base a una fuerza de borde (Fborde) que actúa sobre la pala de rotor y la componente de fuerza radial (Fradial).
11. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde el parámetro de desplazamiento de fase se determina en base a las componentes de fuerza en el plano adicionales.
12. Un método según cualquier reivindicación anterior, en donde el parámetro de desplazamiento de fase se determina en base a un ángulo de acimutal (y ) de la pala de rotor.
13. Un controlador de un sistema de control de aerogenerador que comprende un procesador (34) y un módulo de memoria (36), en donde el módulo de memoria comprende un conjunto de instrucciones de código de programa que, cuando se ejecutan por el procesador, implementan un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
14. Un aerogenerador (10) que comprende una torre (12) que soporta un rotor (16) que comprende una pluralidad de palas de rotor de paso ajustable (18) y el controlador de la reivindicación 13.
15. Un producto de programa informático descargable desde una red de comunicación y/o almacenado en un medio legible por máquina que comprende instrucciones de código de programa que, cuando el programa se ejecuta por un ordenador, hacen que el ordenador implemente un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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