ES2967587T3 - Método y controlador para operar un aerogenerador - Google Patents

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Abstract

El método según la invención para operar una turbina eólica, que comprende una torre (20-22) y un rotor dispuesto en la parte superior (20) de la torre y que tiene al menos una pala de rotor (30), que se puede ajustar aproximadamente un El eje de ajuste de palas (B), tiene un primer modo de funcionamiento (S10) en el que al menos una pala de rotor tiene una posición angular operativa alrededor del eje de ajuste de palas y una rotación del rotor dependiente de la fuerza del viento se convierte en energía eléctrica usando una unidad generadora (40, 41), cuya energía se entrega desde la turbina eólica a una red eléctrica (52) y/o se almacena, y un segundo modo de funcionamiento (S40) en el que al menos una pala de rotor se ajusta al menos 60° y/o máx. 110° alrededor del eje de fijación de las palas con respecto a la posición angular operativa hasta una posición angular de amortiguación, y se controla un contrapar de frenado del rotor basándose en una vibración de la torre. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método y controlador para operar un aerogenerador
La presente invención se refiere a un método y un controlador para operar un aerogenerador, un aerogenerador con el controlador y un producto de programa informático para llevar a cabo el método.
El documento DE 102015004393 A1 describe un método de funcionamiento de un aerogenerador en el que se detecta al menos una variable de proceso que representa la vibración de una torre del aerogenerador en la dirección transversal, se determina un factor de amplificación sobre la base de una intensidad de vibración que puede determinarse a partir de la al menos una variable de proceso, se determina una variable de ajuste sobre la base de este factor de amplificación y la al menos una variable de proceso, y se influye en un par de reacción, denominado momento de balanceo, de un tren de transmisión que comprende rotor, generador y, en su caso, caja de engranajes sobre la base de la variable de ajuste determinada.
Dado que el momento de balanceo se apoya en la cabeza de la torre, su influencia puede modificar una fuerza de apoyo que actúa sobre la cabeza de la torre y amortiguar en términos de tecnología de control una oscilación lateral de la torre en dirección transversal.
A partir del documento WO 2015/086023 A1 se conoce un método en el que se puede controlar el ángulo de ataque de cada pala del rotor cuando la torre de la instalación oscila en barrena en estado de generación de energía para generar una amortiguación activa con fuerzas aerodinámicas que contrarreste la oscilación de la torre.
A partir del documento WO 2015/074664 A1 se conocen métodos en los que la posición del ángulo de las palas del rotor se ajusta activamente para mantener una velocidad del generador en un valor que no es cero y que está por debajo del valor nominal en circunstancias de viento extremo o cargas de viento extremas si la velocidad del viento está por encima de la velocidad del viento de corte.
El objeto de la presente invención es mejorar un aerogenerador y su funcionamiento.
El objeto se consigue mediante un método con las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones 8 a 10 protegen un controlador o un producto de programa informático para llevar a cabo un método descrito en el presente documento o un aerogenerador con un controlador descrito en el presente documento. Las reivindicaciones dependientes se refieren a desarrollos posteriores ventajosos.
Según una realización de la presente invención, un aerogenerador presenta una torre y un rotor dispuesto en una cabeza de torre, en una realización de una góndola, con al menos una pala de rotor, que es ajustable alrededor de un eje de ajuste de pala.
En una realización, la torre está situada en una masa de agua; en un desarrollo posterior, más alejada de la costa(“ offshore” ).
En tales aerogeneradores, la presente invención puede utilizarse de forma especialmente ventajosa, pero sin limitarse a ello, en particular, debido a la excitación de vibración provocada por el agua, especialmente las cargas de las olas.
En una realización, el rotor o la cabeza de la torre, en particular, por tanto, la góndola, se ajusta en torno a un eje de seguimiento transversal a su eje de rotación en relación con un cuerpo de torre, en un desarrollo posterior con la ayuda de un accionamiento, en particular un accionamiento eléctrico y/o hidráulico, en particular, sigue una dirección del viento, o el aerogenerador se ajusta para ello o en consecuencia.
Adicionalmente o alternativamente, en una realización, el eje de rotación forma un ángulo de al menos 60 °, en particular, al menos 70 °, en una realización al menos 75 °, y/o como máximo 120 °, en particular, como máximo 110 °, en una realización como máximo 105 °, con la dirección de la gravedad, y es por ello, en una realización, al menos sustancialmente horizontal.
Adicionalmente o alternativamente, en una realización, el eje de seguimiento forma un ángulo de como máximo 30 °, en particular, como máximo 20 °, en una realización como máximo 10 °, con la dirección de la gravedad, y es por ello, en una realización, al menos sustancialmente vertical.
Adicionalmente o alternativamente, en una realización, el rotor presenta al menos dos y/o a lo sumo cinco, en un desarrollo posterior, exactamente tres palas de rotor, cada una de las cuales puede ser ajustada en torno a un eje de ajuste de pala, en una realización de forma individual, en otra realización conjuntamente o de forma síncrona, en una realización (en cada caso) con la ayuda de un accionamiento, en particular eléctrico y/o hidráulico. En otra realización, el rotor solo presenta (exactamente) una pala. Esto permite convertir la energía eólica en energía eléctrica de forma especialmente ventajosa, sobre todo en combinación con dos o más de estas características o realizaciones.
Según una realización de la presente invención, un método para operar el aerogenerador presenta un primer modo de funcionamiento en el que la pala del rotor o una o más, preferiblemente, todas las palas del rotor presentan (en cada caso) una, en una realización, la misma posición de ángulo de funcionamiento en torno al (respectivo) eje de ajuste de pala y una rotación inducida o provocada por el viento del rotor se convierte en energía o potencia eléctrica con la ayuda de un dispositivo generador, que es alimentada a y/o almacenada en una red eléctrica por parte del aerogenerador.
En una realización, el dispositivo generador presenta al menos un generador acoplado o que puede estar acoplado (rotacionalmente) al rotor y/o que está dispuesto en la cabeza de la torre, en particular, en la góndola. En una realización, el dispositivo generador comprende un sistema inversor a través del cual el par del generador puede ajustarse libremente dentro de amplios límites.
En un desarrollo posterior, el generador puede estar acoplado o está acoplado al rotor mediante al menos una caja de engranajes del dispositivo generador, la cual, en una realización, convierte una velocidad del rotor en una velocidad (más) alta.
Esto permite, en una realización, convertir la energía eólica en energía eléctrica de forma especialmente ventajosa.
Del mismo modo, el aerogenerador también puede presentar un dispositivo generador sin engranajes o convertir la rotación del rotor en energía eléctrica o potencia sin una caja de engranajes o estar preparado para ello.
Esto permite que el aerogenerador presente menos piezas giratorias (rápidas) y, por tanto, menos desgaste.
En una realización, el primer modo de funcionamiento es un modo de carga parcial, que en una realización se lleva a cabo a velocidades del viento en el rango de aproximadamente 4 a aproximadamente 12 m/s o por encima de una velocidad de conexión y por debajo de una velocidad (del viento) nominal.
Por consiguiente, en una realización, la pala del rotor (respectiva) presenta, en la posición o su posición de ángulo de funcionamiento, un ángulo denominado de paso o de ajuste de pala de, al menos sustancialmente, 0 ° con respecto a su eje de ajuste de pala, en particular, un ángulo de paso fino o ángulo de paso de pala óptimo en el coeficiente de velocidad óptimo del rotor, que es igual al cociente del producto de la velocidad del rotor y la longitud de la pala del rotor desde el eje de rotación hasta la punta de la pala dividido por la velocidad del viento, donde el ángulo de paso de pala óptimo y el coeficiente de velocidad óptimo se definen cada uno por la o en la potencia máxima del rotor a una velocidad del viento dada, es decir, el coeficiente de potencia máxima.
Según una realización de la presente invención, se prevé ahora (al menos) un segundo modo de funcionamiento, en el que la pala del rotor, o una o más, preferiblemente, todas las palas de rotor del rotor (en cada caso) está(n) ajustada(s) o girada(s) o se ajusta(n) o gira(n) con respecto a la posición de ángulo de funcionamiento al menos 60 °, en particular, al menos 70 °, en una realización, al menos 80 ° y/o como máximo 110 °, en particular, como máximo 100 °, en una realización, como máximo 95 °, de forma particularmente preferiblemente, al menos 84 ° y/o como máximo 94 °, alrededor del (respectivo) eje de ajuste de pala en una posición de ángulo de amortiguación, en una realización, la misma, y un contrapar de frenado del rotor, en particular, en un tren de transmisión que comprende el rotor y el dispositivo de transmisión, se regula, en particular se modula, sobre la base de o en función de una vibración de la torre, en particular, para reducir esta oscilación o de tal manera o con la condición de reducir esta oscilación de la torre.
Como se ha explicado inicialmente con referencia al documento DE 102015004393 A1, un par inducido por el viento en el rotor (“ par aerodinámico” o “ par del rotor” ) y un contrapar que actúa contra él o frena el rotor provocan una fuerza de sustentación en la cabeza de la torre, de modo que controlando el contrapar y, por tanto, la fuerza de sustentación, se puede reducir o amortiguar una oscilación de la torre en términos de tecnología de control. También se hace referencia a la publicación DE 102015004393 A1, en particular, la estructura del controlador y la implementación de la tecnología de control descritas en dicho documento.
Así, una realización de la presente invención se basa en la idea de lleva a cabo el control de amortiguación de vibraciones en un modo de funcionamiento en el que la(s) pala(s) del rotor está(n) en una posición aproximada de bandera, en la que el rotor convierte un flujo de viento paralelo a su eje de rotación en una velocidad mínima.
Una tal posición de bandera suele ajustarse con velocidades del viento inferiores a la velocidad de conexión, que suele ser de 4 m/s, y/o a velocidades del viento superiores a la velocidad de desconexión, que suele ser de 25 m/s. Así, en una realización, la posición de bandera de una pala de rotor, en la que el rotor convierte un flujo de viento paralelo a su eje de rotación en un par mínimo, se gira al menos 80 ° y/o como máximo 100 °, preferiblemente, 90 ° con respecto a la posición del ángulo de funcionamiento de la pala de rotor, que también puede definirse así en una realización. En una realización, en el segundo modo de funcionamiento, la pala o palas del rotor se ajusta(n) o gira(n) o está(n) ajustada(s) o girada(s) (respectivamente) desde la o su posición del ángulo de funcionamiento en la dirección de la o su posición de bandera hasta la o su posición del ángulo de amortiguación. En otras palabras, en una realización, en el segundo modo de funcionamiento, el borde de ataque (aguas arriba o con flujo de viento) de la pala del rotor (respectiva) se gira o está girado desde la posición del ángulo de funcionamiento hacia el flujo (de viento).
Así, según una realización de la presente invención, una vibración de la torre puede (también) reducirse o amortiguarse ventajosamente en términos de tecnología de control a velocidades del viento por debajo de la velocidad del viento de conexión, es decir, en particular, cuando el rotor está parado o en barrena, y/o por encima de la velocidad de desconexión, en la que la pala o palas del rotor están aproximadamente en la posición de bandera.
Por consiguiente, en una realización, se cambia del primer al segundo modo de funcionamiento si una velocidad del viento supera una velocidad de desconexión (del viento) del aerogenerador, en particular, una velocidad predeterminada que puede establecerse en una realización, o si esto se detecta, en particular se detecta o predice mediante sensores. En una realización, la velocidad de desconexión (del viento) es de al menos 20 m/s, en particular, de al menos 23 m/s, y/o de a lo sumo 35 m/s, en particular de a lo sumo 27 m/s. En una realización, el funcionamiento a plena carga o la alimentación a la red o la salida de energía eléctrica a la red eléctrica se interrumpe si una velocidad del viento supera la velocidad de desconexión (del viento) o si se detecta, en particular se detecta o predice mediante sensores; en particular, la velocidad de desconexión (del viento) puede definirse de tal manera, que el funcionamiento a plena carga o la alimentación a la red se interrumpa a esta velocidad.
Adicional o alternativamente, en una realización, se cambia del primer al segundo modo de funcionamiento si se detecta un fallo, en particular, un fallo (pre)determinado.
En una realización, el fallo ((pre)determinado) puede ser una avería del aerogenerador, en particular un mal funcionamiento en el ajuste de las palas del rotor, una superación de una temperatura de funcionamiento admisible en un componente o un fluido del aerogenerador u otra avería del aerogenerador que no permita su funcionamiento regular (de producción), o bien puede detectarse un fallo ((pre)determinado) si se detecta dicha avería.
Adicional o alternativamente, en una realización, el fallo ((pre)determinado) puede ser una avería en una o en la red eléctrica a la que el aerogenerador suministra energía eléctrica, o puede detectarse un fallo ((pre)determinado) si se detecta dicha avería. En este contexto, el término avería incluye, en particular, una desconexión debido a capacidades limitadas de alimentación a la red.
Adicional o alternativamente, en una realización, el fallo ((pre)determinado) puede ser una avería en un dispositivo de almacenamiento en el que el aerogenerador almacena energía eléctrica, o puede detectarse un fallo ((pre)determinado) si se detecta dicha avería.
Así pues, una realización de la presente invención se basa en la idea de realizar una amortiguación de las vibraciones en términos de tecnología de control en caso de avería, donde la(s) pala(s) del rotor presentan una posición aproximada de bandera, de modo que se minimiza (aún más) el riesgo de daños.
En una realización, el contrapar de frenado del rotor se controla con la ayuda del dispositivo generador, en un desarrollo posterior en el que el contrapar de frenado se controla de tal manera o con la condición de o se modula, en particular en amplitud, fase y/o frecuencia, que una fuerza de apoyo aplicada en la cabeza de la torre por el contrapar contrarresta o reduce o amortigua la vibración que se debe reducir o amortiguar, en una realización como se ha explicado anteriormente con referencia al documento DE 102015 004393 A1. En un ejemplo muy sencillo, el contrapar se puede controlar con ayuda del dispositivo generador en caso de una oscilación (detectada) de la torre en una dirección de tal manera, que la fuerza de apoyo así aplicada a la cabeza de la torre actúe en la dirección opuesta, por lo que la cantidad de la fuerza de apoyo o del contrapar puede depender en consecuencia de la oscilación, en particular, de su amplitud y/o frecuencia de oscilación, por ejemplo, de una aceleración de la cabeza de la torre o similar.
Adicional o alternativamente, el contrapar de frenado del rotor se controla en una realización sobre la base de (una señal de) al menos un sensor de vibración que, en un desarrollo posterior, mide aceleraciones o se destina o se utiliza para este propósito y/o está dispuesto entre un 25 % y un 70 %, en particular, entre un 35 % y un 65 %, en una realización, entre un 40 % y un 60 %, o entre un 70 % y un 100 % de una altura de la torre entre los cimientos y la parte superior de la torre y/o en o debajo de una góndola de la torre que soporta el rotor.
En términos simplificados, la torre puede considerarse como una viga en voladizo o una viga de flexión sujeta unilateralmente con una masa final en forma de cabeza de torre, en particular, por tanto la góndola, cuyo primer modo (de flexión) tiene su flexión máxima en la cabeza de torre y cuyo segundo modo (de flexión) tiene su flexión máxima en la zona del centro de la torre.
Por consiguiente, en una realización, las vibraciones, en particular, de un primer o segundo modo (de flexión) o una vibración lateral de la torre transversal al eje de rotación del rotor pueden detectarse de forma particularmente ventajosa con la ayuda de dichos sensores de vibración y, por tanto, reducirse o amortiguarse en términos de tecnología de control.
En general, la vibración de la torre, que se reduce o amortigua mediante la tecnología de control o sobre cuya base o para cuya reducción o amortiguación se controla el contrapar, en una realización modulada en amplitud, fase y/o frecuencia, es una vibración lateral de la torre, en particular, de una primera o segunda forma intrínseca de la torre y/o transversal a un eje de rotación del rotor y/o eje de seguimiento de la cabeza de la torre.
Tales vibraciones pueden ser particularmente reducidas o amortiguadas de forma ventajosa por la presente invención, sin que la invención se limite a ello.
En una realización, el contrapar de frenado del rotor se controla para mantener una dirección de un par (resultante o total) que acciona el rotor o de tal manera o con la condición de que una dirección de rotación o un sentido de rotación de un par (resultante o total) que acciona el rotor o que actúa sobre el rotor no cambie como resultado del control, en particular, un par resultante o par de torsión que actúa en el tren de transmisión que comprende el rotor y el dispositivo generador no cambie de signo. En una realización, la amplitud de la modulación del par o del contrapar es inferior al par actual y/o medio aplicado o que actúa sobre el rotor, en particular, en más del 10 %, en una realización en más del 15 % menos, o el contrapar que frena el rotor se controla de esta manera con la ayuda del dispositivo generador. En un ejemplo muy sencillo, el contrapar también puede reducirse cuando se reduce el par aerodinámico o del rotor inducido o condicionado por el viento, a fin de mantener la dirección del par total en términos de técnica de control que actúa sobre el rotor o lo impulsa, o el par de rotación o torsión resultante que actúa en el tren de transmisión que comprende el rotor y el dispositivo generador.
En una realización, esto puede reducir favorablemente o evitar el traqueteo y/o martilleo de los engranajes.
En una realización, en el primer modo de funcionamiento también se controla el contrapar de frenado del rotor en función de una o de las vibraciones de la torre, con lo que aquí también se pueden reducir ventajosamente las cargas debidas a las vibraciones de la torre, en particular en el funcionamiento a carga parcial o total del aerogenerador.
En una realización, en el segundo modo de funcionamiento, una rotación del rotor inducida por el viento se convierte en potencia eléctrica con la ayuda del dispositivo generador, que se utiliza para ajustar la pala o palas del rotor alrededor del (respectivo) eje de ajuste de pala y/o para alimentar cargas, en una realización resistencias de calefacción y/o unidades auxiliares, del aerogenerador y/o se alimenta a la red eléctrica por el aerogenerador y/o se almacena, en particular en que el contrapar de frenado del rotor es al menos parcialmente aplicado o inducido por el dispositivo generador o la generación de potencia eléctrica.
En una realización ventajosa, utilizando la potencia eléctrica generada, en particular, durante o mediante o para controlar el contrapar, al menos parcialmente para ajustar la pala o palas del rotor, se puede aproximar de nuevo a la posición del ángulo de amortiguación o a la posición del ángulo de funcionamiento. Adicional o alternativamente, en una realización, la posición del ángulo de amortiguación puede adaptarse a cualquier cambio significativo en la velocidad del viento.
En una realización, la energía eólica también puede aprovecharse ventajosamente en posición sustancialmente de bandera al alimentar a la red eléctrica o almacenar al menos una parte de la potencia eléctrica generada. Del mismo modo, como se ha explicado anteriormente, en una realización en el segundo modo de funcionamiento, la alimentación a red también puede terminarse u omitirse.
Utilizando la potencia eléctrica generada, al menos en parte, para abastecer a las cargas del aerogenerador, en una realización se puede abastecer ventajosamente a las cargas y/o controlar ventajosamente el contrapar.
En una realización, esta potencia suministrada o almacenada en el segundo modo de funcionamiento asciende a un máximo del 2 %, en una realización, a un máximo del 1 %, de una potencia nominal del aerogenerador. Adicional o alternativamente, en una realización en el segundo modo de funcionamiento, una velocidad de rotación del rotor es como máximo del 20 %, en una realización, como máximo del 10 %, de una velocidad de rotación nominal del aerogenerador.
Así, una realización de la presente invención se basa en la idea de llevar a cabo la amortiguación de las vibraciones en términos de tecnología de control incluso en condiciones de viento o de funcionamiento, en las que la pala o palas del rotor se encuentran aproximadamente en posición de bandera, de modo que, en particular, se minimiza (aún más) el riesgo de daños.
En una realización, el rotor o la cabeza de la torre, en particular, por lo tanto la góndola, se ajusta o gira alrededor del eje de seguimiento en el primer modo de funcionamiento y/o en el segundo modo de funcionamiento en función de una dirección del viento, en particular, en relación con el cuerpo de la torre y/o de tal manera que el eje de rotación del rotor, en particular, orientado desde el rotor hacia el dispositivo generador o la góndola forme un ángulo con la dirección del viento que sea como máximo de 45 °, en particular, como máximo de 30 °, en una realización, como máximo de 15 °, en particular, por lo tanto, al menos sustancialmente, paralelo a la dirección del viento. En otras palabras, en una realización, el rotor o la cabeza de la torre, en particular, por tanto la góndola, se gira hacia el viento o sigue su dirección en el segundo modo de funcionamiento.
En una realización, el accionamiento para ajustar el rotor o la cabeza de la torre, en particular, la góndola, en torno al eje de seguimiento en el segundo modo de funcionamiento se alimenta o funciona con energía eléctrica, que se genera con la ayuda del dispositivo generador para o al controlar el contrapar.
Según una realización de la presente invención, un controlador o el controlador para el, en particular, del aerogenerador está configurado con tecnología de hardware y/o software, en particular, tecnología de programas, para llevar a cabo un método descrito en el presente documento y/o cuenta con:
- un primer modo de funcionamiento o medios para llevar a cabo un primer modo de funcionamiento u operar el aerogenerador en un primer modo de funcionamiento, en el que la al menos una pala del rotor presenta una posición de ángulo de funcionamiento en torno al eje de ajuste de pala y una rotación del rotor inducida por el viento se convierte en potencia eléctrica mediante un dispositivo (40, 41) generador, que es alimentada a y/o almacenada por parte del aerogenerador en una red eléctrica (52) y
- un segundo modo de funcionamiento o medios para llevar a cabo un segundo modo de funcionamiento o para operar el aerogenerador en un segundo modo de funcionamiento, en el que la al menos una pala del rotor se desplaza al menos 60 ° y/o como máximo 110 ° en torno al eje de ajuste de pala hasta una posición de ángulo de amortiguación con respecto a la posición de ángulo de funcionamiento y se controla un contrapar de frenado del rotor con ayuda del dispositivo generador sobre la base de una vibración de la torre
En una realización, el controlador o su(s) medios presentan:
- Medios para pasar del primer al segundo modo de funcionamiento si una velocidad del viento supera una velocidad de desconexión y/o si se detecta un fallo; y/o
- Medios para controlar el contrapar de frenado del rotor en función de al menos un sensor (11) de vibración, dispuesto en particular entre el 25 % y el 70 % o entre el 70 % y el 100 % de una altura de torre y/o en o bajo una góndola de la torre que soporta el rotor, y/o una vibración lateral de la torre, en particular, una primera o segunda forma intrínseca de la torre y/o transversal a un eje (R) de rotación del rotor, y/o para mantener una dirección de un par que acciona el rotor y/o también en el primer modo de funcionamiento en función de una vibración de la torre; y/o
- Medios para convertir una rotación del rotor inducida por el viento en el segundo modo de funcionamiento en potencia eléctrica con ayuda del dispositivo generador y medios para utilizar esta potencia eléctrica para ajustar al menos una pala del rotor alrededor del eje de ajuste de pala y/o para alimentar cargas del aerogenerador y/o para suministrar esta potencia eléctrica del aerogenerador a la red eléctrica y/o almacenar esta potencia eléctrica; y/o
- Medios para ajustar el rotor en el primer y/o segundo modo de funcionamiento en función de la dirección del viento alrededor de un eje de seguimiento transversal a su eje de rotación.
Un medio en el sentido de la presente invención puede estar diseñado en términos de hardware y/o software, en particular, presentar una unidad de procesamiento, en particular, una unidad de microprocesador, en particular, al menos una CPU, y/o uno o más programas o módulos de programa, en particular, digital, preferiblemente conectada a una memoria y/o sistema de bus en términos de datos o señales. La unidad de procesamiento puede estar diseñada para procesar comandos que se implementan como un programa almacenado en un sistema de memoria, adquirir señales de entrada de un bus de datos y/o emitir señales de salida a un bus de datos. Un sistema de almacenamiento puede presentar uno o más, en particular, diferentes, medios de almacenamiento, en particular, medios ópticos, magnéticos, de estado sólido y/u otros medios no volátiles. El programa puede ser tal que incorpore o sea capaz de ejecutar los métodos aquí descritos, de modo que la unidad de procesamiento pueda ejecutar las etapas de dichos métodos y así, en particular, controlar u operar el aerogenerador. En una realización, un producto de programa informático puede comprender, en particular, ser un medio de almacenamiento no volátil para almacenar un programa o tener un programa almacenado en el mismo, en particular, en el que la ejecución de dicho programa hace que un sistema o un controlador, en particular, un ordenador ejecute un método descrito en el presente documento o una o más etapas del mismo.
En una realización, una o más, en particular todas las etapas del método se llevan a cabo de forma total o parcialmente automática, en particular, por parte del controlador o su(s) medios.
Otras ventajas y características se desprenden de las reivindicaciones dependientes y de las realizaciones ilustrativas. Las figuras muestran, de forma parcialmente esquematizada:
Fig. 1: un aerogenerador con un controlador para operar el aerogenerador según una realización de la presente invención; y
Fig. 2: un método para operar el aerogenerador según una realización de la presente invención.
La Figura 1 muestra un aerogenerador con un controlador 10 para operar el aerogenerador según una realización de la presente invención con una torre que tiene una cabeza de torre en forma de góndola 20 y un cuerpo 21 de torre en el que la góndola 20 puede girar alrededor de un eje N de seguimiento vertical mediante un accionamiento 22 y, de este modo, puede seguirse en una dirección de viento, tal como se indica en la Figura 1 mediante una flecha de ajuste. Para ello, el controlador 10 controla el accionamiento 22, como se indica mediante una flecha de control en la Fig. 1.
En una realización ilustrativa, la torre (cuerpo 21) está en el mar, como indica una superficie W de agua.
Un rotor con palas 30 del rotor está montado en la góndola 20 de modo que pueda girar alrededor de un eje R de rotación, como se indica mediante una flecha de rotación en la Fig. 1.
Las palas 30 del rotor pueden girar cada una alrededor de su eje B de ajuste de pala, tal como indican las flechas de ajuste en la Fig. 1. Para ello, el controlador 10 controla un accionamiento de ajuste de las palas, tal como se indica mediante una flecha de control en la Fig. 1.
El rotor está acoplado a un generador 41 de una unidad generadora a través de una caja de engranajes 40.
El controlador 10 controla un contrapar de frenado del rotor, que el generador 41 aplica durante o al convertir una rotación del rotor en energía eléctrica, que se suministra a las cargas 50 y/o al almacenamiento 51 y/o a una red eléctrica 52.
En un método mostrado en la Figura 2 para el funcionamiento del aerogenerador según una realización de la presente invención, en una etapa S10 o primer modo de funcionamiento en forma de funcionamiento de carga parcial, las palas del rotor están ajustadas o se ajustan a un ángulo de paso de aproximadamente 0 ° y una rotación del rotor inducida por el viento se convierte en potencia eléctrica con ayuda del dispositivo 40, 41 generador, que es alimentada por parte del aerogenerador a la red 52 eléctrica. En funcionamiento a plena carga, las palas del rotor funcionan con un ángulo de paso variable entre 0 ° y 45 °.
Si se detecta una avería del aerogenerador o de la red 52 eléctrica o una velocidad del viento superior a una velocidad (del viento) de desconexión especificada (S20: “Y” ), el controlador 10 pasa a un segundo modo de funcionamiento. Para ello, las palas del rotor se giran aproximadamente entre 84 ° y 94 ° alrededor de sus ejes de ajuste en la dirección de la posición de bandera, es decir, sus bordes de ataque (a la izquierda en la Fig. 1) se giran hacia el flujo (del viento) (Fig. 2: S30). En caso contrario (S20: “ N” ), el primer modo de funcionamiento se mantiene o se cambia a otro modo de funcionamiento (no mostrado).
En una etapa S40 o segundo modo de funcionamiento, el contrapar aplicado por el dispositivo generador durante o mediante la generación de energía eléctrica se controla o modula de tal manera, que se reduce una oscilación lateral de la torre transversal al eje R de rotación y al eje N de seguimiento (perpendicular al plano de las palas de la Fig. 1).
Para ello, un sensor 11 de aceleración detecta una aceleración lateral de la cabeza 20 de la torre y transmite una señal correspondiente al controlador 10, como se indica mediante una flecha en la Fig. 1.
Sobre esta base se determina una variable de salida que puede, por ejemplo, ser proporcional a la aceleración lateral, que en una realización está limitada por banda, donde el factor de proporcionalidad puede depender, a su vez, de la cantidad de aceleración lateral, que en una realización está limitada por rampa de forma asimétrica y/o suavizada, y en una realización es lineal o no lineal y/o está limitada por un límite superior y/o inferior. La variable de salida, desfasada en 90 ° y eventualmente armonizada, forma una variable de ajuste que se utiliza para controlar el contrapar aplicado por el dispositivo generador durante o como resultado de la generación de energía eléctrica, por ejemplo, formando un par nominal del generador o superponiéndose a un valor medio deseado de par nominal del generador.
El contrapar se controla de tal manera que un par de torsión en el tren de transmisión que comprende el rotor y el dispositivo 40, 41 generador no cambie de signo para evitar el traqueteo en la caja de engranajes 40.
Mientras se detecte una avería del aerogenerador o de la red 52 eléctrica o una velocidad del viento superior a una velocidad (del viento) de desconexión especificada (S50: “Y” ), se continúa con la etapa S40 o con el segundo modo de funcionamiento; de lo contrario (S50: “ N” ), el método o el controlador 10 o el aerogenerador vuelve a la etapa S10 o al primer modo de funcionamiento.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Método para operar un aerogenerador que presenta una torre (20-22) y un rotor que está dispuesto en la cabeza (20) de la torre con al menos una pala (30) de rotor que puede ajustarse alrededor de un eje (B) de ajuste de pala, donde:
    -en un primer modo (S10) de funcionamiento, la al menos una pala del rotor presenta una posición de ángulo de funcionamiento en torno al eje de ajuste de pala y una rotación del rotor inducida por el viento se convierte en potencia eléctrica mediante un dispositivo (40, 41) generador, que es alimentada a una red (52) eléctrica por el aerogenerador y/o almacenada; y
    -en un segundo modo (S40) de funcionamiento, la al menos una pala del rotor se ajusta en al menos 60 ° y/o como máximo 110 ° en torno al eje de ajuste de pala con respecto a la posición del ángulo de funcionamiento en una posición de ángulo de amortiguación y se controla un contrapar de frenado del rotor con ayuda del dispositivo generador sobre la base de una oscilación de la torre.
  2. 2. Método según la reivindicación 1,caracterizado por quese pasa del primer al segundo modo de funcionamiento, si la velocidad del viento supera la velocidad de desconexión y/o si se detecta un fallo.
  3. 3. Método según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel contrapar de frenado del rotor se regula a partir de al menos un sensor (11) de vibraciones, dispuesto en particular entre el 25 % y el 70 % o entre el 70 % y el 100 % de una altura de torre y/o en o bajo una góndola de la torre que soporta el rotor, y/o una vibración lateral de la torre, en particular una primera o una segunda forma intrínseca de la torre y/o transversal a un eje (R) de rotación del rotor, y/o para mantener una dirección de un par que acciona el rotor y/o también en el primer modo de funcionamiento sobre la base de una vibración de la torre.
  4. 4. Método según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por que, en el segundo modo de funcionamiento, una rotación del rotor inducida por el viento se convierte en energía eléctrica con ayuda del dispositivo generador, y dicha potencia eléctrica se utiliza para ajustar la al menos una pala del rotor alrededor del eje de ajuste de pala y/o para alimentar cargas (50) del aerogenerador y/o es alimentada y/o almacenada por el aerogenerador a la red eléctrica, donde dicha potencia alimentada o almacenada es como máximo el 2 % de una potencia nominal del aerogenerador,y/o por que, en el segundo modo de funcionamiento, una velocidad de rotación del rotor es como máximo el 20 % de una velocidad de rotación nominal del aerogenerador.
  5. 5. Método según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela torre está dispuesta en una masa de agua y/o el dispositivo generador presenta una caja de engranajes (40) y/o el rotor presenta al menos dos palas (30) de rotor, cada una de las cuales es ajustable alrededor de un eje (B) de ajuste de pala, en el primer modo de funcionamiento presentan una, en particular la misma, posición de ángulo de funcionamiento alrededor de su eje de ajuste de pala y en el segundo modo de funcionamiento se ajustan cada una al menos 60 ° y/o como máximo 110 ° alrededor del eje de ajuste de pala con respecto a la posición de ángulo de funcionamiento en una, en particular la misma, posición de ángulo de amortiguación.
  6. 6. Método según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela al menos una pala de rotor puede ajustarse desde la posición de ángulo de funcionamiento en al menos 80 ° y/o como máximo 100 ° alrededor del eje de ajuste de pala hasta una posición de bandera en la que el rotor convierte un flujo de viento paralelo a su eje de rotación en una velocidad de rotación mínima.
  7. 7. Método según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel rotor se ajusta en el primer y/o segundo modo de funcionamiento en función de una dirección del viento alrededor de un eje (N) de seguimiento transversal a su eje de rotación.
  8. 8. Controlador (10) para un aerogenerador, donde el aerogenerador presenta una torre (20-22) y un rotor dispuesto en la cabeza (20) de la torre con al menos una pala (30) de rotor que puede ajustarse alrededor de un eje (B) de ajuste de pala, donde el controlador está configurado para llevar a cabo un método según una de las reivindicaciones anteriores y/o presenta:
    -un primer modo de funcionamiento, en el que la al menos una pala del rotor presenta una posición de ángulo de funcionamiento alrededor del eje de ajuste de pala y una rotación del rotor inducida por la fuerza del viento se convierte en potencia eléctrica mediante un dispositivo (40, 41) generador, que es alimentada por el aerogenerador a una red (52) eléctrica y/o almacenada; y -un segundo modo de funcionamiento, en el que la al menos una pala del rotor se desplaza al menos 60 ° y/o como máximo 110 ° en torno al eje de ajuste de pala con respecto a la posición de ángulo de funcionamiento hasta una posición de ángulo de amortiguación ycaracterizado por quese controla un contrapar de frenado del rotor con ayuda del dispositivo generador sobre la base de una oscilación de la torre.
  9. 9.Aerogenerador con una torre (20, 21), un rotor dispuesto en la cabeza de la torre, en particular, una góndola (20), con al menos una pala (30) de rotor, que puede ajustarse alrededor de un eje (B) de ajuste de pala y un controlador (10) según la reivindicación anterior.
  10. 10. Producto de programa informático con un código de programa almacenado en un medio legible por ordenador para llevar a cabo un método según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 7.
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