ITBA20120041A1 - AIRBRUSHER OPTIMIZED FOR THE PRODUCTION OF ENERGY IN THE PRESENCE OF TURBULENT AND LOW NOMINAL SPEED FLOWS - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo "aerogeneratore ottimizzato per la produzione di energia in presenza di flussi turbolenti ed a bassa velocità nominale". Description of the industrial invention entitled "Wind turbine optimized for the production of energy in the presence of turbulent flows and at low nominal speed".
Forma oggetto del presente trovato un aerogeneratore dotato di alcuni accorgimenti per ottimizzare la produzione di energia da fonte eolica principalmente in presenza di venti di moderata intensità e turbolenza non trascurabile. The present invention relates to a wind turbine equipped with some expedients for optimizing the production of energy from a wind source mainly in the presence of winds of moderate intensity and non-negligible turbulence.
Sono noti allo stato della tecnica aerogeneratori di svariate tipologie e dimensioni, che vengono utilizzati per la produzione di energia elettrica sfruttando la risorsa eolica. Uno dei limiti connessi all'utilizzo degli aerogeneratori noti allo stato dell'arte è la difficoltà di sfruttare venti di bassa velocità e con rapidi cambi di direzione. In presenza di turbolenza infatti la direzione del vento cambia in maniera molto rapida, costringendo i sistemi di controllo dell'aerogeneratore ad interventi continui sull'angolo di imbardata dell'aerogeneratore. Ciò è causa di perdita di produzione di energia, dal momento che spesso l'aerogeneratore si trova orientato non verso la direzione principale del vento ma verso una direzione che il flusso di aria ha assunto solo localmente e per un periodo di tempo troppo breve per essere significativo dal punto di vista energetico. In the state of the art, wind turbines of various types and sizes are known, which are used for the production of electricity by exploiting the wind resource. One of the limitations connected with the use of known state-of-the-art wind turbines is the difficulty of exploiting low-speed winds with rapid changes of direction. In fact, in the presence of turbulence the wind direction changes very rapidly, forcing the control systems of the wind turbine to continuously intervene on the yaw angle of the wind turbine. This causes loss of energy production, since often the wind turbine is oriented not towards the main wind direction but towards a direction that the air flow has assumed only locally and for a period of time too short to be significant from an energy point of view.
Per ovviare a questo inconveniente sono noti allo stato della tecnica una serie di sistemi di controllo dell'angolo di imbardata, che vengono per lo più adottati su macchine di grosse dimensioni, indicativamente oltre i 200kW. To obviate this drawback, a series of yaw angle control systems are known in the state of the art, which are mostly adopted on large machines, indicatively over 200kW.
Scopo del trovato oggetto della presente invenzione è fornire un aerogeneratore dotato di un sistema di controllo dell'imbardata e di controllo del passo delle pale (Pitch control) che superi gli inconvenienti legati allo sfruttamento di flussi turbolenti ed a bassa velocità, pur rimanendo di semplice concezione e realizzazione. In questa maniera il trovato oggetto della presente invenzione è economicamente sfruttabile anche in associazione ad aerogeneratori di piccole dimensioni. Secondo un altro scopo il trovato oggetto della presente invenzione intende fornire un aerogeneratore dotato di opportuni accorgimenti e migliorie rispetto a quanto noto allo stato della tecnica. The purpose of the invention object of the present invention is to provide a wind turbine equipped with a yaw control and blade pitch control system (Pitch control) which overcomes the drawbacks linked to the exploitation of turbulent and low speed flows, while remaining simple conception and realization. In this way, the invention object of the present invention can be economically exploited also in association with small-sized wind turbines. According to another object, the invention object of the present invention intends to provide a wind generator equipped with suitable expedients and improvements with respect to what is known in the state of the art.
Il trovato oggetto della presente invenzione realizza gli scopi prefissati in quanto trattasi di dispositivo di controllo dell'angolo di imbardata di un aerogeneratore comprendente un motore elettrico; almeno un riduttore di giri per la trasmissione del moto di imbardata alla navicella dell'aerogeneratore; mezzi per la rilevazione della direzione del vento, della posizione angolare della navicella e del numero di giri che la navicella ha compiuto rispetto ad una data posizione di riferimento; mezzi di calcolo e controllo configurati per acquisire la direzione del vento da detti mezzi per la rilevazione della velocità del vento e per comandare detto motore elettrico The invention, object of the present invention, achieves the intended purposes as it is a device for controlling the yaw angle of a wind turbine comprising an electric motor; at least one speed reducer for transmitting the yaw motion to the wind turbine nacelle; means for detecting the wind direction, the angular position of the nacelle and the number of revolutions that the nacelle has made with respect to a given reference position; calculation and control means configured to acquire the wind direction from said wind speed detection means and to control said electric motor
Questi ed altri vantaggi saranno evidenti dalla descrizione dettagliata del trovato, che farà riferimento alle figura da 1 a 3 allegate. These and other advantages will be evident from the detailed description of the invention, which will refer to the attached figures 1 to 3.
In figura 1 è mostrata una vista di assieme della componentistica interna alla navicella dell'aerogeneratore secondo la presente invenzione; Figure 1 shows an overall view of the components inside the nacelle of the wind turbine according to the present invention;
In figura 2 è mostrata una vista di dettaglio di un modo di realizzazione preferenziale del meccanismo di controllo dell'angolo di imbardata secondo la presente invenzione; Figure 2 shows a detail view of a preferred embodiment of the yaw angle control mechanism according to the present invention;
In figura 3 è mostrata una vista di dettaglio di un modo di realizzazione preferenziale del meccanismo di controllo del passo secondo la presente invenzione. Figure 3 shows a detail view of a preferential embodiment of the pitch control mechanism according to the present invention.
Come mostrato nelle figure allegate, formano oggetto della presente invenzione una serie di sistemi di controllo che regolano l'angolo di imbardata ed il passo delle pale in funzione della velocità e direzione del vento. As shown in the attached figures, the subject of the present invention is a series of control systems which regulate the yaw angle and the pitch of the blades as a function of the speed and direction of the wind.
L'orientamento del rotore dell'aerogeneratore rispetto alla direzione prevalente del vento (controllo di imbardata) è determinato da un sistema elettromeccanico di movimento e da un controllo elettronico dell'imbardata. The orientation of the wind turbine rotor with respect to the prevailing wind direction (yaw control) is determined by an electromechanical movement system and by an electronic yaw control.
Il dispositivo di controllo dell'imbardata secondo la presente invenzione comprende un motore elettrico (10) che per mezzo di due riduttori trasmette il moto di imbardata alla navicella. In particolare può convenientemente essere utilizzato un sistema che prevede l'utilizzo di un primo riduttore (50) del tipo vite senza fine - ruota dentata, opportunamente calettato sul motore e sul secondo riduttore, ed un secondo riduttore (30) del tipo vite senza fine - ruota elicoidale su ralla, fissato dal lato della ralla (20) al basamento della navicella. The yaw control device according to the present invention comprises an electric motor (10) which by means of two reducers transmits the yaw motion to the nacelle. In particular, a system can be conveniently used which provides for the use of a first reducer (50) of the worm screw - toothed wheel type, suitably keyed on the motor and on the second reducer, and a second reducer (30) of the worm screw type. - helical wheel on fifth wheel, fixed on the side of the fifth wheel (20) to the base of the nacelle.
Nell'ipotesi di adottare rapporti di riduzione di circa 1:90 ed 1:85 per i due riduttori, e di utilizzare un motore elettrico che ruoti alla rotazione di 3000 rpm, si ottiene un moto di rivoluzione per la navicella (moto di imbardata) ad una velocità di circa 0,4 rpm. In the hypothesis of adopting reduction ratios of about 1:90 and 1:85 for the two gearboxes, and of using an electric motor that rotates at the rotation of 3000 rpm, a revolution motion is obtained for the nacelle (yaw motion) at a speed of about 0.4 rpm.
Il movimento di imbardata è controllato da un sistema elettronico in cui mezzi di calcolo (a titolo di esempio un microprocessore o un PC) determinano l'angolo di puntamento attraverso opportune elaborazioni di segnali provenienti da sensori che determinano la direzione del vento (banderuola), la posizione angolare del rotore rispetto alla direzione prevalente del vento ed il numero di giri (40) che la navicella ha compiuto su se stesso. In particolare il sensore che rileva la posizione angolare dell'aerogeneratore invia i segnali al processore al fine di evitare problemi di arrotolamento dei cavi di trasmissione del segnale e dei cavi di potenza all'interno della torre che sostiene il rotore. The yaw movement is controlled by an electronic system in which calculation means (for example a microprocessor or a PC) determine the pointing angle through suitable processing of signals from sensors that determine the direction of the wind (wind vane), the angular position of the rotor with respect to the prevailing wind direction and the number of revolutions (40) that the nacelle has performed on itself. In particular, the sensor that detects the angular position of the wind turbine sends the signals to the processor in order to avoid problems of coiling of the signal transmission cables and of the power cables inside the tower that supports the rotor.
I sensori, convenientemente posti all'interno della navicella, attraverso un cavo multipolare inviano ad un sistema hardware tutti i segnali. Detto sistema hardware, cui è convenientemente associato un software, invia agli attuatori di passo (200) e stallo, agli attuatori di imbardata (10), ed alle zavorre di parcheggio le informazioni di movimento; The sensors, conveniently placed inside the nacelle, send all the signals to a hardware system through a multipolar cable. Said hardware system, to which software is conveniently associated, sends movement information to the pitch (200) and stall actuators, to the yaw actuators (10), and to the parking weights;
Gli aerogeneratori, in particolare gli aerogeneratori di piccola taglia noti allo stato della tecnica utilizzano un sistema del tipo a timone per il controllo dell'imbardata. Ciò comporta che i disturbi legati alle turbolenza locali del vento si traducono in disallineamenti rispetto alla direzione principale del vento. Al contrario l'utilizzo di un sistema di imbardata elettromeccanico consente alla macchina di effettuare una media sui segnali generati, scartare i disturbi legati alle turbolenze, e mantenere la posizione dell'aerogeneratore rivolta verso la direzione prevalente del vento. Questo evita al sistema di perdere inerzia di rotazione a causa delle variazioni di direzione per turbolenza, come tipicamente accade nelle macchine a timone; tale disturbo in alcuni siti può generare perdite pari al 30-40% della energia complessivamente erogata. Wind turbines, in particular small wind turbines known in the state of the art, use a rudder type system for yaw control. This implies that disturbances related to local wind turbulence result in misalignments with respect to the main wind direction. On the contrary, the use of an electromechanical yaw system allows the machine to make an average on the generated signals, discard the disturbances related to turbulence, and keep the position of the wind turbine facing the prevailing wind direction. This prevents the system from losing rotational inertia due to changes in direction due to turbulence, as typically occurs in rudder machines; this disturbance in some sites can generate losses equal to 30-40% of the total energy supplied.
Detto sistema campiona continuamente i dati derivanti dai sensori di: direzione del vento, posizione angolare navicella, velocità del vento, numero di giri e antiarrotolamento cavi. This system continuously samples the data deriving from the sensors of: wind direction, nacelle angular position, wind speed, number of revolutions and anti-roll of cables.
In fase di installazione dell'aerogeneratore viene stabilita una corrispondenza tra la posizione della banderuola e la prua della navicella. In fase di funzionamento la direzione di provenienza del vento viene continuamente campionata, e ad intervalli di tempo predeterminati la direzione di puntamento del'aerogeneratore viene confrontata con la direzione prevalente del vento; , il codice di programma utilizzato verifica lo scostamento tra il valore impostato e il valore attualizzato se evidenzia uno scostamento oltre il valore di tolleranza, eventualmente, a mezzo del motore (10), l'aerogeneratore viene ruotato per essere posizionato verso la direzione prevalente di provenienza del vento. During the installation of the wind turbine, a correspondence is established between the position of the wind vane and the bow of the nacelle. During operation, the direction of origin of the wind is continuously sampled, and at predetermined time intervals the pointing direction of the wind turbine is compared with the prevailing wind direction; , the program code used checks the deviation between the set value and the updated value if it shows a deviation beyond the tolerance value, possibly, by means of the motor (10), the wind turbine is rotated to be positioned towards the prevailing direction of origin of the wind.
Durante questo intervallo di tempo il microprocessore analizza tutti i dati ricevuti dal sensore di direzione del vento, e determina quella che è la direzione prevalente del vento, scartando in questa maniera i disturbi provenienti da folate, turbolenze, etc. During this time interval, the microprocessor analyzes all the data received from the wind direction sensor, and determines the prevailing wind direction, thus discarding disturbances from gusts, turbulence, etc.
Ciò avviene senza che la reale direzione di puntamento dell'aerogeneratore sia disturbata da cambi di direzione temporanei del vento. This occurs without the wind generator's real pointing direction being disturbed by temporary wind direction changes.
E' inoltre possibile, eventualmente, considerare un angolo di errore tollerato tra la direzione di puntamento dell'aerogeneratore e la direzione prevalente del vento determinata mediando i segnali provenienti dal sensore di direzione del vento, in modo da evitare al motore di controllo del sistema di imbardata accensioni inutili per produrre spostamenti angolari della navicella di piccola entità, che non incidono in maniera sostanziale sulla potenza erogata. It is also possible, if necessary, to consider a tolerated error angle between the pointing direction of the wind turbine and the prevailing wind direction determined by mediating the signals coming from the wind direction sensor, in order to avoid the control motor of the system yaw ignitions unnecessary to produce small angular displacements of the nacelle, which do not substantially affect the power delivered.
Convenientemente il sistema, in caso di accensione del motore (10) per l'impostazione dell'angolo di imbardata, nella scelta della direzione di rotazione per portarsi al punto assegnato dal sistema terrà conto del valore dato dal sensore di anti-arrotolamento e muoverà in modo da non superare un valore angolare massimo preimpostato per l'arrotolamento del cavo, al fine di evitare di arrotolare i cavi su se stessi. Conveniently, when the motor (10) is switched on for setting the yaw angle, when choosing the direction of rotation to move to the point assigned by the system, it will take into account the value given by the anti-rolling sensor and will move in so as not to exceed a preset maximum angular value for cable winding, in order to avoid winding the cables on themselves.
Il valore dell' errore angolare tollerato e dell'intervallo di tempo nel quale viene confrontato il posizionamento angolare della navicella con la direzione prevalente del vento possono convenientemente essere modificati in funzione delle caratteristiche anemometriche del sito di installazione (turbolenze, stabilità direzionale del vento, etc.), adattando la macchina ai vari siti di installazione, per ottenere dal generatore la massima potenza e la migliore sicurezza. The value of the tolerated angular error and of the time interval in which the angular positioning of the nacelle is compared with the prevailing wind direction can be conveniently modified according to the anemometric characteristics of the installation site (turbulence, directional stability of the wind, etc. .), adapting the machine to the various installation sites, to obtain the maximum power and the best safety from the generator.
Convenientemente al sistema di controllo dell'imbardata appena descritto può essere associato un controllo della potenza meccanica all'albero del rotore per mezzo del controllo di passo delle pale. Questo controllo, detto anche "controllo aerodinamico della pala", si ottiene facendo ruotare la pala rispetto alla direzione prevalente del vento lungo il suo asse baricentrico "radius" (controllo di PITCH), regolando in questo modo la "portanza" e, conseguentemente, la velocità di trascinamento e la coppia all'asse. Conveniently, the yaw control system just described can be associated with a control of the mechanical power to the rotor shaft by means of the blade pitch control. This control, also called "aerodynamic control of the blade", is obtained by rotating the blade with respect to the prevailing wind direction along its barycentric axis "radius" (control of PITCH), thus adjusting the "lift" and, consequently, the drag speed and the torque to the axis.
Tale sistema di controllo può essere attuato per mezzo di un sistema biella manovella con attuazione elettromeccanica di movimento, che consente alla pala di essere attiva e di ruotare sul suo asse, Secondo un modo di realizzazione preferenziale, il sistema del controllo di passo delle pale comprende un attuatore lineare elettromeccanico (200), un sistema biella manovella (210,220) installato su una ralla (230) e sistemi di scorrimento e stabilizzazione sui cuscinetti lineari. This control system can be implemented by means of a connecting rod system with electromechanical movement actuation, which allows the blade to be active and to rotate on its axis. According to a preferential embodiment, the blade pitch control system comprises an electromechanical linear actuator (200), a crank connecting rod system (210,220) installed on a fifth wheel (230) and sliding and stabilizing systems on linear bearings.
La parte elettronica del sistema di controllo di passo comprende convenientemente un sensore lineare magnetostrittivo in corrente (240), direttamente collegato allo stelo dell'attuatore elettrico (200), configurato in maniera da muoversi lungo il suo asse insieme all'attuatore, in modo che queste variazioni di posizione generino delle variazioni di corrente. Il microprocessore legge e converte in valori di posizione angolare dette variazioni di corrente, così identificando la posizione dell'angolo di esposizione al vento delle pale. Un sensore di prossimità (250) monitora l'elettromagnete di giunzione tra attuatore e gruppo di attuazione del passo delle pale. In caso di sgancio dell'elettromagnete non richiesto dal sistema di controllo, attiva il motore del pitch in modo che tenti il riaggancio. Se ciò avviene con successo entro un massimo di sei tentativi, il sistema riprende il funzionamento normalmente, diversamente viene attivata la procedura di parcheggio ed attivato il segnale di allarme per richiesta intervento tecnico. Un sensore su ruota fonica (260) rileva in continuo il numero di giri del rotore e, in caso la velocità di rotazione assuma valori oltre i valori impostati, il microprocessore aziona il motore elettrico (200) che comanda l'attuatore elettromeccanico di passo. The electronic part of the step control system conveniently comprises a current magnetostrictive linear sensor (240), directly connected to the stem of the electric actuator (200), configured to move along its axis together with the actuator, so that these position variations generate current variations. The microprocessor reads and converts these current variations into angular position values, thus identifying the position of the angle of exposure to the wind of the blades. A proximity sensor (250) monitors the junction electromagnet between the actuator and the blade pitch actuation unit. In case of electromagnet release not required by the control system, it activates the pitch motor so that it attempts to re-engage. If this is successful within a maximum of six attempts, the system resumes normal operation, otherwise the parking procedure is activated and the alarm signal for technical intervention is activated. A sensor on the phonic wheel (260) continuously detects the number of revolutions of the rotor and, if the rotation speed assumes values beyond the set values, the microprocessor activates the electric motor (200) which controls the electromechanical step actuator.
In fase di normale funzionamento il controllo di passo lineare delle pale consente di mantenere la coppia massima costante al mozzo e la velocità di rotazione del rotore sul suo asse entro un definito intervallo anche aN'aumentare della velocita del vento rispetto alla nominale. A titolo puramente esemplificativo e non limitativo per aerogeneratori di dimensioni inferiori ai 200kW tra 75 e 85 RPM). La presenza del controllo di passo delle pale permette di regolare la potenza all'asse dell'aerogeneratore e la velocità di rotazione, migliorando lo sfruttamento del vento a velocità minori della nominale e consentendo di mantenere la potenza al valore di targa del generatore aN'aumentare della velocità del vento. During normal operation, the linear pitch control of the blades allows to keep the maximum torque constant at the hub and the rotation speed of the rotor on its axis within a defined range even when the wind speed increases with respect to the nominal one. Purely by way of non-limiting example for wind turbines smaller than 200kW between 75 and 85 RPM). The presence of the blade pitch control allows you to adjust the power to the axis of the wind turbine and the speed of rotation, improving the exploitation of the wind at speeds lower than the nominal and allowing you to keep the power at the rated value of the generator without increasing wind speed.
Si può quindi evitare di incorrere in problemi di eccessiva velocità e si riducono i carichi agenti sull'aerogeneratore. Da ultimo il range di velocità di funzionamento ammissibili aumenta con la presenza del controllo di passo, estrarre potenza maggiore senza incorrere in problemi di sovra velocità e moderando le componenti di stress del sistema. It is therefore possible to avoid running into problems of excessive speed and reduce the loads acting on the wind turbine. Lastly, the range of admissible operating speeds increases with the presence of the pitch control, extracting more power without running into over-speed problems and moderating the stress components of the system.
Convenientemente all'aerogeneratore secondo la presente invenzione possono essere associate pale che presentano profili aerodinamici differenziati ungo l'asse della pala stessa, dall'attacco al rotore fino alla punta. Conveniently, blades having differentiated aerodynamic profiles along the axis of the blade itself, from the attachment to the rotor to the tip, can be associated with the wind turbine according to the present invention.
Secondo un modo di realizzazione preferenziale, scegliendo i profili da utilizzare nell'insieme dei profili NACA a quattro cifre, possono essere utilizzati 5 diversi profili NACA tra l'attacco della pala al rotore e la punta della stessa. Inoltre l'utilizzo di un Winglet sul bordo di uscita della pala consente di ridurre il rumore aerodinamico prodotto dall'aerogeneratore. According to a preferential embodiment, by choosing the profiles to be used in the set of four-digit NACA profiles, 5 different NACA profiles can be used between the attachment of the blade to the rotor and the tip of the same. Furthermore, the use of a Winglet on the trailing edge of the blade allows to reduce the aerodynamic noise produced by the wind turbine.
Come è noto, una volta che la geometria dei profili utilizzati per la realizzazione della pala sia nota, variando l'angolo a tra la corda della pala e la direzione del vento relativo si ottiene una variazione della portanza e della sua componente utile ai fini della generazione di coppia all'albero del rotore, cioè quella in direzione tangenziale rispetto alla velocità di rotazione della pala. As is known, once the geometry of the profiles used for the construction of the blade is known, by varying the angle a between the blade chord and the relative wind direction, a variation of the lift and of its useful component is obtained. generation of torque to the rotor shaft, i.e. that in the tangential direction with respect to the rotation speed of the blade.
Per questo motivo il controllo attivo passo precedentemente descritto può convenientemente essere attuato secondo la logica seguente. For this reason, the step-by-step active control described above can conveniently be implemented according to the following logic.
Il microprocessore che controlla il sistema acquisisce i dati riguardanti la velocità del vento e la velocità di rotazione del rotore, che possono essere misurati rispettivamente da un anemometro a coppette e da un sensore del tipo a "ruota fonica". Sulla base di queste informazioni il sistema calcola l'angolo a tra la corda della pala e la direzione del vento relativo a varie distanze dall'asse del rotore e, conoscendo i profili aerodinamici utilizzati, calcola la portanza generata dalla pala. Se necessario provvede ad attivare l'attuatore elettromeccanico per variare l'angolo di attacco della pala e regolare, conseguentemente, la potenza. The microprocessor that controls the system acquires the data concerning the wind speed and the rotor rotation speed, which can be measured respectively by a cup anemometer and by a "phonic wheel" sensor. Based on this information, the system calculates the angle a between the blade chord and the wind direction relative to various distances from the rotor axis and, knowing the aerodynamic profiles used, calculates the lift generated by the blade. If necessary, it activates the electromechanical actuator to vary the angle of attack of the blade and consequently adjust the power.
In particolare, quando questo metodo viene utilizzato in associazione a turbine di piccola taglia è necessario considerare che, alle altezze dal suolo cui tipicamente sono installati questi aerogeneratori sono presenti elevate variazioni di velocità del vento nel tempo. A titolo di esempio sono state rilevate da prove sperimentali variazioni anche di 15 m/s in soli 0,7 s, con intensità del vento che si mantengono ragionevolmente costanti per periodi inferiori ai 2 secondi. In particular, when this method is used in association with small turbines, it is necessary to consider that, at the height above the ground where these wind turbines are typically installed, there are high variations in wind speed over time. By way of example, variations of up to 15 m / s in just 0.7 s have been detected by experimental tests, with wind intensities that remain reasonably constant for periods of less than 2 seconds.
Queste raffiche sono estremamente dannose per il generatore perché porterebbero il generatore a velocità eccessive, tali da indurre sollecitazioni al limite della resistenza meccanica dello stesso, provocando inoltre lo stallo dell'aerogeneratore, con la conseguenza di non poter produrre energia in aree a forte tendenza di raffiche. These gusts are extremely harmful for the generator because they would drive the generator to excessive speeds, such as to induce stresses at the limit of its mechanical strength, also causing the wind generator to stall, with the consequence of not being able to produce energy in areas with a strong tendency to gusts.
Come accennato la variazione del passo della pala è realizzata attraverso l'uso di un sistema di biellamanovella (210,220) comandato da un attuatore elettrico lineare (200) per mezzo di uno stelo (270) passante attraverso un foro praticato sull'albero dell'alternatore al gruppo rotore. Sullo stesso albero attraverso un trilobo sono collegate le bielle che trasmettono il moto alle ralle di movimento, su cui sono attaccate le pale. Il sistema di steli e cuscinetti lineari consente di stabilizzare sia le vibrazioni che i momenti generati dalla forza del vento sulle pale che tenderebbero di variare l'angolo di attacco e conseguentemente generare una perdita di potenza o un andamento irregolare del moto che causerebbe errori di lettura ai sensori del sistema di controllo. As mentioned, the blade pitch variation is achieved through the use of a connecting rod system (210,220) controlled by a linear electric actuator (200) by means of a rod (270) passing through a hole made on the alternator shaft. to the rotor assembly. On the same shaft through a trilobe are connected the connecting rods that transmit the motion to the movement fifth wheels, on which the blades are attached. The system of rods and linear bearings makes it possible to stabilize both the vibrations and the moments generated by the force of the wind on the blades which would tend to vary the angle of attack and consequently generate a loss of power or an irregular movement that would cause reading errors. to the sensors of the control system.
La presenza contemporanea dei controlli elettromeccanici di imbardata e di pitch consente di implementare un algoritmo di sicurezza secondo la logica seguente. The simultaneous presence of the yaw and pitch electromechanical controls allows to implement a safety algorithm according to the following logic.
Monitorando il valore del pitch durante il funzionamento, se il sistema rileva che, pur in presenza del comando di variazione del passo della pala questo non viene effettivamente variato, automaticamente avvia una procedura di allarme e parcheggio. Il parcheggio avviene tramite il sistema di imbardata, che posiziona la prua del generatore a 90° rispetto alla direzione prevalente del vento. Tale angolo tra la direzione del vento e la prua viene mantenuto anche al variare della direzione del vento, fino a quando l'allarme non viene disattivato ripristinando il normale funzionamento. By monitoring the pitch value during operation, if the system detects that, even in the presence of the blade pitch variation command, this is not actually varied, it automatically starts an alarm and parking procedure. Parking takes place via the yaw system, which positions the bow of the generator at 90 ° with respect to the prevailing wind direction. This angle between the wind direction and the bow is maintained even when the wind direction changes, until the alarm is deactivated and normal operation is restored.
In caso di blackout totale, ossia quando tutti i sistemi di controllo e di moderazione della velocità di rotazione del rotore non consentono di mantenere il suo range di rotazione entro i valori nominali e quindi il rotore può andare in folle, il sistema di controllo a microprocessore attiva un sistema puramente meccanico che agisce in modo spontaneo (non alimentato elettricamente), e che attraverso l'utilizzo di molle elicoidali precompresse, porta le pale del rotore nella posizione di minima esposizione al vento, detta "a bandiera"; tale posizione consente al rotore di rallentare spontaneamente, ed entrare nel range di velocità inferiore a 20 rpm, sotto il quale l'inverter inserisce le zavorre elettriche di parcheggio. In the event of a total blackout, i.e. when all the control and moderation systems of the rotor rotation speed do not allow to keep its rotation range within the nominal values and therefore the rotor can go into neutral, the microprocessor control system activates a purely mechanical system which acts spontaneously (not electrically powered), and which, through the use of pre-compressed helical springs, brings the rotor blades to the position of minimum exposure to the wind, called "flag"; this position allows the rotor to slow down spontaneously, and enter the speed range below 20 rpm, under which the inverter inserts the electric parking weights.
Questo sistema viene azionato attraverso lo sgancio del magnete, al fine di garantire le normali procedure di arresto anche in assenza totale di alimentazione, è alimentato da batterie in tampone. Un caso tipico di condizione di blackout massimo può essere la caduta repentina della rete durante una forte tempesta con venti molto alti. This system is activated through the release of the magnet, in order to guarantee the normal shutdown procedures even in the total absence of power supply, it is powered by buffer batteries. A typical case of a maximum blackout condition could be the sudden fall of the grid during a strong storm with very high winds.
La posizione di arresto viene mantenuta fino al riavviamento della macchina che può avvenire in modo automatico, quando il software attraverso un check di tutti i sensori (Microprocessore ok, RPM, Jaw, posizione Pitch, magnete, anemometro, banderuola, inverter ok, rete, temperatura, Biade, accelerometro bidirezionale, antiarrotolamento) rileva che tutti i parametri della macchina sono attivi, ed esegue la seguente procedura: The stop position is maintained until the machine is restarted which can take place automatically, when the software checks all the sensors (Microprocessor ok, RPM, Jaw, Pitch position, magnet, anemometer, wind vane, inverter ok, network, temperature, Biade, bidirectional accelerometer, anti-roll) detects that all the machine parameters are active, and performs the following procedure:
- Controllo di tutti i componenti elettrici; - Control of all electrical components;
- Verifica che la velocità del vento sia all'interno del range di velocità ammissibili per il funzionamento; - Check that the wind speed is within the range of speeds admissible for operation;
- In caso di assenza di anomalie, riavvio del generatore eolico; - In case of absence of anomalies, restart of the wind generator;
Avendo descritto la configurazione preferenziale dei sistemi di controllo e di imbardata secondo la presente invenzione, è possibile adesso descrivere il funzionamento dell'aerogeneratore dotato di detti sistemi di controllo. Having described the preferential configuration of the control and yawing systems according to the present invention, it is now possible to describe the operation of the wind turbine equipped with said control systems.
Preferibilmente l'avviamento della turbina avviene in modo automatico e senza l'ausilio di avviatori, nel momento in cui i mezzi di controllo rilevano, a mezzo dei dati inviati dai sensori (Anemometro, sensore Rpm, sensore frequenza dell'alternatore) che è presente una velocità del vento sufficiente a garantire che l'energia prodotta sia superiore a quella consumata dagli ausiliari della turbina. A titolo puramente esemplificativo e non limitativo, tale velocità minima del vento può essere di 2,5 m/s. La messa in esercizio automatica avviene seguendo i seguenti passaggi: Preferably, the turbine is started up automatically and without the aid of starters, when the control means detect, by means of the data sent by the sensors (Anemometer, Rpm sensor, alternator frequency sensor) that it is present a wind speed sufficient to ensure that the energy produced is higher than that consumed by the auxiliaries of the turbine. By way of non-limiting example, this minimum wind speed can be 2.5 m / s. Automatic commissioning takes place by following the following steps:
- Rilevamento condizione di avvio (velocità maggiore di velocità minima); - Start condition detection (speed higher than minimum speed);
- Avviamento attuatore di imbardata (lettura della posizione mediata attraverso un apposito algoritmo, accensione del motore di imbardata); - Yaw actuator starting (reading of the mediated position through a specific algorithm, starting the yaw motor);
- Avviamento attuatori di passo (il microprocessore monitora la velocità del vento e l'accelerazione angolare del rotore e, entro i valori massimi preimpostati di velocità del vento, e rpm rotore, modifica il valore dell'angolo alfa tra le corde dei profili della pala ed il vento relativo, la fine di ottenere la massima potenza, modificando detto valore dell'angolo alfa in modo che le accelerazioni angolari del rotore siano contenute entro limiti di sicurezza) - Start-up of pitch actuators (the microprocessor monitors the wind speed and the angular acceleration of the rotor and, within the maximum preset values of wind speed, and rotor rpm, modifies the value of the alpha angle between the ropes of the blade profiles and the relative wind, the aim of obtaining maximum power, by modifying said value of the angle alpha so that the angular accelerations of the rotor are contained within safety limits)
- Connessione alla rete (lettura dei valori di tensione e frequenza dell'alternatore, inizio erogazione una volta superati i valori di autoconsumo, automantenimento dei valori massimi di erogazione) Tale procedura è utilizzata per garantire che la fase di avviamento sia "morbida", ossia senza eccessive sollecitazioni strutturali dovute a forti accelerazioni del rotore, per effetto di raffiche e/o elevate velocità del vento, in questo modo si garantisce anche un migliore funzionamento dei controlli in retroazione. - Connection to the grid (reading of the alternator voltage and frequency values, start of supply once the self-consumption values have been exceeded, self-maintenance of the maximum supply values) This procedure is used to ensure that the starting phase is "soft", that is without excessive structural stresses due to strong rotor accelerations, due to gusts and / or high wind speeds, in this way a better functioning of the feedback controls is also guaranteed.
Convenientemente il software di gestione può essere installato su mezzi di calcolo associati all'aerogeneratore, in modo da consentire sia di variare i parametri di set-up relativi al sito dove è installato il generatore eolico (angolo di errore tollerato per l'imbardata, intervallo di tempo tra controlli successivi della direzione della macchina), sia di monitorare e registrare tutti i valori letti dai sensori presenti a bordo dell'aerogeneratore, registrando anche le condizioni di allarme verificatesi. Convenientemente all'aerogeneratore possono essere associati mezzi di comunicazione per la comunicazione remota di quanto registrato Conveniently, the management software can be installed on calculation means associated with the wind turbine, so as to allow both to vary the set-up parameters relating to the site where the wind generator is installed (tolerated error angle for the yaw, range of time between successive checks of the direction of the machine), and to monitor and record all the values read by the sensors on board the wind turbine, also recording the alarm conditions that have occurred. Conveniently, communication means for remote communication of what has been recorded can be associated with the wind generator
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| IT000041A ITBA20120041A1 (en) | 2012-06-25 | 2012-06-25 | AIRBRUSHER OPTIMIZED FOR THE PRODUCTION OF ENERGY IN THE PRESENCE OF TURBULENT AND LOW NOMINAL SPEED FLOWS |
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| IT000041A ITBA20120041A1 (en) | 2012-06-25 | 2012-06-25 | AIRBRUSHER OPTIMIZED FOR THE PRODUCTION OF ENERGY IN THE PRESENCE OF TURBULENT AND LOW NOMINAL SPEED FLOWS |
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|---|---|
| ITBA20120041A1 true ITBA20120041A1 (en) | 2013-12-26 |
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ID=46758810
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| IT (1) | ITBA20120041A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1990539A1 (en) * | 2006-02-28 | 2008-11-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind power generation system, and control method therefor |
| CN201420658Y (en) * | 2009-04-17 | 2010-03-10 | 青岛敏深风电科技有限公司 | Yawing transmission mechanism of wind driven generator |
| EP2302213A1 (en) * | 2008-06-11 | 2011-03-30 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind power generator |
| EP2333316A2 (en) * | 2009-12-10 | 2011-06-15 | General Electric Company | Wind Turbine Cable Twist Prevention |
| GB2476582A (en) * | 2009-12-23 | 2011-06-29 | C & F Tooling Ltd | Axial rod and spider wind turbine blade pitch control for tangentially mounted blades |
-
2012
- 2012-06-25 IT IT000041A patent/ITBA20120041A1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1990539A1 (en) * | 2006-02-28 | 2008-11-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind power generation system, and control method therefor |
| EP2302213A1 (en) * | 2008-06-11 | 2011-03-30 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind power generator |
| CN201420658Y (en) * | 2009-04-17 | 2010-03-10 | 青岛敏深风电科技有限公司 | Yawing transmission mechanism of wind driven generator |
| EP2333316A2 (en) * | 2009-12-10 | 2011-06-15 | General Electric Company | Wind Turbine Cable Twist Prevention |
| GB2476582A (en) * | 2009-12-23 | 2011-06-29 | C & F Tooling Ltd | Axial rod and spider wind turbine blade pitch control for tangentially mounted blades |
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