ITMI20122071A1 - Metodo di controllo di un impianto eolico per la generazione di energia elettrica e detto impianto eolico - Google Patents

Metodo di controllo di un impianto eolico per la generazione di energia elettrica e detto impianto eolico Download PDF

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ITMI20122071A1
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sar
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Matteo Casazza
Hermann Rochholz
Peter Weichbold
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Wilic Sarl
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/81—Microphones

Description

DESCRIZIONE
“METODO DI CONTROLLO DI UN IMPIANTO EOLICO PER LA GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E DETTO IMPIANTO EOLICOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa a un metodo di controllo di un impianto eolico per la generazione di energia elettrica e al relativo impianto eolico.
In particolare, la presente invenzione riguarda un metodo di controllo di impianto eolico per la generazione di energia elettrica comprendente una navicella; e un gruppo rotante girevole rispetto alla navicella attorno ad un asse.
L’impianto eolico per la generazione di energia elettrica comprende un mozzo; delle pale montate sul mozzo; e una macchina elettrica comprendente uno statore e un rotore. Il mozzo, le pale e il rotore definiscono il gruppo rotante.
In uso, à ̈ necessario rilevare in maniera istantanea anche piccoli malfunzionamenti dell’impianto eolico prima che provochino danni ingenti. In questo modo, si può far funzionare l’impianto eolico a capacità ridotta e nel frattempo programmare la manutenzione riducendo così i tempi di fermo dell’impianto e soprattutto riducendo i costi di riparazione visto che si interviene quando il malfunzionamento ancora non ha prodotto danni ingenti.
Esistono molteplici sistemi per rilevare malfunzionamenti ma la maggior parte dei sistemi sono molto costosi, complessi e di conseguenza, non sono molto robusti. Inoltre la maggior parte dei sistemi di rilevazione dei malfunzionamenti rileva solamente un tipo di malfunzionamento. Di conseguenza, se si vuole rilevare una gran varietà di malfunzionamenti bisogna installare sull’impianto eolico un gran numero di sistemi di rilevamento dei malfunzionamenti aumentando in modo eccessivo il costo e la complessità dell’impianto eolico.
È uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un impianto eolico equipaggiato con un dispositivo di rilevamento dei malfunzionamenti che limiti gli inconvenienti dell’arte nota.
Secondo la presente invenzione à ̈ realizzato un metodo di controllo di un impianto eolico comprendente una navicella; e un gruppo rotante girevole rispetto alla navicella attorno ad un asse; il metodo comprendendo le fasi di:
rilevare un segnale acustico;
rilevare i valori correnti dell’almeno parametro operativo;
confrontare il segnale acustico rilevato con il segnale acustico di riferimento o un predefinito valore di soglia associato ai valori correnti rilevati dell’almeno parametro operativo;
e determinare una deviazione tra il segnale acustico rilevato e il segnale acustico di riferimento o il predefinito valore di soglia.
Grazie alla presente invenzione, il metodo rileva malfunzionamenti per ciascuna condizione operativa in modo semplice ed economico con l’ausilio di un microfono. Dal momento che i malfunzionamenti sono associati alle condizioni operative si riduce la probabilità di falsi positivi o falsi negativi nella determinazione dei malfunzionamenti.
Secondo una forma preferita di attuazione il metodo comprende la fase di acquisire un insieme di segnali acustici di riferimento associati a rispettivi valori di riferimento di almeno due parametri operativi scelti tra: una velocità rotorica, una velocità del vento e un angolo di pitch delle pale.
Secondo un’altra forma preferita di attuazione il metodo comprende la fase di acquisire un insieme di segnali acustici di riferimento associati a rispettivi valori di riferimento di almeno due parametri operativi scelti tra: una velocità rotorica, una velocità del vento e un angolo di pitch delle pale; e acquisire i valori di corrente degli almeno due parametri operativi (1PO, 2PO).
Secondo un’altra forma preferita di attuazione il metodo comprende la fase di collocare il microfono all’esterno della navicella; preferibilmente ad un’estremità superiore della navicella e in cui la fase di rilevare il segnale acustico comprende utilizzare il microfono.
Secondo un’altra forma preferita di attuazione, l’impianto eolico comprende almeno una pala; il metodo comprende la fase di posizionare il microfono all’interno della pala.
Secondo un’altra forma preferita di attuazione, la fase di rilevare un segnale acustico comprende la fase di registrare continuamente il segnale acustico.
Secondo un’altra forma preferita di attuazione, il metodo comprende la fase di collocare una pluralità di microfoni in punti diversi dell’impianto eolico e acquisire una pluralità di insiemi di segnali acustici di riferimento associati ai rispettivi valori di riferimento dei parametri operativi.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un impianto eolico che riduca gli inconvenienti dell’arte nota.
Secondo la presente invenzione à ̈ fornito un impianto eolico comprendente una navicella; un gruppo rotante girevole rispetto alla navicella attorno ad un asse; un microfono; e un dispositivo di controllo configurato per rilevare un segnale acustico; rilevare i valori correnti di almeno un parametro operativo; confrontare il segnale acustico rilevato con il segnale acustico di riferimento associato o con un predefinito valore di soglia associato all’almeno parametro operativo rilevato; e determinare una deviazione tra il segnale acustico rilevato e il segnale acustico di riferimento o il predefinito valore di soglia.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
- la figura 1 Ã ̈ una vista in elevazione laterale, con parti asportate per chiarezza e parti in sezione, di un impianto eolico per la generazione di energia elettrica realizzato secondo una forma di attuazione della presente invenzione; e
- la figura 2 Ã ̈ una vista in elevazione laterale in scala ingrandita, con parti asportate per chiarezza e parti in sezione, di un particolare di figura 1;
- la figura 3 à ̈ una vista schematica a blocchi di un particolare dell’impianto eolico;
- la figura 4 à ̈ una matrice relativa a grandezze presenti nell’invenzione.
Con riferimento alla figura 1, con 1 Ã ̈ indicato un impianto eolico per la generazione di energia elettrica.
Nella fattispecie illustrata, l’impianto eolico 1 à ̈ un impianto eolico a trasmissione diretta e a velocità rotorica variabile.
L’impianto eolico 1 comprende una torre 2, una navicella 3, un mozzo 4, tre pale 5, una macchina elettrica 6 e un dispositivo di controllo 8.
Le tre pale 5 sono montate sul mozzo 4, che à ̈ montato sulla navicella 3, la quale, a sua volta, à ̈ montata sulla torre 2. Le tre pale 5 si estendono lungo rispettivi assi A3 e possono ruotare attorno ai rispettivi assi A3 per variare la superficie di incidenza del vento sulla detta pala 5. Tale rotazione à ̈ definita angolo di pitch AN e viene controllata dal dispositivo di controllo 8.
In particolare, la navicella 3 Ã ̈ montata in modo girevole attorno a un asse A1 rispetto alla torre 2 per disporre le pale 5 a favore di vento, mentre il mozzo 4 Ã ̈ montato in modo girevole attorno ad un asse A2 rispetto alla navicella 3.
Nella fattispecie illustrata nella figura 1, l’asse A2 à ̈ leggermente inclinato rispetto a un piano orizzontale mentre ciascun asse A3 à ̈ disposto sostanzialmente perpendicolare all’asse A2 e in direzione radiale rispetto all’asse A2.
Con riferimento alla figura 2, il mozzo 4 comprende un albero cavo 9 e una fusoliera 10, i quali presentano diametri interni tali che un operatore può accedere all’interno degli stessi per eventuali operazioni di manutenzione o ispezione. La fusoliera 10 e l’albero cavo 9 sono connessi rigidamente tra loro.
L’albero 9 à ̈ montato, tramite cuscinetti 11, sulla navicella 3 ed à ̈ connesso direttamente alla macchina elettrica 6.
La macchina elettrica 6 comprende uno statore 12 e un rotore 13. Lo statore 12 definisce una porzione della navicella 3 e comprende avvolgimenti statorici 14, mentre, il rotore 13 à ̈ cavo, comprende magneti permanenti 15 ed à ̈ fissato direttamente all’albero cavo 9.
Nella fattispecie illustrata, la macchina elettrica 6 Ã ̈ di tipo sincrono.
Sotto l’azione del vento, il mozzo 4 ruota attorno all’asse A2, la rotazione del mozzo 4 à ̈ trasferita al rotore 13 il quale, quindi, ruota attorno all’asse A2. Il movimento relativo dei magneti permanenti 15 rispetto agli avvolgimenti statorici 14 induce una tensione elettrica ai capi degli avvolgimenti statorici 14. In particolare, il movimento relativo avviene sottoforma di una rotazione del rotore 13 alla velocità rotorica che à ̈ variabile.
Il mozzo 4, le pale 5 e il rotore 13 sono solidali tra loro e definiscono un gruppo rotante 16 che à ̈ girevole rispetto alla navicella 3 attorno all’asse A2.
Con riferimento alla figura 1, l’inclinazione di ciascuna pala 5 rispetto al vento, detto angolo di pitch, viene controllata attraverso la rotazione di detta ciascuna pala 5 attorno al rispettivo asse A3 in modo da variare la superficie di incidenza del vento. La rotazione di ciascuna pala 5 attorno al rispettivo asse A3 à ̈ controllata in base a parametri di efficienza e di rendimento dell’impianto eolico 1 e in modo da limitare la velocità rotorica del gruppo rotante 16 ad una velocità rotorica massima.
L’impianto eolico 1 comprende un sensore di velocità rotorica 20 del gruppo rotante 16 per rilevare la velocità rotorica VR (figura 2). Il sensore di velocità rotorico 20 à ̈ accoppiato al dispositivo di controllo 8. La velocità rotorica VR definisce un primo parametro operativo 1PO dell’impianto eolico 1.
L’impianto eolico 1 inoltre comprende un dispositivo per rilevare un secondo parametro operativo 2PO accoppiato al dispositivo di controllo 8. Il dispositivo per rilevare un secondo parametro operativo 2PO à ̈ un sensore di velocità del vento 24.
Secondo una forma di attuazione alternativa della presente invenzione, il dispositivo per rilevare un secondo parametro operativo 2PO à ̈ un’unità di rilevamento dell’angolo di pitch 26 indicata con linee tratteggiate nella figura 3.
L’impianto eolico 1 comprende almeno un microfono 30 collocato all’esterno della navicella 3, in particolare su un’estremità superiore della navicella 3 per fornire segnali acustici SA. Il microfono 30 à ̈ accoppiato al dispositivo di controllo 8 per inviare i segnali acustici SA.
Il dispositivo di controllo 8 Ã ̈ configurato per ricevere i segnali acustici SA e il primo e il secondo parametro operativo 1PO e 2PO.
Il dispositivo di controllo 8 comprende una memoria 32 per immagazzinare insiemi di segnali acustici di riferimento SAR associati ai parametri operativi 1PO, 2PO. Prima di rendere operativo l’impianto eolico 1, il dispositivo di controllo 8 esegue una fase di taratura in assenza di malfunzionamenti. In maggior dettaglio, durante la fase di taratura si fa funzionare l’impianto eolico 1 in tutte le condizioni operative definite da coppie di grandezze del primo parametro operativo e del secondo parametro operativo 1PO e 2PO. Il dispositivo di controllo 8 riceve insiemi di segnali acustici di riferimento SAR e, per ciascun segnale acustico di riferimento SAR riceve una coppia di valori dati dal primo e dal secondo parametro operativo 1PO, 2PO associati e li registra nella memoria 32. Una volta che il dispositivo di controllo 8 ha ricevuto un segnale acustico di riferimento SAR per ciascuna coppia del primo e del secondo parametro operativo 1PO, 2PO, termina la fase di taratura. In maggior dettaglio, la memoria 32 comprende una matrice (figura 4), i cui elementi sono i valori dei segnali acustici di riferimento SAR. Di conseguenza, ciascun segnale acustico di riferimento SAR à ̈ individuato da una coppia di valori del primo parametro e del secondo parametro 1PO, 2PO. I valori del primo parametro operativo 1PO e i valori del secondo parametro operativo 2PO sono dati dai rispettivi intervalli di funzionamento che definiscono l’insieme di condizioni operative di funzionamento dell’impianto eolico 1.
Gli insiemi di segnali acustici SA, così ottenuti durante la fase di taratura, definiscono segnali acustici di riferimento SAR. In altre parole la memoria 32 comprende un segnale acustico di riferimento SAR associato a ciascuna coppia di valori ammissibili del primo parametro operativo e del secondo parametro operativo 1PO, 2PO.
L’impianto eolico 1 comprende una fase operativa durante la quale à ̈ configurato per produrre e fornire energia elettrica alla rete elettrica. Durante la fase operativa il microfono 30 registra continuamente il segnale acustico SA e lo invia al dispositivo di controllo 8.
In una forma preferita di attuazione, il microfono 30 registra ad intervalli predefiniti il segnale acustico e lo invia al dispositivo di controllo 8.
Durante la fase operativa, il dispositivo di controllo 8 riceve il segnale acustico SA dal microfono 30 e una coppia di valori correnti del primo e del secondo parametro operativo 1PO, 2PO. Il dispositivo di controllo 8 Ã ̈ configurato per confrontare il segnale acustico SA rilevato con il segnale acustico di riferimento SAR associato ai parametri operativi rilevati 1PO, 2PO, determinare una deviazione tra il segnale acustico SA rilevato e il segnale acustico di riferimento SAR, e definire un segnale di allarme se la deviazione supera una determinata soglia.
In una forma preferita di attuazione, durante la fase di taratura il dispositivo di controllo 8 elabora i segnali acustici di riferimento SAR attraverso una trasformata veloce di Fourier (fast Fourier Transform) per definire uno spettro acustico di riferimento e memorizza nella memoria 32 lo spettro acustico di riferimento associato al segnale acustico di riferimento ricevuto. Inoltre, durante la fase operativa il dispositivo di controllo 8 à ̈ configurato per ricevere il segnale acustico e lo elabora attraverso la trasformata veloce di Fourier per definire uno spettro acustico, confronta lo spettro acustico con lo spettro acustico di riferimento associato ai parametri operativi rilevati, determina una deviazione tra lo spettro acustico rilevato e lo spettro acustico di riferimento, e definisce un’azione di allarme se la deviazione supera una determinata soglia.
In particolare il dispositivo di controllo 8 quando esegue l’azione di allarme à ̈ configurato per produrre un segnale di allarme.
In una forma alternativa di attuazione della presente invenzione, il dispositivo di controllo 8 quando esegue l’azione di allarme à ̈ configurato per memorizzare il segnale acustico ricevuto SA e mandare il segnale acustico ricevuto SA a un operatore, preferibilmente attraverso internet.
In una forma alternativa dell’invenzione, il dispositivo di controllo 8 compara il segnale acustico rilevato SA con un predefinito valore di soglia associato con i valori correnti rilevati dei due parametri operativi 1PO, 2PO; acquisisce un segnale acustico SA; acquisisce i valori di corrente dei due parametri operativi 1PO, 2PO; comparare i segnali acustici rilevati SA con un predefinito valore di soglia associato con i valori correnti rilevati dei due parametri operativi 1PO, 2PO; e determinare differenze tra il segnale acustico rilevato SA e il valore di soglia predefinito.
In una forma alternativa di attuazione della presente invenzione, l’impianto eolico comprende tre microfoni 30 (uno solo indicato con linee tratteggiate nella figura 1) uno per ciascuna pala 5, in particolare il microfono 30 à ̈ collocato all’interno della pala 5. In particolare, ciascun microfono 30 à ̈ disposto approssimativamente al centro della pala 5. In una forma di attuazione alternativa, ciascun microfono 30 à ̈ disposto approssimativamente alla radice della pala 5.
Il dispositivo di controllo 8 riceve i tre segnali acustici SA e i valori correnti dei parametri operativi 1PO, 2PO, confronta ciascun segnale acustico SA rilevato con ciascun segnale acustico di riferimento SAR associato ai parametri operativi rilevati 1PO, 2PO, determina una deviazione per ciascun segnale acustico SA rilevato e ciascun segnale acustico di riferimento SAR, e definisce un segnale di allarme se la deviazione supera una determinata soglia.
Resta inteso che sebbene sia stato fatto specifico riferimento ad una macchina elettrica di tipo sincrono, la macchina elettrica può essere di qualsiasi altro tipo noto per esempio di tipo asincrono.
Risulta infine evidente che agli apparati e al metodo qui descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di controllo di un impianto eolico comprendente una navicella (3); e un gruppo rotante (16) girevole rispetto alla navicella (3) attorno ad un asse (A2); il metodo comprendendo le fasi di: rilevare un segnale acustico (SA); rilevare i valori correnti dell’almeno parametro operativo (1PO; 2PO); confrontare il segnale acustico rilevato (SA) con il segnale acustico di riferimento (SAR) o un predefinito valore di soglia associato ai valori correnti rilevati dell’almeno parametro operativo (1PO; 2PO); e determinare una deviazione tra il segnale acustico rilevato (SA) e il segnale acustico di riferimento (SAR) o il predefinito valore di soglia.
  2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente la fase di: acquisire un insieme di segnali acustici di riferimento (SAR) associati a rispettivi valori di riferimento di almeno due parametri operativi (1PO, 2PO) scelti tra: una velocità rotorica (VR), una velocità del vento e un angolo di pitch delle pale (AN).
  3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente la fase di: acquisire un insieme di segnali acustici di riferimento (SAR) associati a rispettivi valori di riferimento di almeno due parametri operativi (1PO, 2PO) scelti tra: una velocità rotorica (VR), una velocità del vento e un angolo di pitch delle pale (AN); e acquisire i valori di corrente degli almeno due parametri operativi (1PO, 2PO).
  4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente la fase di collocare un microfono (30) all’esterno della navicella (3) preferibilmente ad un’estremità superiore della navicella (3), e in cui la fase di rilevare il segnale acustico (SA) comprende utilizzare il microfono (30).
  5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’impianto eolico (1) comprende almeno una pala (5); il metodo comprendendo la fase di posizionare il microfono (30) all’interno della pala (5).
  6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la fase di rilevare un segnale acustico (SA) comprende la fase di registrare continuamente il segnale acustico (SA).
  7. 7. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, il metodo comprendendo la fase di collocare una pluralità di microfoni (30) in punti diversi dell’impianto eolico (1) e acquisire una pluralità di insiemi di segnali acustici di riferimento (SAR) associati ai rispettivi valori di riferimento dei parametri operativi (1PO, 2PO).
  8. 8. Impianto eolico comprendente una navicella (3); un gruppo rotante (16) girevole rispetto alla navicella (3) attorno ad un asse (A2); un microfono (30); e un dispositivo di controllo (8) configurato per rilevare un segnale acustico (SA); rilevare i valori correnti di almeno un parametro operativo (1PO; 2PO); confrontare il segnale acustico (SA) rilevato con un segnale acustico di riferimento (SAR) o con un predefinito valore di soglia associato all’almeno parametro operativo rilevato (1PO; 2PO); e determinare una deviazione tra il segnale acustico (SA) rilevato e il segnale acustico di riferimento (SAR) o il predefinito valore di soglia.
  9. 9. Impianto eolico secondo la rivendicazione 8, comprendente un altro dispositivo per rilevare almeno un altro parametro operativo (1PO; 2PO), differente dal dispositivo e selezionato da un gruppo di dispositivi comprendente: un sensore di velocità rotorica (20) del gruppo rotante (16); un sensore di velocità del vento (24) e un’unità di rilevamento dell’angolo di pitch (26).
  10. 10. Impianto eolico secondo la rivendicazione 9, in cui il dispositivo di controllo (8) à ̈ configurato per acquisire un insieme di segnali acustici di riferimento (SAR) associati ad almeno due parametri operativi (1PO; 2PO) scelti tra: velocità rotorica (VR), velocità del vento e angolo di pitch delle pale (AN).
  11. 11. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui il microfono (30) à ̈ collocato all’esterno della navicella (3) preferibilmente ad un’estremità superiore della navicella (3) ed à ̈ configurato per fornire il segnale acustico (SA).
  12. 12. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 11, comprendente almeno una pala (5); in cui il microfono (30) essendo collocato all’interno della pala (5).
  13. 13. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 8 a 12, in cui il dispositivo di controllo (8) Ã ̈ configurato per registrare continuamente il segnale acustico (SA).
  14. 14. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 8 a 13, in cui l’impianto eolico (1) comprende una pluralità di microfoni (30) disposti in punti diversi dell’impianto eolico (1) e il dispositivo di controllo (8) à ̈ configurato per acquisire una pluralità di insiemi di segnali acustici di riferimento (SAR) associati ai rispettivi valori di riferimento dei parametri operativi (1PO, 2PO).
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