MXPA06001804A - Un dispositivo de control del angulo de paso del aspa y un generador de energia eolica - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de control delángulo de paso del aspa incluye una unidad de memoria 10 en la cual se almacenan parámetros predeterminados que afectan la fluctuación de carga de las aspas,ángulos azimutales y valores de comando delángulo de paso asociados entre sí, una unidad detectora delángulo azimutal 11 que detecta elángulo azimutal de cada una de las aspas;una unidad detectora de parámetros 12 que detecta los parámetros predeterminados;una unidad receptora del valor de comando 13 que recibe valores de comando delángulo de paso para cada una de las aspas desde la unidad de memoria 10, los valores de comando delángulo de paso se seleccionan en base alángulo azimutal de cada aspa detectado por la unidad detectora delángulo azimutal 11 y los parámetros predeterminados detectados por la unidad detectora de parámetros 12;y una unidad generadora del valor de comando para el control delángulo de paso 14 que genera valores de comando delángulo de paso para controlar individualmente elángulo de paso de cada aspa en base a los valores de comando delángulo de paso y un valor de comando delángulo de paso común.

Description

UN DISPOSITIVO DE CONTROL DEL ÁNGULO DE PASO DEL ASPA Y UN GENERADOR DE ENERGÍA EÓLICA CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona con un generador de energía eólica, y en particular, con un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa para controlar el ángulo de paso de la aspa de un molino de viento.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA Tal como se muestra en una vista esquemática en la Figura 11, un molino de viento de aspas común se emplea en generadores de energía eólica incluye, por ejemplo, tres aspas compuestas por una primera aspa 1, una segunda aspa 2 y una tercera aspa 3, un rotor 5 que sirve como un mecanismo de acoplamiento para acoplar las tres aspas, una torre 4, etcétera. En general, cada una de las aspas de este tipo de molino de viento de aspas se controla dependiendo de las condiciones eólicas con el fin de obtener una velocidad de rotación predeterminada y una potencia del generador de energía. La Figura 12 muestra un ejemplo de la estructura de un dispositivo de control del ángulo de paso de aspa conocido. Tal como se muestra en la figura, el dispositivo 52/346/06 de control del ángulo de paso conocido incluye una unidad generadora 15 del valor de comando del ángulo de paso común para generar un valor de comando del ángulo de paso común basándose en la diferencia entre un valor predeterminado de una velocidad de rotación o potencia de un generador de energía y un valor controlado en ese momento. Los actuadores controlan cada una de las aspas para que tengan ángulos de paso idénticos basándose en el valor de comando del ángulo de paso común generado por la unidad generadora 15 del ángulo de paso común, con lo que se controla el ángulo de paso de las aspas. La velocidad del viento de insumo en un molino de viento se ve afectada .por el terreno, tal como se muestra en la Figura 13A (las características de la velocidad del viento afectadas por el terreno en lo sucesivo se identificaran como "características de cizalladura del viento"), o por la torre que soporte del molino de viento, tal como se muestra en la Figura 13B (las características de la velocidad del viento afectadas por la torre en lo sucesivo se identificaran como "características de torre") . A los efectos anteriormente descritos se agregan los trastornos espaciales y temporales de la velocidad del viento, que producen una distribución desigual de la velocidad del viento en el área de rotación de las aspas, tal como se muestra en la Figura 13C. Bajo este tipo de 52/346/06 condiciones poco uniformes de la velocidad del viento, dado que los valores instantáneos de la potencia aerodinámica de cada una de las aspas son distintos entre sí, también son distintos los valores de la tracción, el momento, etc., de las aspas entre sí. Como resultado, se presenta una fluctuación de carga en cada una de las aspas, lo que acorta la vida útil de las aspas. Para superar este problema, por ejemplo, la publicación de patente de traducción japonesa PCT No . 2001-511497 (Documento de patente 1) describe una tecnología en la cual se miden el ángulo de embestida del viento que fluye en cada aspa y la carga, y las aspas se controlan individualmente basándose en estos valores . (Documento de patente 1) Publicación de patente de traducción japonesa PCT No . 2001-511497 (Documento de patente 2) Publicación de patente ?o . W001/86141 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En la invención descrita en el Documento de patente 1, la carga aplicada en cada parte de un generador de energía eólica, el ángulo de embestida del viento que fluye en las aspas, y lo similar se calculan instantáneamente basándose en los valores detectados a 52/346/06 partir de una pluralidad de sensores, y el ángulo de paso se controla con el fin de disminuir la fluctuación de carga instantánea. Con el propósito de disminuir de manera eficaz la fluctuación de carga, se deben llevar a cabo prácticamente en tiempo real una serie de procesos desde la detección hecha por los sensores hasta el control por retroalimentación. Sin embargo, de acuerdo con la anterior invención, dado que se obtiene la carga instantánea con el cálculo basado en cada de los valores detectados, el proceso se vuelve desventajosamente complejo y no se puede obtener rápidamente la carga instantánea. Semejante incremento en el tiempo de procesamiento también provoca un retardo en el control por retroalimentación y disminuye la exactitud del control del ángulo de paso. Aún más, en la invención anterior, en cada una de las aspas se debe proporcionar una pluralidad de sensores de energía eólica e indicadores de tensión. Ya que es necesario que estos sensores brinden una alta confiabilidad, se deben emplear sensores costosos, lo que origina el problema de costos elevados . Además, dado que la velocidad del viento se mide con un anemómetro colocado en el flujo del aire en la parte posterior de las aspas, la medición se ve afectada por las fluctuaciones en la velocidad del viento originadas por la 52/346/06 rotación de las aspas. Por ello, no se puede detectar la velocidad del viento de manera exacta. La presente invención se ha elaborado con el fin de resolver los problemas anteriores, y es un objetivo de la presente invención proporcionar un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa en el cual se pueda disminuir aún más la fluctuación generada en un generador de energía eólica mejorando la exactitud del control del ángulo de paso . Con el fin de resolver los problemas anteriores, la presente invención proporciona las siguientes soluciones . La presente invención brinda un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa para un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas, el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa incluye un dispositivo de memoria en el cual se almacenan parámetros predeterminados que afectan la fluctuación de carga de las aspas, los ángulos azimutales y los valores de comando del ángulo de paso que se asocian entre sí; un dispositivo detector del ángulo azimutal que detecta el ángulo azimutal de cada una de las aspas; un dispositivo detector de parámetros que detecta los parámetros predeterminados; un dispositivo receptor del valor de las señales que recibe los valores de comando del ángulo de paso para cada una de las aspas del dispositivo de memoria, 52/346/06 los valores de las señales del ángulo de paso se seleccionan basándose en el ángulo azimutal de cada una de las aspas detectado por el dispositivo detector de parámetros; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera los valores de comando de control del ángulo de paso para controlar individualmente el ángulo de paso de cada una de las aspas basándose en los valores de comando del ángulo de paso recibidos por el dispositivo receptor del valor de comando y un valor de comando del ángulo de paso común que es común en cada aspa, el valor de comando del ángulo de paso común se determina con la información de potencia del generador de energía eólica. De acuerdo con la presente invención, los valores de comando del ángulo de paso óptimo que se relacionan con varios parámetros que afectan la fluctuación de carga de las aspas se almacenan con antelación en el dispositivo de memoria. Por consiguiente, durante el control, el dispositivo receptor del valor de comando sólo lee en el dispositivo de memoria los valores de comando del ángulo de paso óptimo seleccionados basándose en los diversos parámetros, con lo que lleva a cabo el control del ángulo de paso de manera óptima para el estado operacional del molino de viento. En consecuencia, se pueden obtener inmediatamente 52/346/06 los valores de comando del ángulo de paso óptimo a partir de varios parámetros sin llevar a cabo un proceso para calcular la fluctuación de carga de las aspas o algo parecido, el proceso se puede simplificar y realizar rápidamente . En este caso, dado que los ángulos de paso se pueden controlar en tiempo real, este dispositivo puede de inmediato enfrentarse a los cambios dinámicos del estado operacional del generador de energía eólica y se puede reducir aún más la fluctuación de carga. En consecuencia, el tiempo de vida útil de cada aspa se puede conservar durante mucho tiempo y se puede alcanzar una potencia estable en la generación de energía. El dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso hace que los valores de comando del ángulo de paso óptimo, que se reciben por el dispositivo receptor del valor de comando y que se determinan considerando el estado operacional del molino de viento, se reflejen en el valor de comando del ángulo de paso común, que se genera para realizar el control por retroalimentación de la potencia de generación de energía del generador de energía eólica y que se emplea como un valor de comando del ángulo de paso común en cada una de las aspas. Por ello, la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso genera valores de 52/346/06 comando para controlar el ángulo de paso del aspa de cada una de ellas. Por consiguiente, cada aspa se puede controlar para que tenga el ángulo de paso óptimo, considerando la fluctuación de potencia y el estado operacional del generador de energía eólica. En el anterior dispositivo de control del ángulo de paso del aspa, los valores de comando del ángulo de paso almacenados en el dispositivo de memoria de preferencia se fijan a valores en los cuales se reflejen las características del esfuerzo cortante del viento en el sitio de instalación del generador de energía eólica. La velocidad del viento, la densidad del aire, la potencia del generador de energía eólica, etc., cambian dinámicamente de acuerdo con las condiciones . En contraste, la cizalladura del viento se determina únicamente dependiendo de las condiciones del lugar del generador de energía eólica. Por ello, en la información almacenada en el dispositivo de memoria, se consideran no sólo los parámetros que cambian dinámicamente, sino también alguna otra información, como por ejemplo, la cizalladura del viento, la cual se determina únicamente dependiendo de las condiciones del lugar. Por consiguiente, el ángulo de paso se puede controlar con una exactitud muy elevada. En el anterior dispositivo de control del ángulo 52/346/06 de paso del aspa, los parámetros predeterminados pueden incluir la velocidad del viento, y el dispositivo detector de parámetros de preferencia es un dispositivo que estima la velocidad del viento que incluye una tabla característica que relaciona la velocidad del viento y la potencia del generador de energía eólica y que estima la velocidad del viento al tomar lectura de la velocidad del viento que corresponde a la potencia del generador de energía eólica a partir de una tabla característica. La velocidad del viento es uno de los parámetros importantes necesarios para seleccionar los valores de comando del ángulo de paso. El hecho que la fluctuación de carga y la fluctuación de potencia se puedan o no reducir con precisión dependen en gran medida de la exactitud de detección de la velocidad del viento, y en consecuencia, la velocidad del viento se debe detectar con una gran exactitud. Sin embargo, en el método convencional en el que la velocidad del viento se mide con un anemómetro colocado en el flujo del aire en la parte posterior de un molino de viento, la medición se lleva a cabo directamente por medio de las fluctuaciones en la velocidad del viento originadas por la rotación de las aspas. Por consiguiente, la velocidad del viento no se puede medir con exactitud. De acuerdo con la presente invención, la velocidad del viento no se mide de manera física por parte 52/346/06 del dispositivo detector de la velocidad del viento, sino con un proceso sencillo en software basándose en la potencia del generador de energía eólica, que tiene una relación estrecha con la velocidad del viento. Por ello, se puede obtener la velocidad del viento con una gran exactitud, y además, se pueden reducir los costos. En lugar de este dispositivo que estima la velocidad del viento, se puede emplear un anemómetro (como por ejemplo, un anemómetro Doppler láser) que mida la velocidad del viento antes que el viento fluya en el molino de viento. Dado que esta configuración no se ve afectada por el flujo de aire detrás de las aspas, se puede obtener la velocidad del viento con gran exactitud. Cuando se emplea el anemómetro Doppler láser, se proporciona un dispositivo para suministrar partículas trazadoras desde corriente arriba del molino de viento hacia el molino de viento. Alternativamente, se puede utilizar como partículas trazadoras polvo o vapor de agua mezclados en aire que fluyan hacia el molino de viento con el fin de obtener luz esparcida en el polvo o vapor de agua, y con ello se puede llevar a cabo la medición Doppler con láser. En este caso, no se necesita proveer por separado el dispositivo para suministrar partículas trazadoras. El anterior dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de preferencia incluye un dispositivo de 52/346/06 extracción del componente de frecuencia que extrae un componente de frecuencia que corresponde a un múltiplo integral del número de aspas a partir de alguno de la potencia de generación de energía del generador de energía eólica, el número de revoluciones del generador de energía y el número de revoluciones del rotor; y un dispositivo de cálculo que calcula un ángulo de paso para eliminar la fluctuación originada por la fluctuación de frecuencia basándose en el componente de frecuencia extraído, en donde el dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso de preferencia hace que el ángulo de paso calculado por el dispositivo de cálculo se refleje en el valor de comando de control del ángulo de paso. Incluso cuando los valores para el control del ángulo de paso se determinan considerando las fluctuaciones de los diversos parámetros, como por ejemplo, la velocidad del viento, resulta difícil eliminar por completo la fluctuación y la fluctuación de la potencia de generación de energía debido a un error o demora originada por el control por retroalimentación. Por otra parte, se sabe que la banda de frecuencia, en la cual significativamente se presentan fluctuaciones en la potencia, depende del número de aspas. En consecuencia, se determina un ángulo de paso para eliminar este tipo de fluctuaciones considerables en la 52/346/06 potencia y se refleja el ángulo de paso resultante en el valor de comando de control del ángulo de paso de la aspa, con lo que se reducen aún más las fluctuaciones en la potencia. Es decir, es un generador de energía eólica que emplea un molino de viento de velocidad constante, el dispositivo de extracción del componente de frecuencia extrae un componente de frecuencia que corresponde a un múltiplo integral del número de aspas a partir de la potencia del generador de energía eólica. Por otra parte, en un generador de energía eólica que emplee un molino de viento de velocidad variable, el dispositivo de extracción del componente de frecuencia extrae un componente de frecuencia que corresponde a un múltiplo integral del número de aspas a partir del número de revoluciones del generador de energía o del número de revoluciones del rotor. Por ejemplo, el dispositivo de cálculo calcula el componente de frecuencia extraído por el dispositivo de extracción del componente de frecuencia basándose en un algoritmo predeterminado para calcular los ángulos de paso fluctuantes en el dominio de frecuencias. Aún más, el dispositivo de cálculo realiza un análisis de frecuencias opuestas empleando los ángulos de paso fluctuantes para obtener los mismos en el dominio. Los ángulos de paso fluctuantes obtenidos de esta 52/346/06 manera sirven como ángulos de paso para eliminar una fluctuación de carga significativa. El dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso hace que los ángulos de paso cancelen las fluctuaciones significativas en la potencia que se reflejan en los valores de comando de control del ángulo de paso. Por consiguiente, la fluctuación en la potencia de generación de energía que sucede de manera considerable se puede eliminar en un solo punto y se puede lograr una potencia de generación de energía más estable. La presente invención proporciona un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas, el generador de energía eólica incluye un dispositivo de control del ángulo de paso de aspa que incluye un dispositivo de memoria en el cual se almacenan parámetros predeterminados que afectan la fluctuación de carga de las aspas, los ángulos azimutales y los valores de comando del ángulo de paso asociados entre sí; un dispositivo detector del ángulo azimutal que detecta el ángulo azimutal de cada una de las aspas; un dispositivo detector de parámetros que detecta los parámetros predeterminados; un dispositivo receptor del valor de comando que recibe los valores de comando del ángulo de paso para cada una de las aspas a partir del dispositivo de memoria, los valores de comando 52/346/06 del ángulo de paso se seleccionan basándose en el ángulo azimutal de cada aspa detectada por el dispositivo detector del ángulo azimutal y los parámetros predeterminados detectados por el dispositivo detector de parámetros; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera valores de comando de control del ángulo de paso para controlar individualmente el ángulo de paso de cada aspa basándose en los valores de comando del ángulo de paso recibidos por el dispositivo receptor del valor de comando y un valor de comando del ángulo de paso común que es común en cada aspa, el valor de comando del ángulo de paso común se determina con la información de potencia del generador de energía eólica. La presente invención proporciona un dispositivo de control del ángulo de paso de aspa que se emplea para un generador de energía eólica que tenga una pluralidad de aspas, el dispositivo de control del ángulo de paso de aspa incluye dispositivos medidores de carga que miden una carga aplicada en las aspas o piezas mecánicas que constituyen un molino de viento en ángulos azimutales predeterminados; un dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso que genera un valor de comando de ajuste del ángulo de paso para cada aspa para reducir la carga medida con cada uno de los dispositivos medidores de carga; y un dispositivo generador del valor de comando de control del 52/346/06 ángulo de paso que genera un valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa al hacer que el valor de comando de ajuste del ángulo de paso generado para cada aspa se refleje en un valor de comando del ángulo de paso común para controlar equitativamente las aspas . Dado que los dispositivos medidores de carga no miden la carga en intervalos de tiempo predeterminados, sino en ángulos azimutales predeterminados, los dispositivos medidores de carga no sólo se pueden aplicar sólo a molinos de viento de velocidad constante, sino también a molinos de viento de velocidad variable en los cuales la velocidad rotacional de las aspas cambia dependiendo del estado operacional . Por ejemplo, el dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso calcula el ángulo de paso óptimo para cada aspa para reducir la carga medida por cada uno de los dispositivos medidores de carga para generar los valores de comando del ángulo de paso de ajuste. El dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso provoca que estos valores de comando del ángulo de paso de ajuste se reflejen en los valores de comando de control del ángulo de paso para controlar los ángulos de paso de las aspas. Por ello, se puede reducir la fluctuación de carga. La presente invención proporciona un dispositivo 52/346/06 de control del ángulo de paso del aspa que se emplea para un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas, el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa incluye dispositivos medidores de carga que miden una carga aplicada a las aspas o piezas mecánicas que constituyen un molino de viento en ángulos azimutales predeterminados; un dispositivo de cálculo que calcula una fluctuación periódica de la carga basándose en los valores medidos por los dispositivos medidores de carga; un dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso que genera un valor de comando de ajuste del ángulo de paso para cada aspa para reducir una fluctuación de carga basándose en los resultados de cálculo del dispositivo de cálculo; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera un valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa al hacer que el valor de comando de ajuste del ángulo de paso generado para cada aspa se refleje en un valor de comando del ángulo de paso común para controlar equitativamente las aspas. Los presentes inventores se enfocan en el hecho que periódicamente se presenta una fluctuación de carga significativa de las aspas. En consecuencia, se proporcionan los dispositivos medidores de carga y el dispositivo de cálculo como dispositivos que detectan la 52/346/06 fluctuación de carga durante una revolución de un rotor. Los dispositivos medidores de carga miden la carga aplicada en cada una de las aspas en ángulos azimutales predeterminados. Por consiguiente, dado que la carga no se mide en intervalos de tiempo predeterminados sino en ángulos azimutales predeterminados, los dispositivos medidores de carga se puede aplicar en molinos de viento de velocidad variable en los cuales la velocidad rotacional de las aspas cambia. El dispositivo de cálculo obtiene valores medidos, se miden con los dispositivos medidores de carga en cada ángulo azimutal, los valores medidos correspondientes a un periodo predeterminado (por ejemplo, correspondientes a una revolución) , y determinan las características de la carga en base a los valores medidos. Por ello, se puede .obtener información acerca de la fluctuación en cada aspa. El dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso calcula los valores de comando del ángulo de paso de ajuste para eliminar la fluctuación de carga, y el dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso hace que estos valores de comando del ángulo de paso de ajuste se reflejen en el control del ángulo de paso de cada aspa. Por ende, se puede reducir la fluctuación de carga significativa que se 52/346/06 presentan periódicamente. Por consiguiente, dado que la fluctuación de carga se disminuye al enfocarse en la fluctuación de carga que se presenta periódicamente, se puede reducir eficientemente la fluctuación de carga mediante un proceso mucho más simple que el control convencional del ángulo de paso que reduce las fluctuaciones de carga instantáneas . En consecuencia, cada aspa se puede controlar para que tenga el ángulo de paso óptimo, y se pueda prolongar el tiempo de vida útil de las aspas y de las piezas mecánicas que constituyen el molino de viento . En la presente invención, dado que se obtienen valores medidos correspondientes a por lo menos un ciclo y después se realiza un control por retroalimentación en base a estos valores medidos, sucede un retardo. Sin embargo, la fluctuación a la que se enfoca la presente invención periódicamente se presenta prácticamente en el mismo ángulo azimutal. En consecuencia, incluso cuando se presenta el retardo originado por el control por retroalimentación, se puede eliminar la fluctuación de carga con una gran exactitud. En el anterior dispositivo de control del ángulo de paso del aspa, cada una de los dispositivos medidores de carga de preferencia incluye un dispositivo medidor del ángulo azimutal que mide el ángulo azimutal de cada una de 52/346/06 las aspas en intervalos de tiempo predeterminados, un dispositivo generador de señal de disparo que genera una señal de disparo cuando el resultado de medición coincide con un ángulo azimutal predeterminado y un dispositivo de medición que mide una carga basándose en la señal de disparo. Por consiguiente, los dispositivos medidores de carga incluyen, en términos generales, mecanismos bien conocidos, los dispositivos medidores de carga se pueden lograr de una manera simple y a bajo costo. Los ejemplos del dispositivo de medición incluyen un indicador de tensión, una celda de carga y un sensor de fibra óptica. En el dispositivo de control del ángulo de paso de aspa, cada uno de los dispositivos medidores de carga de preferencia incluye un codificador que genera un disparador cuando el ángulo azimutal alcanza un ángulo predeterminado y un dispositivo de medición que mide una carga basándose en el disparador. El codificador y el dispositivo de medición son mecanismos en términos generales conocidos. Por consiguiente, dado que los dispositivos medidores de carga incluyen mecanismos en términos generales conocidos, los dispositivos medidores de carga se pueden lograr de una manera simple y a bajo costo. Los ejemplos del dispositivo de medición incluyen 52/346/06 un indicador de tensión, una celda de carga y un sensor de fibra óptica. La presente invención proporciona un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa empleado para el generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas, el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa incluye un dispositivo medidor de aceleración que mide la aceleración aplicada a las aspas o piezas mecánicas que constituyen un molino de viento en ángulos azimutales predeterminados; un dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso que genera un valor de comando de ajuste del ángulo de paso para cada aspa para reducir la aceleración medida con el dispositivo medidor de aceleración; un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera un valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa al hacer que el valor de comando de ajuste del ángulo de paso generador para cada aspa se refleje en un valor de comando del ángulo de paso común para controlar equitativamente las aspas . El dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso, por ejemplo, calcula el ángulo de paso óptimo para aspa para reducir la aceleración medida con el dispositivo medidor de aceleración, y genera valores de comando del ángulo de paso de ajuste. El dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de 52/346/06 paso hace que estos valores de comando del ángulo de paso de ajuste se reflejen en los valores de comando de control del ángulo de paso que controlan los ángulos de paso de las aspas, con lo que se reduce la aceleración. Dado que la aceleración y la fluctuación de carga están correlacionadas, una disminución en la aceleración también puede disminuir la fluctuación de carga. La presente invención proporciona un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas, el generador de energía eólica incluye un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que incluye dispositivos medidores de carga que miden una carga aplicada a las aspas o piezas mecánicas que constituyen un molino de viento en ángulos azimutales predeterminados; un dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso que genera un valor de comando de ajuste del ángulo de paso para cada aspa para reducir la carga medida con cada uno de los dispositivos medidores de carga; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera un valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa al hacer que los valores de comando del ángulo de paso de ajuste generador para cada aspa se reflejen en un valor de comando del ángulo de paso común para controlar equitativamente las aspas . Dado que el generador de energía eólica incluye 52/346/06 este tipo de dispositivo de control del ángulo de paso del aspa, se puede controlar cada aspa para que tenga el ángulo de paso óptimo, y se pueden obtener un generador de energía eólica que incluya aspas de larga vida útil y piezas mecánicas que constituyen un molino de viento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Figura 1 : un diagrama de bloques que muestra la estructura de un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de acuerdo con una primera modalidad de la presente invención. Figura 2 : una vista que ilustra un ángulo azimutal . Figura 3: una gráfica que muestra un ejemplo de una tabla característica que relaciona la velocidad del viento y la potencia de un generador de energía eólica. Figura 4: una gráfica que muestra un ejemplo de una tabla característica bajo condiciones eólicas estables (que tiene una velocidad del viento temporalmente constante y bidimensionalmente uniforme) . Figura 5: una gráfica que muestra un ejemplo de una tabla característica que incluye una forma de onda de un valor de corrección del ángulo de paso para cancelar el efecto de ángulo de inclinación en el viento cuando la velocidad del viento tiene variaciones y una forma de onda en la cual se refleja el valor de corrección. 52/346/06 Figura 6: una gráfica que muestra un ejemplo de una tabla característica que incluye una forma de onda de un valor de corrección del ángulo de paso para cancelar el efecto de una desviación de la dirección del viento cuando la velocidad del viento tiene variaciones y una forma de onda en la cual se refleja el valor de corrección. Figura 7: una gráfica que muestra un ejemplo de una tabla característica cuando la densidad del aire se emplea como una variable. Figura 8: una gráfica que muestra un ejemplo de una tabla característica cuando la potencia del generador de energía eólica se emplea como una variable. Figura 9 : un diagrama que muestra la estructura de un dispositivo eliminador de la fluctuación de potencia que se emplea cuando se una un molino de viento de velocidad constante . Figura 10 : un diagrama de bloques que muestra la estructura de un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención. Figura 11 : una vista esquemática de un molino de viento de aspas empleado en un generador de energía eólica. Figura 12 : un diagrama de bloques que muestra un ejemplo de la estructura de un dispositivo de control del ángulo de paso de aspa de acuerdo con la técnica conocida. 52/346/06 Figura 13 : imágenes que ilustran las características de la cizalladura del viento, características de la turbulencia de la torre y la distribución de la velocidad del viento.

MEJOR MANERA DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN Ahora se describirán modalidades de acuerdo con la presente invención tomando como referencia los dibujos en el orden de una primera modalidad y una segunda modalidad. La Figura 1 es un diagrama de bloques que muestra la estructura de un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que se aplica a un generador de energía eólica empleando un molino de viento de velocidad constante. Tal como se muestra en la Figura 1, el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de acuerdo con esta modalidad incluye una unidad de memoria (dispositivo de memoria) 10, una unidad detectora del ángulo azimutal (dispositivo detector del ángulo azimutal) 11, una unidad detectora de parámetros (dispositivo detector de parámetros) 12, una unidad receptora del valor de comando (dispositivo receptor del valor de comando) 13 , una unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso (dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso) 52/346/06 14 y una unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común (dispositivo generador del valor de comando del ángulo de paso común) 15. En la unidad de memoria 10 se almacenan parámetros predeterminados que afectan la fluctuación de carga de las aspas, por ejemplo, la velocidad del viento, temperatura y la potencia del generador de energía eólica; ángulos azimutales; y valores de comando del ángulo de paso que están asociados entre sí . Tal como se muestra en la Figura 2, el ángulo azimutal representa un ángulo formado en relación con la dirección vertical del molino de viento. El ángulo azimutal cuando se ubica en una aspa en la parte superior del molino de viento se define como 0o, y el ángulo azimutal cuando se ubica en la aspa en la parte inferior del molino de viento se define como 180°. Los contenidos detallados almacenados en la unidad de memoria 10 se describen más adelante. La unidad detectora del ángulo azimutal 11 detecta el ángulo azimutal de cada aspa en intervalos predeterminados y les da salida hacia la unidad receptora del valor de comando 13. Por ejemplo, el ángulo azimutal se puede determinar a partir de una potencia de un codificador giratorio provisto en un eje de rotación. La unidad detectora de parámetros 12 incluye una 52/346/06 unidad detectora de la velocidad del viento (dispositivo detector de la velocidad del viento) 121 que detecta la velocidad del viento, una unidad detectora de la densidad del aire 122 que detecta la densidad del aire y una unidad detectora de la potencia del generador de energía eólica 123 que detecta la potencia del generador de energía eólica. La unidad detectora de la velocidad del viento 121 incluye una tabla característica (consulte la Figura 3) en la cual la velocidad está relacionada con la potencia del generador de energía eólica. La unidad detectora de la velocidad del viento 121 recibe la potencia del generador de energía eólica desde la unidad detectora de la potencia del generador de energía eólica 123 en intervalos predeterminados . Para estimar la velocidad del viento se toma una lectura en la tabla característica de la velocidad del viento correspondiente a la potencia. La velocidad del viento estimada se le da salida hacia la unidad receptora del valor de comando 13. En lugar de semejante método de estimación de la velocidad del viento, se puede emplear un anemómetro (como por ejemplo, un anemómetro Doppler láser) que mida la velocidad del viento antes de que el viento fluya hacia el molino de viento. Dado que esta configuración no se ve afectada por el flujo de aire detrás de las aspas, se puede obtener la velocidad del viento con gran exactitud. Cuando se emplea el anemómetro Doppler láser, se 52/346/06 proporciona un dispositivo para suministrar partículas trazadoras desde corriente arriba del molino de viento hacia el molino de viento. Alternativamente, se puede utilizar como partículas trazadoras polvo o vapor de agua mezclados en aire que fluyan hacia el molino de viento con el fin de obtener luz esparcida en el polvo o vapor de agua, y con ello se puede llevar a cabo la medición Doppler con láser. En este caso, no se necesita proveer por separado el dispositivo para suministrar partículas trazadoras. La unidad detectora de la densidad del aire 122 mida la temperatura y presión del aire en intervalos predeterminados, y determina la densidad del aire a partir de los valores medidos basándose en las características de la densidad, temperatura y presión del aire. La densidad de aire se puede determinar únicamente mediante la temperatura y presión del aire. Por ejemplo, la unidad detectora de la densidad del aire 122 tiene un mapa en el cual se han relacionado la densidad, temperatura y presión del aire entre sí . En el mapa se obtiene la densidad de aire seleccionada con los valores medidos de la temperatura y presión del aire, con ello se determina la densidad de aire. Alternativamente, la unidad detectora de la densidad del aire 122 puede tener una expresión relacional que incluye la densidad, temperatura y presión del aire. La densidad de aire se puede calcular al sustituir los valores 52/346/06 medidos de la temperatura y presión del aire en la expresión relacional . La unidad receptora del valor de comando 13 recibe valores de comando del ángulo de paso que se ingresaron a la unidad de memoria 10. Los valores de comando del ángulo de paso se seleccionan en base a los ángulos azimutales de las aspas que provienen de la unidad detectora del ángulo azimutal 11 y de varios parámetros (como por ejemplo, la velocidad del viento, densidad de aire y potencia de generación de energía) que provienen de la unidad detectora de parámetros 12. La unidad receptora del valor de comando 13 produce los valores de comando del ángulo de paso de las aspas, es decir, un valor de corrección del ángulo de paso de una primera aspa, un valor de corrección del ángulo de paso de una segunda aspa y un valor de corrección del ángulo de paso de una tercera aspa, en la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14. La unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15 calcula un valor de comando del ángulo de paso común para controlar comúnmente los ángulos de paso de las tres aspas, es decir, la primera aspa a la tercera aspa, desde la diferencia entre los valores presentes del número de revoluciones del generador de energía (información acerca de la potencia de generación de 52/346/06 energía) o la potencia de generación de energía (información acerca de la potencia de generación de energía) y el valor controlado en el momento, de modo que la potencia de generación de energía del generador de energía eólica corresponda con la potencia evaluada (valor actual) , y también le da salida al valor de comando del ángulo de paso común hacia la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14. Por ejemplo, la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15 está compuesta por un sistema de control conocido como PID La unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14 genera valores de comando de control del ángulo de paso para individualmente controlar los ángulos de paso de las aspas basándose en el valor de comando del ángulo de paso para 'cada aspa que proviene de la unidad receptora del valor de comando 13 y el valor de comando del ángulo de paso común que proviene de la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15. De manera específica, el valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa se genera agregando cada uno de los valores de comando del ángulo de paso al valor de comando del ángulo de paso común. Posteriormente, la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14 le da salida a los valores de comando de control del ángulo de paso que se obtienen individualmente 52/346/06 para cada una de las aspas hacia los actuadores, los cuales son dispositivos para controlar los ángulos de paso de las aspas. El actuador es un mecanismo conocido, como por ejemplo, un cilindro hidráulico o un motor eléctrico que se instala en cada aspa. Ahora se describe en detalle el contenido almacenado en la unidad de memoria 10. En primer lugar, la velocidad del viento, densidad de aire, potencia del generador de energía eólica y lo similar se emplean como parámetros y se fijan varios valores para estos parámetros. Por consiguiente, con un simulador por computadora se determina el ángulo de paso óptimo en varios patrones de prueba. Por ejemplo, como un patrón de prueba, la velocidad del viento se fija a A (m/s) , la densidad de aire se fija a B (g/cm3) y la potencia de generación de energía se fija a C (kW) . Se recolectan datos acerca de la fluctuación de carga cuando el ángulo de paso tiene variaciones bajo estas condiciones. Posteriormente, los datos resultantes se verifican para seleccionar un ángulo de paso que proporciona la fluctuación de carga mínima. Se prepara una tabla característica que relaciona el ángulo de paso seleccionado y al ángulo azimutal . La anterior operación se repite mientras que los 52/346/06 valores de los parámetros (velocidad del viento A (m/s) , densidad de aire B (g/m3) y una potencia de generación de energía C (k ) ) tienen variaciones para obtener tablas características para varias condiciones. Estas tablas características se relacionan con los valores actuales de cada una de los parámetros (valores actuales de la velocidad del viento, densidad de aire, potencia de generación de energía y lo similar) en estos patrones de prueba se escriben en la unidad de memoria 10. Por ello, al determinar valores de los parámetros, se puede obtener un ángulo de paso que sea el más adecuado para las condiciones . En la anterior simulación, se puede obtener el ángulo de paso más apropiado al fijar las características de cizalladura del viento y las características de turbulencia de la torre (consulte las Figuras 13A y 13B) como valores fijos con antelación. Por ejemplo, los parámetros anteriormente descritos, como por ejemplo, la velocidad del viento, cambian dinámicamente dependiendo de las condiciones. Por otra parte, las características de cizalladura del viento se determinan únicamente dependiendo del sitio del molino de viento o de la estructura del molino de viento. Al realizar la simulación considerando estas características, se puede obtener el ángulo de paso óptimo para el molino de 52/346/06 viento. Por consiguiente, se puede realizar un control más exacto de los ángulos de paso. Ahora se describirá la tabla característica con mayor detalle y a manera de ejemplo. En primer lugar, la Figura 4 muestra una tabla característica bajo condiciones eólicas estables (que tiene una velocidad del viento temporalmente constante y bidimensionalmente uniforme) . Tal como se muestra en la figura, la tabla característica incluye una abscisa que indica el ángulo azimutal (grado) y una ordenada que indica el ángulo de paso (grado) . La tabla característica muestra una onda cosecante en la cual el ángulo de paso máxima (por ejemplo, 1°) se encuentra en el ángulo azimutal de 0° y el ángulo de paso mínimo (por ejemplo, -1°) se encuentra en un ángulo azimutal de 180°. Los ángulos en la figura representan valores relativos . Esto indica lo siguiente: En el ángulo azimutal de 0° donde la velocidad del viento en las aspas es la máxima, se debe incrementar el ángulo de paso para disminuir el desempeño aerodinámico. Por otra parte, en el ángulo azimutal de 180° donde la velocidad del viento en las aspas es la mínima, se debe reducir el ángulo de paso para incrementar el desempeño aerodinámico. Las tablas características bajo diversas condiciones obtenidas mediante la anterior simulación 52/346/06 también tienen la forma fundamental prácticamente igual al de la tabla característica mostrada en la Figura 4, pero tienen distintas amplitudes y fases. Por ejemplo, cuando la densidad de aire y la potencia de generación de energía del generador de energía eólica se fijan como valores fijos y únicamente se hace variar la velocidad del viento, conforme incrementa la velocidad del viento, el efecto de la fluctuación de carga de la aspa aumenta (la carga es proporcional al cuadrado de la velocidad del viento) . Por consiguiente, cuando la velocidad del viento se hace variar, conforme la velocidad del viento incrementa, también incrementa la amplitud de la onda cosecante mostrada en la Figura 4. Un aspa del molino de viento básicamente forma un ángulo ascendente, expresado como "ángulo de inclinación" (generalmente alrededor de 5°) , de modo que se proporciona una holgura para evitar que la aspa golpee la torre . Debido al efecto de este ángulo de inclinación, el viento que fluye hacia el molino de viento por lo general sopla hacia arriba. Bajo condiciones de velocidad del viento, baja el anterior efecto de la velocidad del viento por sí misma es pequeño y no es necesario considerarlo. Sin embargo, un incremento en la velocidad del viento incrementa el efecto del ángulo de inclinación. Una valor de corrección para 52/346/06 anular el efecto del ángulo de inclinación en el viento exhibe las características mostradas en la Figura 5. En la Figura 5, la línea A muestra una forma de onda del ángulo de paso fundamental mostrado en la Figura 4, la línea B muestra una forma de onda del valor de corrección para anular el efecto del ángulo de inclinación, y la línea C muestra una forma de onda de un valor de comando del ángulo de paso obtenido al agregar el valor de corrección de la línea B a la forma de onda de la línea A. En consecuencia, la tabla característica obtenida cuando la velocidad del viento se incrementa en la simulación es una tabla característica en la que se considera el viento que sopla ascendentemente debido al ángulo de inclinación, y tiene características distintas a las que se muestran en la Figura 4, no sólo en términos de amplitud sino también en términos de la fase. La dirección del viento también se ve afectada por la fluctuación de carga de la aspa. Por ejemplo, cuando un observador se encuentra en contra del viento a un costado con respecto a la posición del molino de viento, y el viento fluye desde el lado izquierdo, se incrementa el efecto del viento recibido en un ángulo azimutal de 0° y se disminuye el efecto del viento recibido en un ángulo azimutal de 180°. En consecuencia, un valor de corrección del 52/346/06 ángulo de paso para anular el efecto de una desviación en la dirección del viento exhibe las características mostradas en la Figura 6. En la Figura 6, la línea A muestra una forma de onda del ángulo de paso fundamental mostrado en la Figura 4, la línea B muestra una forma de onda del valor de corrección para anular el efecto de la desviación en la dirección del viento, y la línea C muestra una forma de onda de un valor de comando del ángulo de paso obtenido al agregar el valor de corrección de la línea B a la forma de onda de la línea A. En consecuencia, la tabla característica obtenida cuando la dirección del viento se hace variar en la simulación es una tabla característica en la cual la amplitud del ángulo de paso fundamental mostrado en la Figura 4 cambia en la dirección vertical . Enseguida, cuando la velocidad del viento y la potencia del generador de energía eólica se fijan como valores fijos y sólo la densidad de aire se hace variar, conforme la densidad de aire incrementa, también incrementa el efecto de la fluctuación de carga de la aspa. Por ello, en el caso donde la densidad de aire se hace variar en la simulación, conforme la densidad de aire se incrementa, se obtiene una tabla característica que tiene una amplitud más grande que la amplitud de la característica mostrada en la 52/346/06 Figura 4. La Figura 7 muestra una tabla característica cuando la densidad de aire se emplea como una variable. En la Figura 7, la línea A muestra una forma de onda del valor de comando del ángulo de paso cuando la densidad de aire es alta, y la línea B muestra una forma de onda del valor de comando del ángulo de paso cuando la densidad de aire es baja. A continuación, cuando la velocidad del viento y la densidad de aire se determinan como valores fijos y sólo la potencia del generador de energía eólica se hace variar, y la potencia es mayor que el valor predeterminado (potencia requerida) , se aplica una gran fuerza aerodinámica a la aspa, y además, se aplica una gran fuerza aerodinámica fluctuante a la aspa, en comparación con el caso donde la operación se lleva a cabo con la potencia requerida. Por consiguiente, en el caso donde la potencia es mayor que la potencia requerida, se obtiene una tabla característica que tiene una amplitud superior a la amplitud del ángulo de paso fundamental mostrado en la Figura 4. La Figura 8 muestra una tabla característica cuando la potencia del generador de energía eólica se emplea como una variable. En la Figura 8, la línea A muestra una forma de onda del valor de comando del ángulo de paso cuando la potencia es alta, y la línea B muestra una forma de onda del valor de comando del ángulo de paso 52/346/06 cuando la potencia es baja. Ahora se describirá la operación del dispositivo de control del ángulo de paso de aspa de acuerdo con la modalidad antes mencionada. En primer lugar, cuando la unidad receptora del valor de comando 13 recibe un ángulo azimutal desde la unidad detectora del ángulo azimutal 11 y recibe la velocidad del viento, densidad de aire y potencia de generación de energía contenidos en la unidad detectora de parámetros 12, la unidad receptora del valor de comando 13 entonces recibe una tabla característica de la unidad de memoria 10, la tabla característica se selecciona en base a la velocidad del viento, densidad de aire y potencia de generación de energía. Posteriormente, en la tabla característica recibida, se reciben los valores de comando del ángulo de paso que corresponden al ángulo azimutal de cada aspa contenido en la unidad detectora del ángulo azimutal 11. En consecuencia, se pueden obtener los valores de comando del ángulo de paso que corresponden a cada una de la primera aspa, segunda aspa y la tercera aspa. La unidad receptora del valor de comando 13 le da salida a estos valores de comando del ángulo de paso obtenidos de esta manera hacia la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14. 52/346/06 La unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14 genera valores de comando de control del ángulo de paso para cada una de las aspas al agregar los valores de comando del ángulo de paso contenidos en la unidad receptora del valor de comando 13 al valor de comando del ángulo de paso común basándose en la potencia de generación de energía del generador de energía eólica, el valor de comando del ángulo de paso común se ingresa a la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15. La unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14 le da salida a estos valores de comando de control del ángulo de paso hacia los actuadores respectivos provistos en las aspas correspondientes . Por consiguiente, el ángulo de paso de cada aspa se controla para que sea el ángulo más adecuado para el estado operacional del generador de energía eólica en este momento . Cuando la unidad de memoria 10 no almacena una tabla característica que corresponda completamente con los valores parámetros encontrados en la unidad detectora de parámetros 12, se puede seleccionar una tabla característica que se aproxime más estrechamente a los valores parámetros. Alternativamente, se puede leer una pluralidad de tablas características aproximadas y estas 52/346/06 tablas características se pueden interpolar para determinar los valores de comando del ángulo de paso. Se ha descrito un dispositivo de control del ángulo de paso de aspa que se aplica a un generador de energía eólica que emplee un molino de viento de velocidad constante, pero el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de la presente invención también se puede aplicar a un generador de energía eólica que emplee un molino de viento de velocidad variable . Ahora se describirá un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que se aplica a un generador de energía eólica que emplee un molino de viento de velocidad constante. Cuando se emplea un molino de viento de velocidad constante, se controla el número de revoluciones del rotor de acuerdo con la potencia del generador de energía eólica, La fluctuación de carga de cada aspa también se hace cambiar al variar la velocidad rotacional (el número de revoluciones) . Por consiguiente, cuando se emplea este tipo de molino de viento de velocidad constante, el número de revoluciones del rotor también se puede considerar como un parámetro. De manera específica, con la configuración del dispositivo de control del ángulo de paso del aspa mostrado en la Figura 1, el número de revoluciones del rotor se agrega como un parámetro que se ingresa a la 52/346/06 unidad receptora del valor de comando 13 , y la unidad de memoria 10 almacena tablas características en las cuales también se considera el número de revoluciones del rotor. La unidad receptora del valor de comando 13 recibe una tabla característica contenido en la unidad de memoria 10, la tabla característica se selecciona con la velocidad del viento, la densidad de aire, la potencia de generación de energía y el número de revoluciones del rotor que se ingresaron. En la tabla característica recibida, se reciben los valores de comando del ángulo de paso correspondientes al ángulo azimutal de cada aspa contenidos en la unidad detectora del ángulo azimutal 11. Cada uno de los valores de comando del ángulo de paso después se les da salida a la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de . paso 14. Los procesos posteriores son los mismos que los de la primera modalidad anteriormente descrita. Aunque el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa anteriormente descrito puede reducir de manera significativa la fluctuación de carga generada en las aspas, el dispositivo tampoco genera una fluctuación en la potencia significativa. Se sabe que la banda de frecuencia en la presente de manera significativa esta fluctuación de carga depende del número de aspas . Por consiguiente, se determina un ángulo de paso para eliminar 52/346/06 esta fluctuación en la potencia significativa y el ángulo de paso resultante se refleja en el valor de comando de control del ángulo de paso del aspa, con lo que se reduce aún más la fluctuación en la potencia. En esta modalidad, al dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que se muestra en la Figura 1 se agrega un dispositivo eliminador de la fluctuación en la potencia que tiene la siguiente función. La Figura 9 muestra la estructura del dispositivo eliminador de la fluctuación en la potencia que se emplea cuando se utiliza un molino de viento de velocidad variable. Tal como se muestra en la Figura 9, el dispositivo eliminador de la fluctuación en la potencia incluye una unidad de análisis de frecuencias (dispositivo de extracción del componente de frecuencia) 21, un algoritmo de control (dispositivo de cálculo) 22, una unidad de análisis de frecuencias opuestas (dispositivo de cálculo) 23 y una unidad de cálculo 24. La unidad de análisis de frecuencias 21 extrae un componente de frecuencia que corresponde a un múltiplo integral del número de aspas a partir de la potencia del generador de energía eólica y le da salida al componente de frecuencia extraído. Por ejemplo, cuando se emplea un molino de viento que incluye tres aspas, se extrae un componente 3N (N = entero) . 52/346/06 El algoritmo de control 22 obtiene el componente de frecuencia contenido en la unidad de análisis de frecuencias 21 y el ángulo azimutal detectado por la unidad detectora del ángulo azimutal 11 mostrada en la Figura 1 como información de entrada. El algoritmo de control 22 calcula la información basándose en un algoritmo predeterminado para calcular una ?? (?) en el ángulo de paso fluctuante en el dominio de frecuencias, y le da salida a la ?? (?) en el ángulo de paso fluctuante. La unidad de análisis de frecuencias opuestas 23 obtiene la ?? (?) en el ángulo de paso fluctuante calculada con el algoritmo de control 22 como información de salida, calcula una ?? (t) en el ángulo de paso fluctuante en el dominio de tiempo al realizar un análisis de frecuencias opuestas, y le da salida a la ?? (t) en el ángulo de paso fluctuante . La unidad de cálculo 24 obtiene la ?? (t) en el ángulo de paso fluctuante en el dominio de tiempo calculado por medio de la unidad de análisis de frecuencias opuestas 23 y el valor de comando del ángulo de paso común se extrae de la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15 (véase la Figura 1) como información de salida, agrega estos valores para ajustar finamente el valor de comando del ángulo de paso común, y le da salida al valor de comando del ángulo de paso común finamente 52/346/06 ajustado hacia la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 14 (véase la Figura 1) . Tal como se describió anteriormente, la unidad de análisis de frecuencias 21 extrae un componente de frecuencia que afecta significativamente la fluctuación de carga de cada aspa a partir de la potencia del generador de energía eólica. El algoritmo de control 22 y la unidad de análisis de frecuencias opuestas 23 calculan un ángulo de paso en el cual se elimina el componente de frecuencia. La unidad de cálculo 24 refleja el ángulo de paso fundamental que sale de la unidad de análisis de frecuencias opuestas 23 en el valor de comando del ángulo de paso común. Por ello, sólo se puede eliminar la fluctuación de potencia significativa en un solo punto y se puede mantener estable la potencia de generación de energía. Cuando se emplea un molino de viento de velocidad variable, en el dispositivo eliminador de la fluctuación en la potencia que se muestra en la Figura 9, el número de revoluciones del rotor se ingresa como una señal de entrada. En otras palabras, dado que la potencia se controla con el número de revoluciones del rotor en el molino de viento de velocidad variable, la ?? (t) en el ángulo de paso fluctuante se calcula realizando un análisis de frecuencias del número de revoluciones del rotor en lugar de hacerlo considerando la potencia. Por consiguiente, se pueden 52/346/06 controlar los ángulos de paso del aspa con mayor precisión, incluso en molinos de viento de velocidad variable. Tomando como referencia los dibujos se ha descrito con detalle el dispositivo de control del ángulo de paso delO aspa de acuerdo con la primera modalidad de la presente invención. Sin embargo, la estructura específica no se limita a esta modalidad y también puede incluir cambios en el diseño y algo similar dentro del espíritu y alcance de la presente invención. Por ejemplo, los diversos parámetros no se limitan a la velocidad del viento, densidad de aire, potencia de generación de energía y velocidad del rotor (el número de revoluciones) antes descritos, si no está incluido cualquier parámetro que afecte la potencia y lo similar durante la generación de energía eólica. Entre estos parámetros, se puede emplear un ángulo de paso obtenido al considerar las fluctuaciones de todos los parámetros. Alternativamente, se puede controlar un ángulo de paso obtenido al considerar algunos de los parámetros (por ejemplo, sólo la velocidad del viento) . Aún más, los parámetros no se limitan a aquellos que se detectan sincronizadamente . Por ejemplo, la velocidad del viento y el ángulo azimutal se pueden detectar en intervalos predeterminados, y la densidad de aire y lo similar, como pequeños cambios ambientales, se 52/346/06 pueden detectar en intervalos predeterminados más prolongados que los que se emplean para la velocidad del viento y el ángulo azimutal . Segunda modalidad Ahora se describirá un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de acuerdo con una segunda modalidad de la presente invención. La Figura 10 es un diagrama de bloques que muestra la estructura de un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que se aplica a un generador de energía eólica empleado en un molino de viento de velocidad variable. Tal como se muestra en la Figura 10, el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de acuerdo con la presente modalidad incluye unidades medidoras de carga (dispositivos medidores de carga) 30, una unidad de análisis de frecuencias (dispositivo de cálculo) 31, una unidad generadora del ángulo de paso de ajuste (dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso) 32, una unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso (dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso) 36 y unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15. Cada una de las unidades medidoras de carga 30 mide una carga aplicada a un aspa correspondiente en 52/346/06 ángulos azimutales predeterminados (por ejemplo, cada 6 o ) , y le da salida a los resultados de medición como una señal eléctrica. La unidad medidora de carga 30 incluye, por ejemplo, un instrumento de medición del ángulo azimutal (dispositivo de medición del ángulo de paso) , un circuito generador de disparos (dispositivo generador de disparos) y un sensor (dispositivo de medición) . El instrumento de medición del ángulo azimutal mide los ángulos azimutales de cada aspa en intervalos de tiempo predeterminados. El circuito generador de disparos genera una señal de disparo cuando el resultado de medición del instrumento de medición del ángulo azimutal coincide con un ángulo azimutal predeterminado (por ejemplo, un ángulo que sea un múltiplo de 6°) . El sensor mide la carga basándose en la señal de disparo del circuito generador de disparos. Los ejemplos de sensores para medir la carga incluyen un indicador de tensión, una celda de carga y un sensor de fibra óptica que se instala en la porción base de la aspa o en un parte del molino de viento. La unidad de análisis de frecuencias 31 obtiene valores medidos (cargas) que se miden en ángulos azimutales predeterminados como señales de entrada a partir de las unidades medidoras de carga 30, y calcula una fluctuación periódica de la carga aplicada en cada aspa basándose en 52/346/06 los valores medidos. De manera específica, cuando se obtienen valores medidos correspondientes a una revolución, las características de ángulo azimutal de la carga se calculan empleando las siguientes expresiones computacionales (1.1) y (1.2)1 Las características del ángulo azimutal se puede expresar con un componente cosecante ZiC y un elemento seno Zis de la carga. iZ?c}„ = ~¿tí ? Z?(«*? ^) cos{nkA?) ( 1 - 1) 4=1 iZ?o}„ = ~ ?ñi? ?) sen{nkA?) (1.2) En las expresiones (1.1) y (1.2), el símbolo i representa el número de aspas . Cuando el generador de energía eólica incluye tres aspas, i = 1, 2 ó 3, el símbolo n representa un número entero que se deriva de acuerdo con el ciclo de la fluctuación de carga que se va a considerar. Cuando n=3 , significa que la fluctuación de carga se considera tres veces durante una revolución del rotor. El símbolo K representa el número de mediciones en el ángulo azimutal que fluctúa de 0° a 360°. Por ejemplo, "K = 12" significa que la carga se mide 12 veces mientras que el rotor gira 5 veces. El símbolo ?? representa un valor obtenido al dividir 360° entre K. 52/346/06 El símbolo zi (nk??) representa un valor de carga medido en cada ángulo azimutal, que es una señal de entrada proveniente de la unidad medidora de carga 30. Posteriormente, la unidad generadora del valor de comando de ajuste del ángulo de paso 32 obtiene los resultados de análisis de la unidad de análisis de frecuencias 31 como información de entrada y genera un valor de comando de ajuste del ángulo de paso para reducir la fluctuación para cada aspa basándose en los resultados de análisis. La unidad generadora del valor de comando de ajuste del ángulo de paso 32 incluye una unidad de cálculo del valor de comando de ajuste 33y una unidad de análisis de frecuencias opuestas 34. La unidad de cálculo del valor de comando de ajuste 33 obtiene los componentes cosecantes z±c y los componentes senos Zis de la fluctuación de carga, que se calculan con la unidad de análisis de frecuencias 31, como señales de entrada y calcula las señales de entrada Zic y Zis empleando una función de transferencia predeterminada. Por consiguiente, para cada aspa se calcula un valor de comando de ajuste ?dem para anular una fluctuación de carga significativa que periódicamente sucede. Los valores de comando de ajuste ?derr?, ?2dem y ?3dem que se calculan en este punto son valores en el dominio de las frecuencias . Un ejemplo de un método para determinar la 52/346/06 función de transferencia empleado en la unidad de cálculo del valor de comando de ajuste 33 es un método en el cual se lleva a cabo una simulación al mismo tiempo que se asumen varias fluctuaciones de carga, se obtienen los valores de comando de ajuste óptimos al analizar los resultados de simulación y se determina una función de transferencia a partir de los resultados . Alternativamente, se puede definir una pluralidad de funciones de transferencia de acuerdo con el estado operacional del molino de viento. La función de transferencia óptima se puede seleccionar de acuerdo con el estado operacional del molino de viento y de su uso. Con ello, se pueden determinar valores de comando de ajuste más adecuados. Posteriormente, la unidad de análisis de frecuencias opuestas 34 convierte los valores de comando de ajuste ?xdem, ?2dem y ?3dem, que se calculan con la unidad de cálculo del valor de comando de ajuste 33 y que son valores en el dominio de las frecuencias, en valores en el dominio del tiempo . En otras palabras, en un principio, estos valores de comando de ajuste son valores calculados basándose en las cargas medidas con las unidades medidoras de carga 30 en ángulos azimutales predeterminados. Por consiguiente, la información manejada por la unidad de análisis de frecuencias 31 y la unidad de cálculo del valor de comando 52/346/06 de ajuste 33 incluye características y valores de comando de ajuste que se obtienen con el cambio de ángulo. En contraste, un valor de comando del ángulo de paso común determinado por la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 35, el cual se describirá más adelante, es un valor de comando obtenido por el cambio en el tiempo, es decir, un valor de comando basado en el tiempo. En consecuencia, estos valores de comando deben ser congruentes entre sí. De conformidad con eso, la unidad de análisis de frecuencias opuestas 34 convierte los valores de comando de ajuste ?idem, ?2dem y ?3dem en valores ??(t), ?2(t) y ?3(t), respectivamente, en el dominio del tiempo empleando información acerca del ángulo azimutal en ese momento y una función predeterminada. La unidad de análisis de frecuencias opuestas 34 transmite los valores de comando de ajuste ?a(t), ?2(t) y ?3(t) como valores de comando del ángulo de paso de ajuste hacia la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 36. Los valores de comando del ángulo de paso de ajuste para reducir la fluctuación de carga se ingresan de la unidad generadora del valor de comando de ajuste del ángulo de paso 32 a la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 36. El valor de 52/346/06 comando del ángulo de paso común también se ingresa como un valor de control por retroalimentación para hacer corresponder la potencia en este momento con un valor objetivo desde la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 36 hasta la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 36. Este valor de comando del ángulo de paso común es un valor de comando que es común en cada aspa. La unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 36 agrega el valor de comando del ángulo de paso común de entrada a cada uno de los valores de comando del ángulo de paso de ajuste Q (t) , ?2(t) y ?3(t) para cada aspa, con lo que se generan valores de comando de control del ángulo de paso para controlar individualmente el ángulo de paso de cada aspa. La unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 36 después le da salida a los valores de comando de control del ángulo de pasó hacia los accionadores que controlan el ángulo de paso de cada aspa. Posteriormente, el ángulo de paso de cada aspa se controla con el actuador correspondiente en base al valor de comando de control . Tal como se describe en lo anterior, el dispositivo de control del ángulo de paso de aspa de acuerdo con esta modalidad proporciona las siguiente ventajas. En primer lugar, dado que las unidades medidoras 52/346/06 de carga 30 miden la carga en ángulos azimutales predeterminados con respecto a la velocidad rotacional de las aspas, este dispositivo no sólo se puede aplicar de manera ventajosa a un molino de viento de velocidad constante sino también a un molino de viento de velocidad variable, en el cual la velocidad rotacional de las aspas cambia dependiendo el estado operacional . En segundo lugar, las unidades medidoras de carga 30 miden la carga en ángulos azimutales predeterminados, la unidad de análisis de frecuencias 31 analiza las características de fluctuación de carga de la carga, la unidad generadora del ángulo de paso de ajuste 32 determina los valores de comando del ángulo de paso de ajuste para eliminar la fluctuación de carga en base a los resultados de análisis y la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 36 hace que los valores de comando del ángulo de paso de ajuste se reflejen en el control del ángulo de paso de cada aspa. Por consiguiente, se puede reducir una fluctuación de carga significativa que ocurra periódicamente. En tercer lugar, este dispositivo se enfoca en el hecho que una fluctuación de carga significativa de las aspas sucede periódicamente, y su objetivo es reducir la fluctuación de carga periódica. Por ello, incluso cuando sucede un retardo originado por el control por 52/346/06 retroalimentación, se puede eliminar la carga fluctuante con gran exactitud. En consecuencia, la fluctuación de carga se puede reducir de manera eficiente con un proceso mucho más simple que el control del ángulo de paso convencional que reduce las fluctuaciones de carga instantáneas. Por consiguiente, se puede controlar cada aspa para que tenga el ángulo de paso óptimo y se puede prolongar el tiempo de vida útil de las aspas y de las piezas mecánicas que constituyan el molino de viento. En cuarto lugar, dado que la unidad medidora de carga 30 incluye un instrumento de medición del ángulo azimutal que mide el ángulo azimutal de cada aspa en intervalos de tiempo predeterminados, un generador de disparos que genera una señal de disparo cuando el resultado de medición coincide con un ángulo azimutal predeterminado, y un sensor que mide la cara en base a la señal de disparo, se puede desarrollar con simplicidad la unidad medidora de carga 30. Alternativamente, la unidad medidora de carga 30 puede incluir, por ejemplo, un codificador que genera un disparo cuando al ángulo azimutal alcanza un ángulo predeterminado y un sensor que mide la carga en base al disparo. Dado que este codificador y sensor son mecanismos que en términos generales se conocen muy bien, se puede desarrollar con facilidad el dispositivo de medición de carga. 52/346/06 Se ha descrito la segunda modalidad de la presente invención con detalle tomando como referencia los dibujos. Sin embargo, la estructura específica no se limita a esta modalidad sino también puede incluir cambios en el diseño y lo similar dentro del espíritu y alcance de la presente invención. En primer lugar, , haciendo uso de unidades medidoras de aceleración que midan la aceleración de las aspas, se puede medir la aceleración de éstas en ángulos azimutales predeterminados para calcular el ángulo de paso óptimo para reducir la aceleración en lugar de la unidad medidora de carga 30 de la anterior modalidad. Con ello, se puede reducir la aceleración de las aspas o de las piezas mecánicas que constituyen el molino de viento. Además, al recibir una fluctuación de carga, las aspas o piezas mecánicas que constituyen el molino de viento vibran y generan aceleración. Debido a esta correlación, también se puede reducir la fluctuación de carga al reducir la aceleración de la manera antes descrita. En segundo lugar, en la modalidad se ha descrito el caso donde se aplica el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa a un molino de viento de velocidad variable, pero el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa de acuerdo con la anterior modalidad también se puede aplicar a un generador de energía eólica que emplee 52/346/06 un molino de viento de velocidad constante. Semejante molino de viento de velocidad constante, información ingresada a la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15 no es la velocidad rotacional del generador de energía sino la potencia del generador de energía, y el valor de comando del ángulo de paso común se determina de modo que la potencia del generador de energía coincida con el valor objetivo. En tercer lugar, los procesos realizados mediante la anterior unidad de análisis de frecuencias 31, la unidad de cálculo del valor de comando de ajuste 33, la unidad de análisis de frecuencias opuestas 34, la unidad generadora del valor de comando del ángulo de paso común 15 y con la unidad generadora del valor de comando de control del ángulo de paso 36 se pueden llevar a cabo con un simple dispositivo de cómputo. Esto se realiza al grabar un programa para realizar la función de cada unidad en un medio de grabación que se pueda leer con una computadora, al leer el programa grabado en el medio de grabación con un sistema de cómputo al ejecutar el programa. 2/346/06

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES ; 1. Un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que se emplea en un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas; el dispositivo de control del ángulo de paso de aspa comprende : un dispositivo de memoria en el cual se almacenan parámetros predeterminados que afectan la fluctuación de carga de las aspas, ángulos azimutales y valores de comando del ángulo de paso asociados entre sí; un dispositivo detector del ángulo azimutal que detecta el ángulo azimutal de cada una de las aspas; un dispositivo detector de parámetros que detecta los parámetros predeterminados; un dispositivo receptor del valor de comando que recibe los valores de comando del ángulo de paso para cada una de las aspas del dispositivo de memoria, los valores de comando del ángulo de paso se seleccionan basándose en el ángulo azimutal de cada una de las aspas detectado por el dispositivo detector de parámetros; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera los valores de comando de control del ángulo de paso para controlar individualmente el ángulo de paso de cada una de las aspas basándose en los valores de comando del ángulo de paso recibidos por el dispositivo receptor del valor de comando 52/346/06 y un valor de comando del ángulo de paso común que es común en cada aspa, el valor de comando del ángulo de paso común se determina con la información de potencia del generador de energía eólica.
2. 2. El dispositivo de control del ángulo de paso del aspa según la reivindicación 1, en donde los valores de comando del ángulo de paso almacenados en el dispositivo de memoria se fijan a valores en los cuales se reflejen las características de la cizalladura del viento en el sitio de instalación del generador de energía eólica.
3. 3. El dispositivo de control del ángulo de paso del aspa según la reivindicación 1, en donde los parámetros predeterminados comprenden la velocidad del viento, y el dispositivo detector de parámetros es un dispositivo que estima la velocidad del viento que incluye una tabla característica que relaciona la velocidad del viento y una potencia del generador de energía eólica, y que estima la velocidad del viento al leer en la tabla característica una velocidad del viento correspondiente a la potencia del generador de energía eólica.
4. 4. El dispositivo de control del ángulo de paso del aspa según la reivindicación 1, en donde además comprende : un dispositivo de extracción del componente de frecuencia que extrae un componente de frecuencia 52/346/06 correspondiente a un múltiplo integral del número de aspas a partir de alguno de la potencia de generación de energía del generador de energía eólica, el número de revoluciones del generador de energía y el número de revoluciones del rotor; y un dispositivo de cálculo que calcula un ángulo de paso para eliminar la fluctuación de carga originada por la fluctuación de frecuencia basándose en el componente de frecuencia extraído, en donde el dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso de preferencia hace que el ángulo de paso calculado por el dispositivo de cálculo se refleje en el valor de comando de control del ángulo de paso .
5. 5. Un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas; el generador comprende: un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que incluye : un dispositivo de memoria en el cual se almacenan parámetros predeterminados que afectan la fluctuación de carga de las aspas, los ángulos acimutales y los valores de comando del ángulo de paso asociados entre sí; un dispositivo detector del ángulo azimutal que detecta el ángulo azimutal de cada una de las aspas; un dispositivo detector de parámetros que detecta 52/346/06 los parámetros predeterminados; un dispositivo receptor del valor de comando que recibe los valores de comando del ángulo de paso para cada una de las aspas a partir del dispositivo de memoria, los valores de comando del ángulo de paso se seleccionan basándose en el ángulo azimutal de cada aspa detectada por el dispositivo detector del ángulo azimutal y los parámetros predeterminados detectados por el dispositivo detector de parámetros; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera valores de comando de control del ángulo de paso para controlar individualmente el ángulo de paso de cada aspa basándose en los valores de comando del ángulo de paso recibidos por el dispositivo receptor del valor de comando y un valor de comando del ángulo de paso común que es común en cada aspa, el valor de comando del ángulo de paso común se determina con la información de potencia del generador de energía eólica.
6. 6. Un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que se emplea en un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas; el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa comprende : dispositivos medidores de carga que miden una carga aplicada en las aspas o piezas mecánicas que constituyen un molino de viento en ángulos acimutales 52/346/06 predeterminados ; un dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso que genera un valor de comando de ajuste del ángulo de paso para cada aspa para reducir la carga medida con cada uno de los dispositivos medidores de carga; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera un valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa al hacer que el valor de comando de ajuste del ángulo de paso generado para cada aspa se refleje en un valor de comando del ángulo de paso común para controlar equitativamente las aspas.
7. 7. Un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa para un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas; el dispositivo de control del ángulo de paso del aspa comprende : dispositivos medidores de carga que miden una carga aplicada en las aspas o piezas mecánicas que constituyen un molino de viento en ángulos azimutales predeterminados; un dispositivo de cálculo que calcula una fluctuación periódica de la carga basándose en los valores medidos por los dispositivos medidores de carga; un dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso que genera un valor de comando de 52/346/06 ajuste del ángulo de paso para cada aspa para reducir una fluctuación de carga basándose en los resultados de cálculo del dispositivo de cálculo; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera un valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa al hacer que el valor de comando de ajuste del ángulo de paso generado para cada aspa se refleje en un valor de comando del ángulo de paso común para controlar equitativamente las aspas .
8. 8. El dispositivo de control del ángulo de paso del aspa según la reivindicación 6, en donde cada uno de los dispositivos medidores de carga incluye un dispositivo medidor del ángulo azimutal que mide el ángulo azimutal de cada de las aspas en intervalos de tiempo predeterminados; un dispositivo generador de señal de disparo que genera una señal de disparo cuando el resultado de medición coincide con un ángulo azimutal predeterminado; y un dispositivo de medición que mide una carga basándose en la señal de disparo.
9. 9. El dispositivo de control del ángulo de paso del aspa según la reivindicación 6, en donde cada uno de los dispositivos medidores de carga incluye: un codificador que genera un disparo cuando al ángulo azimutal alcanza un ángulo predeterminado; y un dispositivo de medición que mide una carga 52/346/06 base al disparo.
10. 10. Un generador de energía eólica que tiene una pluralidad de aspas, que comprende: un dispositivo de control del ángulo de paso del aspa que incluye : dispositivos medidores de carga que miden una carga aplicada en las aspas o piezas mecánicas que constituyen un molino de viento en ángulos azimutales predeterminados; un dispositivo generador del valor de comando de ajuste del ángulo de paso que genera un valor de comando de ajuste del ángulo de paso para cada aspa para reducir la carga medida con cada uno de los dispositivos medidores de carga; y un dispositivo generador del valor de comando de control del ángulo de paso que genera un valor de comando de control del ángulo de paso para cada aspa al hacer que el valor de comando de ajuste del ángulo de paso generado para cada aspa se refleje en un valor de comando del ángulo de paso común para controlar equitativamente las aspas. 52/346/06