ES3033298T3

ES3033298T3 - System and method for protecting wind turbines from flutter during high wind speeds

Info

Publication number: ES3033298T3
Application number: ES20155885T
Authority: ES
Inventors: Parag Rameshchandra Dharmadhikari; Martin Stettner
Original assignee: General Electric Renovables Espana SL
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2025-08-01
Anticipated expiration: 2040-02-06
Also published as: US20200263665A1; CN111561421B; CN111561421A; DK3696403T3; EP3696403B1; EP3696403A1

Abstract

Un sistema y método (200) para proteger un sistema de energía de turbina eólica (10) en ralentí contra daños durante una interrupción de la red eléctrica. El sistema de energía de turbina eólica cuenta con varias palas de rotor (22). El método (200) incluye la monitorización de la dirección del viento entrante (66) en el sistema de energía de turbina eólica (10). Cuando la dirección del viento entrante (66) cambia en un ángulo de ataque predeterminado, el método (200) también incluye la rotación de al menos una de las palas del rotor del sistema de energía de turbina eólica a un ángulo de paso desfasado con respecto a la posición de bandera en un número predeterminado de grados para reducir o eliminar el fenómeno de aleteo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para proteger a turbinas eólicas del aleteo durante altas velocidades del viento

Campo

[0001]La presente divulgación se refiere, en general, a una turbina eólica, y, más en particular, a sistemas y procedimientos para proteger a las turbinas eólicas del aleteo (“flutter” ) durante altas velocidades del viento.

Antecedentes

[0002]La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles actualmente, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna típicamente incluye una góndola fijada encima de una torre, un generador y una caja de engranajes alojada con la góndola, y un rotor configurado con la góndola que tiene un buje rotatorio con una o más palas de rotor. Las palas de rotor capturan energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos. Las palas de rotor transmiten la energía cinética en forma de energía de rotación para girar un eje que acopla las palas de rotor a una caja de engranajes o, si no se usa una caja de engranajes, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.

[0003]Las palas de rotor, en general, incluyen una concha de lado de succión y una concha de lado de presión aseguradas entre sí en líneas de unión a lo largo de los bordes de ataque y de salida de la pala. Además, las conchas de presión y succión son relativamente ligeras y tienen propiedades estructurales (por ejemplo, rigidez, resistencia al pandeo y robustez) que no están configuradas para resistir los momentos de flexión y otras cargas ejercidas sobre la pala de rotor durante la operación. Por tanto, para incrementar la rigidez, resistencia al pandeo y robustez de la pala de rotor, la concha de cuerpo típicamente está reforzada usando uno o más componentes estructurales (por ejemplo, tapas de larguero opuestas con una alma configurada entre las mismas) que se ensamblan con las superficies de lado de presión y succión interiores de las mitades de concha. Las tapas de larguero y/o el alma se pueden construir de diversos materiales, incluyendo, pero sin limitarse a, materiales compuestos laminados de fibra de vidrio y/o materiales compuestos laminados de fibra de carbono. El documento EP 2003335 A2 se refiere a una turbina eólica de eje horizontal, en la que cuando la velocidad del viento está por encima de un valor predeterminado, se fija un ángulo de orientación de la góndola, se controla un ángulo depitchde la pala de acuerdo con un ángulo de orientación de la dirección del viento con respecto a la góndola. El documento US 2013/0129508 A1 se refiere a una turbina eólica.

[0004]En los últimos años, las turbinas eólicas para la generación de energía eólica han incrementado significativamente de tamaño para lograr mejoras en la eficacia de generación de potencia y para incrementar la cantidad de generación de potencia. Junto con el incremento de tamaño de las turbinas eólicas para la generación de energía eólica, las palas de rotor de turbina eólica también han incrementado de tamaño. Con este tamaño incrementado, tanto la estructura de turbina eólica como las palas de rotor también pueden experimentar una carga incrementada.

[0005]Por ejemplo, las zonas de alta velocidad del viento (por ejemplo, huracanes, tifones, etc.) crean desafíos para las grandes turbinas eólicas, donde el riesgo para la estructura se vuelve muy alto, en particular, cuando la turbina eólica no tiene ningún refuerzo estructural. Uno de dichos riesgos es el fenómeno de aleteo, que, en general, se refiere a la inestabilidad dinámica de una estructura elástica en un flujo de fluido, provocada por la retroalimentación positiva entre la desviación del cuerpo y la fuerza ejercida por el flujo de fluido.

[0006]Por tanto, para minimizar los efectos negativos mencionados en el presente documento, sería ventajoso que la turbina eólica incluyera una lógica de control que protegiera a las turbinas eólicas del aleteo durante altas velocidades del viento. En consecuencia, la presente divulgación está dirigida a sistemas y procedimientos mejorados que reducen o eliminan el aleteo al modificar el ángulo depitchde pala de la turbina eólica.

Breve descripción

[0007]Los aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la práctica de la invención

[0008]En un aspecto, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento para proteger a un sistema de potencia de turbina eólica en marcha en vacío de los daños durante la pérdida de potencia de red de acuerdo con la reivindicación independiente 1. Un sistema de potencia de turbina eólica tiene una pluralidad de palas de rotor. Un procedimiento incluye monitorizar la dirección del viento entrante en el sistema de potencia de turbina eólica. Cuando la dirección del viento entrante cambia en un ángulo de ataque predeterminado, el procedimiento también incluye rotar al menos una de las palas de rotor del sistema de potencia de turbina eólica a un ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en un número predeterminado de grados para reducir y/o eliminar que se produzca el fenómeno de aleteo.

[0009]En un modo de realización, el procedimiento también puede incluir determinar al menos una de una posición de rotor o una orientación de rotor del sistema de potencia de turbina eólica y rotar al menos una de las palas de rotor del sistema de potencia de turbina eólica al ángulo depitchque está desplazado de la posición de bandera en un número predeterminado de grados cuando la posición de rotor y/o la orientación de rotor son indicativas de que se produce el fenómeno de aleteo.

[0010]El procedimiento incluye además orientar la góndola de la turbina eólica aproximadamente 180 grados en dirección contraria a la dirección del viento entrante cuando la dirección del viento entrante cambia en el ángulo de ataque predeterminado. El número predeterminado de grados incluye menos de aproximadamente 10 grados.

[0011]En modos de realización adicionales, rotar al menos una de las palas de rotor al ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en el número predeterminado de grados puede incluir rotar cada una de la pluralidad de palas de rotor en el mismo número de grados. En modos de realización alternativos, rotar al menos una de las palas de rotor al ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en el número predeterminado de grados puede incluir rotar cada una de la pluralidad de palas de rotor en un número diferente de grados.

[0012]En modos de realización particulares, la posición de bandera puede incluir una posición en la que una cuerda de la pala de rotor esté aproximadamente en línea con la dirección del viento entrante en reposo o con una rotación mínima.

[0013]El procedimiento incluye utilizar energía de reserva almacenada en el sistema de potencia de turbina eólica para alimentar uno o más componentes de turbina eólica durante la pérdida de potencia de red, comprendiendo los uno o más componentes de turbina eólica uno o más mecanismos de accionamiento de orientación. El sistema de potencia de turbina eólica incluye al menos un dispositivo de almacenamiento de energía para almacenar la energía de reserva. Además, el/los componente(s) de turbina eólica puede(n) incluir uno o más mecanismos de accionamiento depitch,un freno, un controlador principal y/o uno o más componentes eléctricos del sistema de potencia de turbina eólica.

[0014]En otros modos de realización, si el controlador principal del sistema de potencia de turbina eólica está fuera de línea debido a la pérdida de potencia de red, el dispositivo de almacenamiento de energía está configurado para alimentar la operación del sistema de potencia de turbina eólica sin interrupción.

[0015]En otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un sistema de control de reserva para proteger a un sistema de potencia de turbina eólica en marcha en vacío de los daños durante la pérdida de potencia de red de acuerdo con la reivindicación del sistema independiente. Un sistema de control de reserva incluye un sistema de control depitchque tiene una fuente de alimentación auxiliar y una pluralidad de mecanismos de accionamiento depitchcomunicativamente acoplados a la fuente de alimentación auxiliar por medio de un enlace de comunicación. Como tal, durante la pérdida de potencia de red, la fuente de alimentación auxiliar alimenta el sistema de control depitchpara implementar un plan de control para el sistema de potencia de turbina eólica. El plan de control incluye monitorizar la dirección del viento entrante en el sistema de potencia de turbina eólica. Cuando la dirección del viento entrante cambia en un ángulo de ataque predeterminado, el plan de control incluye rotar al menos una de la pluralidad de palas de rotor del sistema de potencia de turbina eólica a un ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en un número predeterminado de grados para reducir y/o eliminar que se produzca el fenómeno de aleteo. Se debe entender que el procedimiento también puede incluir cualquiera de las etapas y/o características como se describe en el presente documento.

[0016]Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0017]Una divulgación completa y habilitante de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra una vista interna simplificada de un modo de realización de una góndola de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 3 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un controlador de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 4 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de control de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación; y

la FIG. 5 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para proteger a un sistema de potencia de turbina eólica de los daños durante la pérdida de potencia de red de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0018]Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la divulgación, ilustrándose uno o más de sus ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se pueden usar características ilustradas o descritas como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía además otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0019]En referencia, ahora, a los dibujos, la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, la turbina eólica 10, en general, incluye una torre 12 que se extiende desde una superficie de soporte 14, una góndola 16, montada en la torre 12, y un rotor 18 acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje 20 rotatorio y al menos una pala de rotor 22 acoplada a y que se extiende hacia afuera desde el buje 20. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el rotor 18 incluye tres palas de rotor 22. Sin embargo, en un modo de realización alternativo, el rotor 18 puede incluir más o menos de tres palas de rotor 22. Cada pala de rotor 22 se puede espaciar alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para posibilitar que la energía cinética se transfiera, a partir del viento, en energía mecánica usable y, posteriormente, en energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 20 se puede acoplar de forma rotatoria a un generador eléctrico 24 (FIG. 2) situado dentro de la góndola 16 para permitir que se produzca energía eléctrica.

[0020]La turbina eólica 10 también puede incluir un controlador de turbina eólica 26 centralizado dentro de la góndola 16. Por ejemplo, como se muestra, el controlador de turbina 26 se puede ubicar en el armario de caja superior 48 (FIG. 2). Sin embargo, en otros modos de realización, el controlador 26 se puede ubicar dentro de cualquier otro componente de la turbina eólica 10 o en una localización fuera de la turbina eólica 10. Además, el controlador 26 se puede acoplar en comunicación a cualquier número de componentes de la turbina eólica 10 para controlar el funcionamiento de dichos componentes y/o implementar una acción de corrección. Como tal, el controlador 26 puede incluir un ordenador u otra unidad de procesamiento adecuada. Por tanto, en varios modos de realización, el controlador 26 puede incluir instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan, configuran el controlador 26 para realizar diversas funciones diferentes, tales como recibir, transmitir y/o ejecutar señales de control de turbina eólica. En consecuencia, el controlador 26 se puede configurar, en general, para controlar los diversos modos de operación (por ejemplo, secuencias de arranque o de parada), reducir la potencia o aumentar la potencia de la turbina eólica y/o componentes individuales de la turbina eólica 10.

[0021]En referencia, ahora, a la FIG. 2, se ilustra una vista interna simplificada de un modo de realización de la góndola 16 de la turbina eólica 10 mostrada en la FIG. 1. Como se muestra, un generador 24 se puede disponer dentro de la góndola 16. En general, el generador 24 se puede acoplar al rotor 18 para producir potencia eléctrica a partir de la energía de rotación generada por el rotor 18. Por ejemplo, como se muestra en el modo de realización ilustrado, el rotor 18 puede incluir un eje de rotor 34 acoplado al buje 20 para la rotación con el mismo. El eje de rotor 34, a su vez, se puede acoplar de forma rotatoria a un eje de generador 36 del generador 24 a través de una caja de engranajes 38. Como se entiende, en general, el eje de rotor 34 puede proporcionar una entrada de baja velocidad y alto par de torsión a la caja de engranajes 38 en respuesta a la rotación de las palas de rotor 22 y del buje 20. La caja de engranajes 38 se puede configurar, a continuación, para convertir la entrada de baja velocidad y alto par de torsión en una salida de alta velocidad y bajo par de torsión para accionar el eje de generador 36 y, por tanto, el generador 24.

[0022]La turbina eólica 10 también puede tener un mecanismo de accionamiento de orientación 40 configurado para cambiar el ángulo de la góndola 16 con respecto al viento (por ejemplo, ensamblando un rodamiento de orientación 42 de la turbina eólica 10 que esté dispuesto entre la góndola 16 y la torre 12 de la turbina eólica 10). Además, cada mecanismo de accionamiento de orientación 40 puede incluir un motor de accionamiento de orientación 44 (por ejemplo, cualquier motor eléctrico adecuado), una caja de engranajes de accionamiento de orientación 45 y un piñón de accionamiento de orientación 46. En dichos modos de realización, el motor de accionamiento de orientación 44 se puede acoplar a la caja de engranajes de accionamiento de orientación 45 de modo que el motor de accionamiento de orientación 44 confiera fuerza mecánica a la caja de engranajes de accionamiento de orientación 45. De forma similar, la caja de engranajes de accionamiento de orientación 45 se puede acoplar al piñón de accionamiento de orientación 46 para su rotación con el mismo. El piñón de accionamiento de orientación 46 puede estar, a su vez, en ensamblaje en rotación con el rodamiento de orientación 42 acoplado entre la torre 12 y la góndola 16 de modo que la rotación del piñón de accionamiento de orientación 46 provoque la rotación del rodamiento de orientación 42. Por tanto, en dichos modos de realización, la rotación del motor de accionamiento de orientación 44 acciona la caja de engranajes de accionamiento de orientación 45 y el piñón de accionamiento de orientación 46, rotando, de este modo, el rodamiento de orientación 42 y la góndola 16 alrededor del eje de orientación 43. De forma similar, la turbina eólica 10 puede incluir un sistema de control depitch35 que tenga uno o más mecanismos de ajuste depitch32 acoplados en comunicación al controlador de turbina eólica 26, estando configurado(s) cada mecanismo(s) de ajuste depitch32 para rotar el rodamiento depitch47 y, por tanto, la(s) pala(s) de rotor 22 individual(es) alrededor del eje depitch28.

[0023]Además, la turbina eólica 10 también puede incluir uno o más sensores 52 para monitorizar diversas condiciones del viento de la turbina eólica 10. Por ejemplo, se puede medir la dirección de viento entrante 66, velocidad del viento o cualquier otra condición del viento adecuada cerca de la turbina eólica 10, tal como a través del uso de un sensor meteorológico adecuado 52. Los sensores meteorológicos 52 adecuados incluyen, por ejemplo, dispositivos de distancia y detección por luz ("LIDAR"), dispositivos de distancia y detección por sonido ("SODAR"), anemómetros, veletas, barómetros, dispositivos de radar (tales como dispositivos de radar Doppler) o cualquier otro dispositivo de detección que pueda proporcionar información sobre la dirección del viento, ya conocidos o desarrollados posteriormente en la técnica.

[0024]En referencia, ahora, a la FIG. 3, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización del controlador 26 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el controlador 26 puede incluir un ordenador u otra unidad de procesamiento adecuada que pueda incluir instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan, configuran el controlador 26 para realizar diversas funciones diferentes, tales como recibir, transmitir y/o ejecutar señales de control de turbina eólica. Más específicamente, como se muestra, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de componentes adecuados que se pueden incluir dentro del controlador 26 de acuerdo con aspectos de ejemplo de la presente divulgación. Como se muestra, el controlador 26 puede incluir uno o más procesadores 58 y dispositivos de memoria 60 asociados configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares divulgados en el presente documento).

[0025]Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables. Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 60 pueden comprender, en general, elemento(s) de memoria, incluyendo, pero sin limitarse a, medio legible por ordenador (por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM)), medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoriaflash),un disquete, un disco compacto de memoria de solo lectura (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados.

[0026]Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 60 se puede(n) configurar, en general, para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 58, configuran el controlador 26 para realizar las diversas funciones como se describe en el presente documento. Adicionalmente, el controlador 26 también puede incluir un interfaz de comunicaciones 62 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 26 y los diversos componentes de la turbina eólica 10. Una interfaz puede incluir uno o más circuitos, terminales, clavijas, contactos, conductores u otros componentes para enviar y recibir señales de control. Además, el controlador 26 puede incluir una interfaz de sensor 64 (por ejemplo, uno o más convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde los sensores se conviertan en señales que se puedan entender y procesar por el procesador 58.

[0027]En referencia, ahora, a la FIG. 4, se ilustra un sistema de control 100 distribuido para una turbina eólica, tal como la turbina eólica 10 de la FIG. 1, de acuerdo con un modo de realización de la divulgación. Como se muestra, el sistema de control 100 puede incluir el controlador de turbina eólica principal 26 y una pluralidad de módulos de entrada y salida (E/S) 104, 106, 108 distribuidos para el control individual de uno o más componentes de turbina eólica. Por tanto, como se describirá en el presente documento, el sistema de control 100 distribuido tiene capacidades de reserva para proteger al sistema 100 de los daños durante la pérdida de potencia de red.

[0028]Más específicamente, como se muestra en el modo de realización ilustrado, el sistema de control 100 incluye un módulo de E/S 104 distribuido de caja superior, un módulo de E/S 106 distribuido en la parte de abajo de la torre y un módulo de E/S 108 distribuido de torre. Además, como se muestra, cada uno de los módulos de E/S 104, 106, 108 distribuidos está conectado al controlador de turbina principal 26 por medio de una pluralidad de enlaces de comunicación 92 para instruir y monitorizar. Se debe entender que los enlaces de comunicaciones 92 como se describe en el presente documento pueden incluir cualquier medio de comunicación adecuado para transmitir las señales. Por ejemplo, los enlaces de comunicaciones 92 pueden incluir cualquier número de enlaces cableados o inalámbricos, incluyendo la comunicación por medio de una o más conexiones Ethernet, conexiones de fibra óptica, buses de red, líneas de potencia, conductores o circuitos para transmitir información de forma inalámbrica. Además, se pueden comunicar señales a través de los enlaces de comunicaciones 92 usando cualquier protocolo de comunicación adecuado, tal como un protocolo de comunicación en serie, un protocolo a través de línea de potencia de banda ancha, un protocolo de comunicación inalámbrica u otro protocolo adecuado.

[0029]Por tanto, durante la operación normal, el controlador de turbina 26 está configurado para recibir información de los módulos de entrada y enviar información a los módulos de salida. Las entradas y salidas pueden ser señales analógicas que cambian continuamente o bien señales discretas. Más específicamente, en determinados modos de realización, el módulo de E/S 104 distribuido de caja superior está configurado para proporcionar una E/S al controlador de turbina 26 para controlar los componentes en la parte de abajo de la torre de la turbina eólica 10, por ejemplo, los mecanismos de accionamiento de orientación 40 y/o los mecanismos de accionamiento depitch32. De forma similar, el módulo de E/S 106 distribuido en la parte de abajo de la torre está configurado para proporcionar una E/S al controlador de turbina 26 para controlar el conjunto eléctrico en la parte de abajo de la torre, por ejemplo, transformadores, etc. El módulo de E/S 108 distribuido de torre está configurado para proporcionar una E/S a los componentes de torre como se describe en el presente documento. Además, el sistema de control 100 puede incluir más o menos módulos de E/S distribuidos que los representados en la FIG. 4 dependiendo de los componentes específicos de la turbina eólica 10.

[0030]Todavía en referencia a la FIG. 4, el sistema de control 100 de la presente divulgación incluye un sistema de orientación 70 que tiene una pluralidad de componentes del sistema de orientación configurados para cambiar un ángulo de la góndola 16 de la turbina eólica 10 con respecto a la dirección del viento entrante 66 que puede operar a través de varios fallos del sistema 100 global. Además, como se muestra, el sistema de control 100 puede incluir una fuente de alimentación auxiliar 72 que tenga un dispositivo de control de potencia de freno hidráulico (por ejemplo, un accionamiento de frecuencia variable 74). Como tal, la fuente de alimentación auxiliar 72 está configurada para alimentar todos los controladores lógicos programables (PLC) del sistema de control 100, así como para proporcionar la comunicación y los controles del sistema de control 100. Además, el sistema de control 100 puede incluir una unidad de filtro 73 que esté conectada a la salida de la fuente de alimentación auxiliar 72. Por ejemplo, en un modo de realización, la fuente de alimentación auxiliar 72 puede corresponder a un inversor de frecuencia fija (es decir, que funcione a la frecuencia deseada que sea igual a la frecuencia de red predominante) que proporcione una salida de PWM. En dicho modo de realización, la unidad de filtro 73 puede incluir un filtro sinusoidal para eliminar los armónicos de la salida.

[0031]El sistema de control 100 puede incluir además una unidad de frenado 76 acoplada al accionamiento de frecuencia variable 74. Más específicamente, como se muestra en el modo de realización ilustrado, la unidad de frenado 76 puede incluir un interruptor electrónico de freno 78 acoplado al accionamiento de frecuencia variable 74 y al menos dos resistencias de freno dinámico 80, 82 acopladas al interruptor electrónico de freno 78. Como tales, las múltiples resistencias de freno dinámico 80, 82 proporcionan redundancia a la unidad de frenado 76 en caso de fallo de la resistencia.

[0032]Además, como se muestra, el sistema de control 100 incluye al menos dos dispositivos de almacenamiento de energía 84, 86 acoplados a la unidad de frenado 76. Más específicamente, como se muestra, cada uno del/de los dispositivo(s) de almacenamiento de energía 84, 86 puede incluir al menos dos unidades de batería 85, 87 acopladas a al menos dos cargadores de batería 88, 89 por medio de un fusible 90. En otras palabras, las unidades de batería 85, 87 y/o cargadores de batería 88, 89 están diseñados para operar en una configuración de carga compartida, pudiendo cada una de las unidades de batería 85, 87 y/o cargadores de batería 88, 89 tomar la carga completa. Además, el fusible 90 descrito en el presente documento proporciona protección por fusible de CC en la salida de la(s) unidad(es) de batería 85, 87, en particular, para protección frente a chispa de arco y sobrecarga contra cortocircuitos.

[0033]Como se menciona, el sistema de control 100 también incluye los mecanismos de accionamiento de orientación 40 (incluyendo, al menos, el motor de accionamiento de orientación 44 y el rodamiento de orientación 42) y los mecanismos de accionamiento depitch32 descritos en el presente documento que están comunicativamente acoplados a la fuente de alimentación auxiliar 72 y al controlador principal 26 por medio de uno o más enlaces de comunicación 92. Más específicamente, como se muestra, cada uno de los mecanismos de accionamiento de orientación 40 incluye un dispositivo de control de potencia de orientación (por ejemplo, accionamiento de frecuencia variable de orientación 75). Por ejemplo, en determinados modos de realización, los accionamientos de frecuencia variable de orientación 75 pueden corresponder a convertidores frontales de cuatro cuadrantes que proporcionen puentes de CA y CC consecutivos para posibilitar el flujo de energía en ambas direcciones con un bus de CC común. Además, como se muestra, el sistema de orientación 100 puede incluir un transformador de devanado múltiple 77 para facilitar la transferencia de energía bidireccional, posibilitando, de este modo, el intercambio de energía entre todos los componentes del sistema.

[0034]Todavía en referencia a la FIG. 4, el sistema de orientación 70 también puede incluir uno o más controladores 79 configurados para controlar los accionamientos de frecuencia variable 75. Por ejemplo, en un modo de realización, los accionamientos de frecuencia variable de orientación 75 pueden corresponder a convertidores inteligentes, teniendo cada uno un controlador 79 separado configurado para evaluar las fuerzas localmente y compararlas con una o más instrucciones de accionamiento, lo que elimina la dependencia del controlador de turbina 26. Además, como se muestra, el sistema de control depitch35 también se puede conectar a la fuente de alimentación auxiliar 72 por medio de un enlace de comunicación 92. Además, como se menciona, el sistema de control depitch35 puede incluir los mecanismos de accionamiento depitch32 (es decir, uno para cada pala de rotor 22). Por tanto, durante la pérdida de potencia de red, la fuente de alimentación auxiliar 72 alimenta el sistema de control depitch35 para implementar un plan de control para el sistema de potencia de turbina eólica 100.

[0035]En referencia, ahora, a la FIG. 5, se ilustra un diagrama de flujo 200 de un procedimiento para proteger a un sistema de potencia de turbina eólica de los daños durante la pérdida de potencia de red de acuerdo con la presente divulgación. En general, el procedimiento 200 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 10 y al sistema de control 100 mostrados en las FIGS. 1-4. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 200 divulgado se puede implementar con palas de rotor que tengan cualquier otra configuración adecuada. Además, aunque la FIG. 5 represente las etapas realizadas en un orden particular para propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados en el presente documento no se limitan a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversos modos sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0036]Como se muestra en (202), el procedimiento 200 puede incluir monitorizar una dirección del viento entrante en el sistema de potencia de turbina eólica 10. Como se muestra en (204), el procedimiento 200 incluye determinar si la dirección del viento cambia en un ángulo de ataque predeterminado. Si es así, como se muestra en (206), el procedimiento 200 puede incluir implementar un plan de control 208 para el sistema de potencia de turbina eólica 100. Por ejemplo, como se muestra en (210), el plan de control 208 puede incluir rotar al menos una de las palas de rotor 22 a un ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en un número predeterminado de grados para reducir y/o eliminar que se produzca el fenómeno de aleteo. En dichos modos de realización, la posición de bandera descrita en el presente documento puede incluir una posición en la que una cuerda de la pala de rotor 22 esté aproximadamente en línea con la dirección del viento entrante 66 en reposo o con una rotación mínima.

[0037]En un modo de realización, como se muestra en (212), el plan de control 208 también puede incluir determinar una posición de rotor y/o una orientación de rotor del sistema de potencia de turbina eólica 10 y rotar al menos una de las palas de rotor 22 al ángulo depitchque está desplazado de la posición de bandera en el número predeterminado de grados cuando la posición de rotor y/o la orientación de rotor son indicativas de que se produce el fenómeno de aleteo. Más específicamente, en un modo de realización, el número predeterminado de grados es menos de aproximadamente 10 grados, tal como menos de aproximadamente 5 grados. En dichos modos de realización, la desviación/desplazamiento minúsculo de las palas 22 individuales de la posición de bandera está configurado para dar como resultado drásticas reducciones del aleteo y es posible debido a que el sistema de control 100 tiene una significativa energía de reserva almacenada que está disponible durante la pérdida de potencia de red. En determinados modos de realización, el procedimiento 200 puede incluir rotar cada una de las palas de rotor 22 en dirección contraria a la posición de bandera en el mismo número de grados. En determinados modos de realización, el procedimiento 200 puede incluir rotar cada una de las palas de rotor 22 en dirección contraria a la posición de bandera en un número diferente de grados.

[0038]El procedimiento 200 incluye además orientar la góndola 16 aproximadamente 180 grados en dirección contraria a la dirección del viento entrante 66 cuando la dirección del viento entrante 66 cambia en el ángulo de ataque predeterminado.

[0039]El procedimiento 200 también incluye utilizar energía de reserva almacenada en el sistema de potencia de turbina eólica 100 para alimentar uno o más componentes de turbina eólica durante la pérdida de potencia de red. Uno o más de los dispositivos de almacenamiento de energía 84, 86 están configurados para almacenar la energía de reserva. Como tal, si el controlador principal 26 del sistema de potencia de turbina eólica 100 está fuera de línea debido a la pérdida de potencia de red, los dispositivos de almacenamiento de energía 84, 86 están configurados para alimentar la operación del sistema de potencia de turbina eólica 100 sin interrupción.

[0040]Esta descripción por escrito usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para posibilitar que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento (200) para proteger a un sistema de potencia de turbina eólica (10) en marcha en vacío de los daños durante la pérdida de potencia de red, teniendo el sistema de potencia de turbina eólica (10) una pluralidad de palas de rotor (22), comprendiendo el procedimiento (200):

monitorizar una dirección del viento entrante (66) en el sistema de potencia de turbina eólica (10);

cuando la dirección del viento entrante (66) cambia en un ángulo de ataque predeterminado, rotar al menos una de la pluralidad de palas de rotor (22) del sistema de potencia de turbina eólica (10) a un ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en un número predeterminado de grados para reducir y/o eliminar que se produzca el fenómeno de aleteo, en el que el número predeterminado de grados comprende menos de aproximadamente 10 grados;

utilizar energía de reserva almacenada en el sistema de potencia de turbina eólica (10) para alimentar uno o más componentes de turbina eólica (10) durante la pérdida de potencia de red, en el que el sistema de potencia de turbina eólica (10) comprende además al menos un dispositivo de almacenamiento de energía para almacenar la energía de reserva, y en el que los uno o más componentes de turbina eólica (10) comprenden uno o más mecanismos de accionamiento de orientación; y

orientar la góndola de la turbina eólica (10) aproximadamente 180 grados en dirección contraria a la dirección del viento entrante (66) cuando la dirección del viento entrante (66) cambia en el ángulo de ataque predeterminado.

2. El procedimiento (200) de la reivindicación 1, que comprende además determinar al menos una de una posición de rotor o una orientación de rotor del sistema de potencia de turbina eólica (10) y rotar al menos una de la pluralidad de palas de rotor (22) del sistema de potencia de turbina eólica (10) al ángulo depitchque está desplazado de la posición de bandera en el número predeterminado de grados cuando la posición de rotor y/o la orientación de rotor son indicativas de que se produce el fenómeno de aleteo.

3. El procedimiento (200) de la reivindicación 1 o 2, en el que rotar al menos una de la pluralidad de palas de rotor (22) del sistema de potencia de turbina eólica (10) al ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en el número predeterminado de grados comprende además rotar cada una de la pluralidad de palas de rotor (22) en el mismo número de grados.

4. El procedimiento (200) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que rotar al menos una de la pluralidad de palas de rotor (22) del sistema de potencia de turbina eólica (10) al ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en el número predeterminado de grados comprende además rotar cada una de la pluralidad de palas de rotor (22) en un número diferente de grados.

5. El procedimiento (200) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la posición de bandera comprende una posición en la que una cuerda de la pala de rotor está aproximadamente en línea con la dirección del viento entrante (66) en reposo o con rotación mínima.

6. El procedimiento (200) de la reivindicación 1, en el que los uno o más componentes de turbina eólica (10) comprenden además al menos uno de uno o más mecanismos de accionamiento depitch,un freno, un controlador principal o uno o más componentes eléctricos del sistema de potencia de turbina eólica (10).

7. El procedimiento (200) de la reivindicación 6, en el que, si el controlador principal del sistema de potencia de turbina eólica (10) está fuera de línea debido a la pérdida de potencia de red, el dispositivo de almacenamiento de energía está configurado para alimentar la operación del sistema de potencia de turbina eólica (10) sin interrupción.

8. Un sistema de control (100) de reserva para proteger a un sistema de potencia de turbina eólica (10) en marcha en vacío de los daños durante la pérdida de potencia de red, comprendiendo el sistema de control (100) de reserva:

un sistema de control depitch(35) que tiene una fuente de alimentación auxiliar y una pluralidad de mecanismos de accionamiento depitchcomunicativamente acoplados a la fuente de alimentación auxiliar por medio de un enlace de comunicación,

en el que, durante la pérdida de potencia de red, la fuente de alimentación auxiliar alimenta el sistema de control depitch(35) para implementar un plan de control para el sistema de potencia de turbina eólica (10), comprendiendo el plan de control:

monitorizar la dirección del viento entrante (66) en el sistema de potencia de turbina eólica (10);

9. El sistema de control de reserva (100) de la reivindicación 8, en el que el plan de control comprende además:

determinar al menos una de una posición de rotor o una orientación de rotor del sistema de potencia de turbina eólica (10); y,

rotar al menos una de la pluralidad de palas de rotor (22) del sistema de potencia de turbina eólica (10) al ángulo depitchque está desplazado de la posición de bandera en el número predeterminado de grados cuando la posición de rotor y/o la orientación de rotor son indicativas de que se produce el fenómeno de aleteo.

10. El sistema de control de reserva (100) de la reivindicación 8, en el que rotar al menos una de la pluralidad de palas de rotor (22) del sistema de potencia de turbina eólica (10) al ángulo depitchque está desplazado de una posición de bandera en el número predeterminado de grados comprende además rotar cada una de la pluralidad de palas de rotor (22) en el mismo número de grados.