ES2376815B1 - METHOD FOR EVALUATING THE IMPROVEMENT OF THE ROTOR OF AN AEROGENERATOR. - Google Patents
METHOD FOR EVALUATING THE IMPROVEMENT OF THE ROTOR OF AN AEROGENERATOR. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2376815B1 ES2376815B1 ES200803726A ES200803726A ES2376815B1 ES 2376815 B1 ES2376815 B1 ES 2376815B1 ES 200803726 A ES200803726 A ES 200803726A ES 200803726 A ES200803726 A ES 200803726A ES 2376815 B1 ES2376815 B1 ES 2376815B1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- rotor
- imbalance
- wind turbine
- mass
- magnitude
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0296—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce noise emissions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
- G01M1/14—Determining imbalance
- G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
- F05B2260/966—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by correcting static or dynamic imbalance
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/335—Output power or torque
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, que consta de una torre (3), una nacelle (2) y un rotor (1) compuesto por varias palas, girando dicho rotor respecto de un eje substancialmente horizontal orientado en la dirección del viento, pudiendo tener desequilibrio aerodinámico y másico, para cuya evaluación comprende las etapas de hacer funcionar al aerogenerador a un régimen de producción de potencia substancialmente menor que su potencia nominal; de obtener unas señales indicativas de las cargas en el aerogenerador mediante sensores localizados en la nacelle (2) y/o la torre (3), o mediante parámetros operacionales de la turbina; de calcular en dichas señales indicativas de carga en el aerogenerador al menos una magnitud (13) del armónico 1p calculado en función de la posición azimutal ({ps}) del rotor; comparar la magnitud (13) del armónico 1p con un umbral preestablecido, y; de decidir que existe un desequilibrio másico en el rotor (1) si dicha magnitud supera el citado umbral.Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, consisting of a tower (3), a nacelle (2) and a rotor (1) composed of several blades, rotating said rotor with respect to a substantially horizontal axis oriented in the direction of the wind, being able to have aerodynamic and mass imbalance, for whose evaluation it comprises the steps of operating the wind turbine at a power production regime substantially less than its nominal power; to obtain indicative signals of the loads in the wind turbine by means of sensors located in the nacelle (2) and / or the tower (3), or by means of operational parameters of the turbine; of calculating in said indicative signals of load on the wind turbine at least a magnitude (13) of the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position ({ps}) of the rotor; compare the magnitude (13) of the 1p harmonic with a preset threshold, and; deciding that there is a mass imbalance in the rotor (1) if said magnitude exceeds said threshold.
Description
Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador. Method to assess imbalance of the rotor of a wind turbine.
Objeto de la invención Object of the invention
La presente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, teniendo por objeto detectar el desequilibrio en el rotor del aerogenerador y analizar la naturaleza del mismo. The present invention, as expressed in the statement of the present specification, refers to a method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, with the object of detecting the imbalance in the rotor of the wind turbine and analyzing the nature thereof.
Así, un primer objeto de la invención es proporcionar un método para detectar si existe desequilibrio y para discriminar si el equilibrio es másico o aerodinámico. Thus, a first object of the invention is to provide a method to detect if there is imbalance and to discriminate whether the balance is massive or aerodynamic.
Un segundo objeto de la invención es establecer un cálculo del desequilibrio según su origen. A second object of the invention is to establish an imbalance calculation according to its origin.
Un tercer objeto de la invención es proporcionar un método de operación para compensar dicho desequilibrio, eliminándose de forma efectiva las consecuencias de este efecto sobre las cargas mecánicas y sobre la producción energética. A third object of the invention is to provide an operation method to compensate for said imbalance, effectively eliminating the consequences of this effect on mechanical loads and energy production.
Campo de aplicación Scope
En la presente memoria se describe un método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, de aplicación en todos aquellos aerogeneradores que constan de una torre, una nacelle y un rotor compuesto por varias palas y girando dicho rotor respecto de un eje substancialmente horizontal orientado en la dirección del viento. This report describes a method to evaluate the imbalance of a wind turbine rotor, applicable in all those wind turbines that consist of a tower, a nacelle and a rotor composed of several blades and rotating said rotor with respect to a substantially horizontal axis oriented in the direction of the wind.
Antecedentes de la invención Background of the invention
La fabricación de palas de aerogenerador se realiza mediante técnicas que conjugan procedimientos automáticos y manuales. Esto puede dar lugar a cierta dispersión en el acabado final de los perfiles de una pala a otra, así como en la masa y distribución de la misma a lo largo de su eje longitudinal. The manufacture of wind turbine blades is carried out using techniques that combine automatic and manual procedures. This may result in some dispersion in the final finish of the profiles from one blade to another, as well as in the mass and distribution thereof along its longitudinal axis.
Estas tolerancias pueden provocar que el rotor montado en un aerogenerador no esté completamente equilibrado tanto desde un punto de vista aerodinámico, como desde un punto de vista másico. These tolerances may cause the rotor mounted on a wind turbine to not be fully balanced both from an aerodynamic point of view, and from a mass point of view.
Dichos efectos de desequilibrio pueden darse además por otros motivos, tales como la degradación de las palas, la aparición de hielo causado por las condiciones meteorológicas o por un montaje incorrecto de la pala o del sistema de actuación de paso de pala. Said imbalance effects can also occur for other reasons, such as the degradation of the blades, the appearance of ice caused by weather conditions or an incorrect assembly of the blade or the blade pitch action system.
De esta forma, la contribución de cada pala sobre las cargas del aerogenerador puede no ser uniforme debido a causas no deseadas, tales como un incorrecto montaje de la pala o del sistema de actuación sobre el ángulo de paso, según el cual al menos una de ellas presenta un ángulo de calado distinto al deseado, o debidas a las tolerancias de fabricación entre las distintas palas. Esto puede provocar cargas de fatiga de tipo aerodinámico que acortan la vida del aerogenerador, y que pueden causar además una merma en la producción de energía. Este tipo de efectos se conocen como desequilibrio aerodinámico. In this way, the contribution of each blade on the wind turbine loads may not be uniform due to unwanted causes, such as an incorrect assembly of the blade or the actuation system on the pitch angle, according to which at least one of They have an angle of draft different from that desired, or due to manufacturing tolerances between the different blades. This can cause aerodynamic fatigue loads that shorten the life of the wind turbine, and which can also cause a reduction in energy production. These types of effects are known as aerodynamic imbalance.
Además, el proceso de fabricación de las palas puede también producir cierta dispersión en la masa de la pala, In addition, the blade manufacturing process can also produce some dispersion in the blade mass,
o al menos, en su distribución másica a lo largo de su eje longitudinal, dando lugar a desequilibrios del rotor de tipo másico. Esto también causa cargas de fatiga mayores, lo que provoca una reducción de la vida del aerogenerador. or at least, in its mass distribution along its longitudinal axis, resulting in imbalances of the mass-type rotor. This also causes greater fatigue loads, which causes a reduction in the life of the wind turbine.
Igualmente, también es posible que el desequilibrio másico o aerodinámico se den en un rotor como consecuencia de la degradación de las palas (rotura parcial o total de elementos estructurales, suciedad, impacto de aves, etc.), o la adición de hielo producido por ciertas condiciones ambientales transitorias. Likewise, it is also possible that the mass or aerodynamic imbalance occurs in a rotor as a result of the degradation of the blades (partial or total breakage of structural elements, dirt, bird impact, etc.), or the addition of ice produced by certain transient environmental conditions.
El desequilibrio aerodinámico y másico pueden darse simultáneamente, superponiéndose el efecto producido por ambos, lo que dificulta la distinción de la fuente del desequilibrio. The aerodynamic and mass imbalance can occur simultaneously, overlapping the effect produced by both, which makes it difficult to distinguish the source of the imbalance.
Además, es imprescindible conocer la causa del desequilibro ya que las acciones correctoras para corregir un desequilibrio son totalmente distintas si el desequilibrio es másico o aerodinámico. In addition, it is essential to know the cause of the imbalance since the corrective actions to correct an imbalance are totally different if the imbalance is massive or aerodynamic.
Así, por ejemplo, un desequilibrio másico no motivado por la presencia de hielo se corrige añadiendo masa en el rotor en la posición adecuada. Sin embargo si el desequilibrio es aerodinámico y está provocado por un incorrecto montaje de la pala, se corrige variando el ángulo de calado de dicha pala o realizando un nuevo montaje del rotor. Thus, for example, a mass imbalance not motivated by the presence of ice is corrected by adding mass in the rotor in the proper position. However, if the imbalance is aerodynamic and is caused by incorrect blade assembly, it is corrected by varying the angle of draft of said blade or by re-assembling the rotor.
Un rotor desequilibrado, sea su desequilibrio de origen másico o aerodinámico, se traduce en cargas en el aerogenerador que fluctúan según la frecuencia de giro del rotor, frecuencia conocida como 1p. An imbalanced rotor, be it its imbalance of mass or aerodynamic origin, translates into loads in the wind turbine that fl uct according to the rotor's rotation frequency, frequency known as 1p.
Igualmente, las señales indicativas de las cargas también pueden provenir de otras magnitudes generales que pueden ser consideradas como parámetros operacionales, tales como la velocidad de giro del tren de potencia, o la potencia generada. Likewise, the signals indicative of the loads can also come from other general magnitudes that can be considered as operational parameters, such as the speed of the power train, or the power generated.
Existe una relación entre las cargas sobre el aerogenerador, y los movimientos que provocan dichas cargas en algunos componentes. Así por ejemplo, determinadas cargas provocan movimientos de la nacelle y de la parte superior de la torre en la dirección del eje de rotación del rotor. Por otra parte, otro tipo de cargas producen movimientos de la nacelle, y de la parte superior de la torre contenidos en planos perpendiculares al eje de giro del rotor. There is a relationship between the loads on the wind turbine, and the movements that cause these loads in some components. Thus, for example, certain loads cause movements of the nacelle and the top of the tower in the direction of the rotor's axis of rotation. On the other hand, other types of loads produce movements of the nacelle, and of the upper part of the tower contained in planes perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
La patente DE19628073 contempla la detección y compensación del desequilibrio aerodinámico a partir de la contribución de cada pala sobre la variación de potencia en el dominio del tiempo y su compensación. Dicha compensación se hace modificando el ángulo de paso de pala en un sentido cualquiera y midiendo la consecuencia de dicha modificación en las variables estudiadas. Patent DE19628073 contemplates the detection and compensation of the aerodynamic imbalance from the contribution of each blade on the variation of power in the time domain and its compensation. Said compensation is made by modifying the angle of the blade in any direction and measuring the consequence of said modification on the variables studied.
La patente US7086834B2 describe la detección de desequilibrio másico motivado por hielo a partir de diferentes parámetros operativos de la turbina y las condiciones meteorológicas. US7086834B2 describes the detection of mass imbalance caused by ice from different operating parameters of the turbine and weather conditions.
Por otra parte, la patente US6525518B1 contempla la medición de las oscilaciones de aerogeneradores basándose en el análisis del espectro de potencia de señales de cargas, y su atenuación basada en el sistema de control. Este método de operación no considera la distinción del origen que causa las oscilaciones ni su localización exacta en el rotor. En otro aspecto de la invención dicha patente contempla la actuación del sistema de control para la reducción de las oscilaciones mediante medidas de reducción parcial o total de la producción. On the other hand, US6525518B1 patent contemplates the measurement of wind turbine oscillations based on the analysis of the power spectrum of load signals, and their attenuation based on the control system. This method of operation does not consider the distinction of origin that causes oscillations or their exact location in the rotor. In another aspect of the invention said patent contemplates the operation of the control system for the reduction of oscillations by means of partial or total production reduction measures.
El artículo Mass and aerodynamic imbalance of a horizontal axis wind turbine (Borj & Kirchhoff, 1998, ASME Journal of Solar Energy Engineering, 120, 66-74) describe la superposición de los efectos provocados por los desequilibrios aerodinámico y másico en los armónicos 1p y múltiplos de diferentes parámetros de operación de la turbina. The article Mass and aerodynamic imbalance of a horizontal axis wind turbine (Borj & Kirchhoff, 1998, ASME Journal of Solar Energy Engineering, 120, 66-74) describes the superposition of the effects caused by aerodynamic and mass imbalances in harmonics 1p and multiples of different turbine operating parameters.
Por último el artículo Rotor Condition Monitoring for improved operacional safety of offshore wind energy converters (Caselitz & Giebhardt, 2004, Institut für Solare Energieversorgungstechnk) describe la discriminación de los desequilibrios aerodinámicos y másicos mediante el análisis de la señal obtenida con múltiplos acelerómetros, comprendiendo dicho método el cálculo de las componentes 1p de dichas señales, calculadas respecto a la posición azimutal (Ψ) del rotor. Finally, the article Rotor Condition Monitoring for improved operational safety of offshore wind energy converters (Caselitz & Giebhardt, 2004, Institut für Solare Energieversorgungstechnk) describes the discrimination of aerodynamic and mass imbalances by analyzing the signal obtained with multiple accelerometers, comprising said method the calculation of the components 1p of said signals, calculated with respect to the azimuthal position (Ψ) of the rotor.
Descripción de la invención Description of the invention
En la presente memoria se describe un método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, constando dicho aerogenerador de una torre, una nacelle y un rotor compuesto por varias palas y girando dicho rotor respecto de un eje substancialmente horizontal orientado en la dirección del viento, siendo dicho rotor susceptible de tener desequilibrio aerodinámico y másico, de forma que dicho método comprende las siguientes etapas: This method describes a method for assessing the imbalance of a wind turbine rotor, said wind turbine consisting of a tower, a nacelle and a rotor composed of several blades and rotating said rotor with respect to a substantially horizontal axis oriented in the wind direction , said rotor being capable of having aerodynamic and mass imbalance, so that said method comprises the following steps:
- • •
- hacer funcionar al aerogenerador a un régimen de producción de potencia substancialmente menor que su potencia nominal; operate the wind turbine at a power production regime substantially less than its nominal power;
• obtener unas señales indicativas de las cargas en el aerogenerador mediante sensores localizados en la nacelle y/o la torre, o mediante parámetros operacionales de la turbina; • obtain indicative signals of the loads in the wind turbine by means of sensors located in the nacelle and / or the tower, or by means of operational parameters of the turbine;
- • •
- calcular en dichas señales indicativas de cargas en el aerogenerador al menos una magnitud del armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) del rotor; calculate in said signals indicative of loads in the wind turbine at least one magnitude of the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) of the rotor;
- • •
- comparar la magnitud del armónico 1p con un umbral preestablecido, y; compare the magnitude of the 1p harmonic with a preset threshold, and;
- • •
- decidir que existe un desequilibrio másico en el rotor si dicha magnitud supera el citado umbral. decide that there is a mass imbalance in the rotor if this magnitude exceeds the aforementioned threshold.
Como ya se ha descrito, los efectos del desequilibrio másico y del aerodinámico se superponen sobre el aerogenerador. Por ello, según el estado de la técnica para detectar el desequilibrio en el rotor y discriminar su origen era necesario la utilización de múltiples sensores. As already described, the effects of mass and aerodynamic imbalance overlap on the wind turbine. Therefore, according to the state of the art to detect imbalance in the rotor and to discriminate its origin it was necessary to use multiple sensors.
En la presente invención se buscan condiciones en que alguno de los efectos sea despreciable en comparación con el otro para poder tratarlos por separado según corresponde a su origen. La presente invención proporciona así un método simplificado para detectar si existe desequilibrio y para discriminar si el desequilibrio es másico o aerodinámico. In the present invention, conditions are sought in which some of the effects are negligible compared to the other in order to be able to treat them separately according to their origin. The present invention thus provides a simplified method to detect if there is an imbalance and to discriminate whether the imbalance is massive or aerodynamic.
El efecto del desequilibrio másico predomina sobre el del aerodinámico cuando el aerogenerador trabaja a un régimen de producción de potencia substancialmente menor que su potencia nominal. Por lo tanto, en dicho régimen de funcionamiento puede analizarse el desequilibrio másico, independientemente, de si existe también un posible desequilibrio aerodinámico, motivado, por ejemplo, por un incorrecto montaje de palas. Para ello, únicamente es necesaria una única señal indicativa de cargas. The effect of the mass imbalance predominates over that of the aerodynamic when the wind turbine works at a power production regime substantially less than its nominal power. Therefore, in this operating regime the mass imbalance can be analyzed, independently, of whether there is also a possible aerodynamic imbalance, motivated, for example, by an incorrect mounting of blades. For this, only a single signal indicative of loads is necessary.
En la presente invención se usan señales indicativas de dichas cargas, que pueden ser tanto medidores de deformación (galgas extensométricas), medidores de desplazamiento (acelerómetros) o parámetros indicadores de carga en el tren de potencia (par o potencia). Cualquier otro tipo de sensor que proporcione medidas indicativas de las cargas en el aerogenerador puede ser también utilizado. Dichos sensor o sensores pueden estar situados en la nacelle y/o en la torre del aerogenerador, por lo que este método de operación es susceptible de ser aplicado fácilmente en turbinas instaladas previamente en campo. In the present invention, signals indicative of said loads are used, which can be either strain gauges (strain gauges), displacement gauges (accelerometers) or load gauge parameters in the power train (torque or power). Any other type of sensor that provides indicative measurements of the loads on the wind turbine can also be used. Said sensors or sensors may be located in the nacelle and / or in the wind turbine tower, so this method of operation is easily applied in turbines previously installed in the field.
En una realización preferente, la invención se aplica cuando el viento es lo bastante bajo como para que el aerogenerador funcione en la zona de velocidad mínima constante. In a preferred embodiment, the invention is applied when the wind is low enough for the wind turbine to operate in the constant minimum speed zone.
Según dicha realización preferente y en otro aspecto de la invención se utiliza la potencia generada como señal indicativa de las cargas en el aerogenerador. Puesto que la potencia generada es un valor conocido en cualquier aerogenerador, según dicha realización preferente no es necesario disponer de ningún sensor adicional para conocer si el rotor presenta un desequilibrio másico aún en el caso de que exista también un desequilibrio aerodinámico en dicho rotor. According to said preferred embodiment and in another aspect of the invention the power generated is used as an indicative signal of the loads in the wind turbine. Since the power generated is a known value in any wind turbine, according to said preferred embodiment it is not necessary to have any additional sensor to know if the rotor has a massive imbalance even if there is also an aerodynamic imbalance in said rotor.
Otro objeto de la invención es proporcionar un método para cuantificar y compensar el desequilibrio másico. Un desequilibrio másico en un rotor puede solucionarse colocando una masa a un radio y una posición angular determinada. Fijado el radio, a la masa necesaria para obtener la compensación se le da el nombre de “masa equivalente” y a la posición angular en que debe colocarse se le conoce como “posición angular equivalente”. El interior de las palas es el sitio más indicado para añadir masas a un rotor. En el caso de que la posición angular equivalente no coincida exactamente con la de una pala, será necesario calcular la masa a colocar en cada una de las palas contiguas a dicha posición equivalente para obtener la compensación del desequilibrio. Another object of the invention is to provide a method to quantify and compensate for mass imbalance. A mass imbalance in a rotor can be solved by placing a mass at a radius and a certain angular position. Once the radius is fixed, the mass necessary to obtain compensation is called “equivalent mass” and the angular position in which it must be placed is known as the “equivalent angular position”. The inside of the blades is the best place to add masses to a rotor. In the event that the equivalent angular position does not coincide exactly with that of a shovel, it will be necessary to calculate the mass to be placed in each of the blades adjacent to said equivalent position to obtain the imbalance compensation.
Así en otro aspecto de la invención, en el caso de existir desequilibrio másico, se estima la masa equivalente (mEQ) necesaria para compensar dicho efecto en un radio (rEQ) determinado del rotor a partir de la magnitud del armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) y la velocidad de giro del rotor. Thus, in another aspect of the invention, in the case of mass imbalance, the equivalent mass (mEQ) necessary to compensate said effect in a given radius (rEQ) of the rotor is estimated from the magnitude of the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) and the rotational speed of the rotor.
En una primera alternativa de la invención a partir de la fase del armónico 1p se calcula la posición angular equivalente (αEQ) en que habría que situar dicha masa equivalente (mEQ). A continuación se calcula, a partir de la masa equivalente (mEQ) y la posición angular equivalente (αEQ), la masa (mEQ1,mEQ2) a colocar en las palas contiguas a dicha posición equivalente. In a first alternative of the invention from the harmonic phase 1p the equivalent angular position (αEQ) in which said equivalent mass (mEQ) would have to be located is calculated. Next, the mass (mEQ1, mEQ2) to be placed on the blades adjacent to said equivalent position is calculated from the equivalent mass (mEQ) and the equivalent angular position (αEQ).
Al contrario que un rotor básicamente equilibrado, un rotor que presenta una desequilibrio másico descansa en reposo en una posición fija tal que su centro de masas está en la posición más baja posible. Por ello en una segunda alternativa de la invención se calcula a partir de la posición azimutal (Ψ) que muestra el rotor en reposo la posición angular equivalente (αEQ) en que habría que situar dicha masa equivalente (mEQ). Posteriormente se calcula, a partir de la masa equivalente (mEQ) y la posición angular equivalente (αEQ), la masa (mEQ1,mEQ2) a colocar en las palas contiguas a dicha posición equivalente. Unlike a basically balanced rotor, a rotor that has a massive imbalance rests at rest in a fixed position such that its center of mass is in the lowest possible position. Therefore, in a second alternative of the invention, the equivalent angular position (αEQ) in which said equivalent mass (mEQ) would have to be placed is calculated from the azimuthal position (Ψ). Subsequently, from the equivalent mass (mEQ) and the equivalent angular position (αEQ), the mass (mEQ1, mEQ2) to be placed on the blades adjacent to said equivalent position is calculated.
En otro objeto de la invención, una vez se ha verificado que no hay desequilibrio másico, se buscan condiciones en que el efecto del desequilibrio aerodinámico sea apreciable. Para ello dicho método comprende las siguientes etapas adicionales: In another object of the invention, once it has been verified that there is no mass imbalance, conditions are sought in which the effect of the aerodynamic imbalance is appreciable. For this, said method comprises the following additional steps:
• hacer funcionar al aerogenerador a un régimen de producción de potencia próximo a su potencia nominal; • operate the wind turbine at a power production regime close to its nominal power;
• obtener unas señales indicativas de las cargas en el aerogenerador mediante sensores localizados en la nacelle y/o la torre, o mediante parámetros operacionales de la turbina; • obtain indicative signals of the loads in the wind turbine by means of sensors located in the nacelle and / or the tower, or by means of operational parameters of the turbine;
• calcular en dichas señales indicativas de cargas en el aerogenerador al menos una magnitud del armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) del rotor; • calculate at these signals indicative of loads on the wind turbine at least one magnitude of the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) of the rotor;
- • •
- comparar la magnitud del armónico 1p con un segundo umbral preestablecido, y; compare the magnitude of the 1p harmonic with a second preset threshold, and;
- • •
- decidir que existe un desequilibrio aerodinámico en el rotor si dicha magnitud supera el citado umbral. decide that there is an aerodynamic imbalance in the rotor if said magnitude exceeds the aforementioned threshold.
En otro objeto de la invención, en el caso de existir desequilibrio aerodinámico, se decide a partir de la fase del armónico 1p de las señales indicativas de cargas en el aerogenerador cuál es la pala o palas que originan el desequilibrio. In another object of the invention, in the case of aerodynamic imbalance, it is decided from the harmonic phase 1p of the signals indicative of loads in the wind turbine which is the blade or blades that originate the imbalance.
En una realización preferida de la invención las señales indicativas de las cargas en el aerogenerador proceden de la medida de acelerómetros. In a preferred embodiment of the invention the signals indicative of the loads in the wind turbine are derived from the accelerometer measurement.
En otro aspecto de la invención, en el caso de existir desequilibrio aerodinámico, se estima el ángulo que hay que corregir en una o varias palas para compensar dicho efecto a partir de: In another aspect of the invention, in the case of aerodynamic imbalance, the angle to be corrected in one or more blades is estimated to compensate for said effect from:
- --
- la magnitud de dicho armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ), y; the magnitude of said harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ), and;
- --
- la relación previamente obtenida, experimentalmente o mediante simulaciones, entre dicha magnitud 1p y el ángulo de error en el posicionamiento de una pala. the relationship previously obtained, experimentally or through simulations, between said magnitude 1p and the angle of error in the positioning of a blade.
En otro objeto de la invención, se compensa el desequilibrio aerodinámico corrigiendo el ángulo de calado en, al menos, una pala del rotor. In another object of the invention, the aerodynamic imbalance is compensated by correcting the draft angle in at least one rotor blade.
En otro aspecto de la invención, la compensación del desequilibrio aerodinámico se hace mediante una corrección puntual del ángulo de calado de una o varias palas aplicado por el programa de control, o bien alternativamente, mediante la compensación puede hacerse mediante un nuevo montaje de una o varias palas en el buje. In another aspect of the invention, the compensation of the aerodynamic imbalance is done by a timely correction of the draft angle of one or several blades applied by the control program, or alternatively, by means of compensation it can be done by a new assembly of one or more several blades in the bushing.
En otro aspecto de la invención se descarta que las condiciones ambientales han podido permitir la formación de hielo. La acumulación de hielo en las palas puede ser una de las causas de desequilibrio aerodinámico o másico. In another aspect of the invention it is ruled out that the environmental conditions have allowed the formation of ice. The accumulation of ice on the blades can be one of the causes of aerodynamic or massive imbalance.
A diferencia de otras causas que motivan desequilibrios, esta un situación transitoria que requiere la adopción de medidas distintas a las descritas en la presente invención. Por esa razón en otro objeto de la invención se utiliza la medida de temperatura ambiente para descartar el hielo como origen del desequilibrio. Unlike other causes that cause imbalances, this is a temporary situation that requires the adoption of measures other than those described in the present invention. For that reason, in another object of the invention, the ambient temperature measurement is used to discard the ice as the source of the imbalance.
En otro aspecto de la invención el método descrito anteriormente se aplica sistemáticamente en la puesta en marcha de cada aerogenerador tras su instalación, verificándose de esta manera que el juego de palas montado tiene su distribución de masas equilibrado, aerodinámicamente son similares y el montaje de la palas ha sido correcto. In another aspect of the invention the method described above is systematically applied in the start-up of each wind turbine after its installation, verifying in this way that the assembled blade set has its balanced mass distribution, aerodynamically they are similar and the assembly of the shovels has been correct.
Breve descripción de los diseños Brief description of the designs
Las figuras 1 y 2, muestran la topología típica de un aerogenerador, constando de una torre, una nacelle y un rotor compuesto por varias palas. Figures 1 and 2 show the typical topology of a wind turbine, consisting of a tower, a nacelle and a rotor composed of several blades.
Las figuras3y4, muestran los componentes principales de la nacelle, según una vista en alzado y otra en planta. Figures 3 and 4 show the main components of the nacelle, according to an elevation view and a plan view.
Figura 5. Muestra una gráfica de una señal indicativa de cargas en el dominio de la posición azimutal (Ψ) del rotor. Figure 5. Shows a graph of a signal indicative of loads in the domain of the azimuthal position (Ψ) of the rotor.
Figura 6. Muestra una gráfica de una curva estacionaria de par eléctrico en función de la velocidad de giro del rotor. Figure 6. It shows a graph of a stationary curve of electrical torque as a function of the rotational speed of the rotor.
Figura 7. Muestra la distribución de masas en un rotor y la masa equivalente (mEQ) necesaria para compensar un desequilibrio másico. Figure 7. Shows the mass distribution in a rotor and the equivalent mass (mEQ) necessary to compensate for a mass imbalance.
Figura 8. Muestra el reparto de una masa equivalente en las palas contiguas a la posición equivalente. Figure 8. Shows the distribution of an equivalent mass on the blades adjacent to the equivalent position.
Figura 9. Muestra un rotor desequilibrado básicamente en reposo. Figure 9. Shows an imbalanced rotor basically at rest.
Descripción de una realización preferente Description of a preferred embodiment
En las Figuras1y2se muestra un aerogenerador, constando dicho aerogenerador de una torre 3, una nacelle 2 y un rotor 1 compuesto por varias palas y girando dicho rotor respecto de un eje substancialmente horizontal, de modo que varía la posición azimutal (Ψ) de dicho rotor. In Figures 1 and 2 a wind turbine is shown, said wind turbine consisting of a tower 3, a hatch 2 and a rotor 1 composed of several blades and rotating said rotor with respect to a substantially horizontal axis, so that the azimuthal position (Ψ) of said rotor varies .
En las Figura3y4se ilustran los componentes principales de la nacelle desde una vista lateral y una vista superior, respectivamente, de forma que el citado rotor del aerogenerador gira alrededor de un eje 6 substancialmente horizontal compuesto principalmente por un buje 4, un eje 5 de baja velocidad, una multiplicadora 7 y un generador eléctrico 8 que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Figures 3 and 4 illustrate the main components of the nacelle from a side view and a top view, respectively, so that said wind turbine rotor rotates around a substantially horizontal axis 6 composed mainly of a hub 4, a low speed shaft 5 , a multiplier 7 and an electric generator 8 that converts mechanical energy into electrical energy.
El conjunto está sustentado por un bastidor 9, en el que se instalan uno o varios acelerómetros 10. El eje de giro 6 del conjunto de tren de potencia presenta infinitos planos perpendiculares, siendo el plano 11 uno de ellos y habiendo representado con la referencia 12 un eje horizontal contenido en dicho plano. The assembly is supported by a frame 9, in which one or more accelerometers are installed 10. The axis of rotation 6 of the power train assembly has infinite perpendicular planes, the plane 11 being one of them and having been represented by reference 12 a horizontal axis contained in said plane.
La Figura 5 muestra una señal indicativa de cargas en el dominio de la posición azimutal (Ψ) del rotor1yel armónico fundamental, tradicionalmente conocido como el armónico 1p, calculado en función de dicha variable, caracterizado por una onda sinusoidal dada por una magnitud 13 y una fase 14. Aunque, podrían obtenerse armónicos de frecuencias múltiplos enteros del armónico 1p, obteniéndose su magnitud y su fase, la presente invención se centra en el uso de la componente fundamental. Figure 5 shows an indicative signal of loads in the domain of the azimuthal position (Ψ) of the rotor1 and the fundamental harmonic, traditionally known as the harmonic 1p, calculated as a function of said variable, characterized by a sine wave given by a magnitude 13 and a phase 14. Although, harmonics of integer multiple frequencies of the harmonic 1p could be obtained, obtaining its magnitude and its phase, the present invention focuses on the use of the fundamental component.
Dicha señal indicativa de cargas se obtuvo con un acelerómetro 10 situado en la nacelle. Podrían obtenerse señales parecidas con otro tipo de sensores como, por ejemplo, galgas extensométricas o con parámetros operacionales de la turbina como, por ejemplo, la potencia. Said signal indicative of charges was obtained with an accelerometer 10 located in the nacelle. Similar signals could be obtained with other types of sensors such as, for example, strain gauges or with turbine operational parameters such as power.
La Figura 6 ilustra una curva estacionaria de par eléctrico demandado al generador eléctrico en función de la velocidad de giro del rotor, comandada por el sistema de control para el caso particular de un aerogenerador de velocidad variable. En dicha curva, existe una zona 15 de velocidad mínima constante en que la velocidad de giro del aerogenerador se mantiene substancialmente constante mediante la adecuada modulación del par demandado al generador eléctrico, una zona 16 de velocidad variable en que típicamente se demanda un par eléctrico al generador eléctrico para maximizar el rendimiento aerodinámico y una zona de velocidad nominal constante 17, en que se modula el par eléctrico demandado al generador eléctrico de modo análogo a la zona de velocidad mínima constante, hasta alcanzar la potencia nominal. Figure 6 illustrates a stationary curve of electrical torque demanded from the electric generator as a function of the rotor rotation speed, commanded by the control system for the particular case of a variable speed wind turbine. In said curve, there is a zone 15 of constant minimum speed in which the speed of rotation of the wind turbine is kept substantially constant by adequate modulation of the torque demanded to the electric generator, a zone 16 of variable speed in which an electrical torque is typically demanded at electric generator to maximize aerodynamic performance and a constant nominal speed zone 17, in which the electrical torque demanded to the electric generator is modulated analogously to the constant minimum speed zone, until the nominal power is reached.
En una realización preferente de la invención, se hace funcionar el aerogenerador en un régimen de producción de potencia substancialmente menor que su potencia nominal, que en el caso de aerogeneradores de velocidad variable, se trata de la zona de funcionamiento de velocidad mínima constante 15. In a preferred embodiment of the invention, the wind turbine is operated in a power production regime substantially less than its nominal power, which in the case of variable speed wind turbines, is the constant minimum speed operating zone 15.
En dichas condiciones de funcionamiento se determina el armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) del rotor a partir de la señal de potencia generada. La magnitud de dicha componente es mayor cuanto mayor sea el desequilibrio másico que presente dicho rotor. Cuando dicha magnitud rebasa un umbral precalculado se decide que el rotor presenta un desequilibrio másico relevante. Under these operating conditions, the harmonic 1p calculated based on the azimuthal position (Ψ) of the rotor is determined from the generated power signal. The magnitude of said component is greater the greater the mass imbalance that this rotor presents. When said magnitude exceeds a precalculated threshold, it is decided that the rotor has a relevant mass imbalance.
En la figura 7 se muestra la distribución de masas de un rotor. Cada pala A, B y C presentan una masa mA,mB y mC y un centro de masas situado a una distancia del eje del rotor rA,rB yrC respectivamente. Figure 7 shows the mass distribution of a rotor. Each blade A, B and C have a mass mA, mB and mC and a center of mass located at a distance from the rotor axis rA, rB and rC respectively.
Un rotor está equilibrado en cada uno de los ejesXeYsiel centro de masas coincide con el eje del rotor: A rotor is balanced on each of the axes XeYsiel center of mass coincides with the axis of the rotor:
En caso contrario será necesario colocar una masa equivalente (mEQ) a un radio determinado (rEQ) en un ángulo equivalente determinado (αEQ), de modo que se cumplen las siguientes ecuaciones: Otherwise it will be necessary to place an equivalent mass (mEQ) at a given radius (rEQ) at a specific equivalent angle (αEQ), so that the following equations are met:
La ausencia de la masa equivalente para el equilibrado origina un momento en el rotor que en valor absoluto coincide con el producto entre la masa equivalente y el radio: The absence of the equivalent mass for balancing causes a moment in the rotor that in absolute value coincides with the product between the equivalent mass and the radius:
El producto (mEQ *rEQ) puede estimarse con el cociente entre la magnitud (13) de la componente 1p de la potencia (P1P) generada y la velocidad de giro (Ωmin) del rotor: The product (mEQ * rEQ) can be estimated with the ratio between the magnitude (13) of the 1p component of the generated power (P1P) and the rotational speed (Ωmin) of the rotor:
Para el cálculo del umbral se establece un producto (mEQ *rEQ)umbral a partir del cual se decide que el desequilibrio es relevante. Cuando el cociente entre la componente 1p de la potencia generada y la velocidad de giro del rotor, que es (Ωmin) en la zona de velocidad mínima constante (15), supera dicho umbral, se decide que el desequilibrio es relevante. En ese caso se adoptarán medidas para compensarlo. For the calculation of the threshold a product (mEQ * rEQ) threshold is established from which it is decided that the imbalance is relevant. When the ratio between the component 1p of the generated power and the rotational speed of the rotor, which is (Ωmin) in the constant minimum speed zone (15), exceeds said threshold, it is decided that the imbalance is relevant. In that case, measures will be taken to compensate.
A partir del producto (mEQ *rEQ) estimado, puede decidirse la distancia (rEQ) y la masa (mEQ) que cumplan dicho producto y sean más convenientes. Para ello se tendrá en cuenta entre otros factores el espacio disponible en el interior de la pala, sus características estructurales, la accesibilidad y el peso total resultante del rotor. From the estimated product (mEQ * rEQ), the distance (rEQ) and the mass (mEQ) that meet said product and are more convenient can be decided. This will take into account, among other factors, the space available inside the blade, its structural characteristics, accessibility and the resulting total weight of the rotor.
En una primera realización preferente la posición angular equivalente (αEQ) se calcula a partir de la fase (14) de la componente 1p de la potencia generada. Los valores máximos y mínimos de dicha componente 1p corresponden a posiciones en que la masa equivalente (mEQ) necesaria estaría a la altura del eje del rotor. In a first preferred embodiment the equivalent angular position (αEQ) is calculated from the phase (14) of the component 1p of the generated power. The maximum and minimum values of said component 1p correspond to positions in which the necessary equivalent mass (mEQ) would be at the height of the rotor shaft.
En una segunda realización preferente, la posición angular equivalente (αEQ) se estima a partir de la posición azimutal (Ψ) del rotor en reposo. Un rotor desequilibrado en reposo descansa siempre en la misma posición, que coincide con aquella en el que centro de masas está más bajo. La posición correspondiente a la masa equivalente (mEQ) es la opuesta, aquella en que dicha masa ocupa la posición más elevada, tal como indica la figura 9. In a second preferred embodiment, the equivalent angular position (αEQ) is estimated from the azimuthal position (Ψ) of the resting rotor. An imbalanced rotor at rest always rests in the same position, which coincides with that in which the center of mass is lower. The position corresponding to the equivalent mass (mEQ) is the opposite, that in which said mass occupies the highest position, as indicated in Figure 9.
Puesto que el sitio más indicado para colocar las masas para corregir el desequilibrio es en el interior de las palas, es necesario calcular unas masas (mEQ1,mEQ2) a colocar en cada una de las palas contiguas a la posición equivalente para conseguir el mismo efecto de compensación. Si tal como muestra la figura 8, la posición angular equivalente (αEQ) es tal que las palas contiguas son la palaBylaC,las masas se calcularían según las siguientes ecuaciones: Since the most suitable place to place the masses to correct the imbalance is inside the blades, it is necessary to calculate some masses (mEQ1, mEQ2) to be placed in each of the blades adjacent to the equivalent position to achieve the same effect of compensation. If, as shown in Figure 8, the equivalent angular position (αEQ) is such that the adjacent blades are the Blade C, the masses would be calculated according to the following equations:
Una vez se ha compensado el desequilibrio másico o se ha verificado que no existe, según una realización preferente, en un régimen de funcionamiento próximo a la potencia nominal, se obtiene la medida de un acelerómetro 10 que mide el movimiento de la nacelle en la dirección del eje 6 de giro del rotor. De dicha señal se extrae la magnitud 13 del armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) del rotor 1 a partir de las muestras tomadas durante cierto período de tiempo. Dicha magnitud 13 es mayor cuanto mayor es el desequilibrio aerodinámico. Cuando la citada magnitud 13 supera un umbral preestablecido se decide que el rotor presenta un desequilibrio aerodinámico relevante. Once the mass imbalance has been compensated or it has been verified that it does not exist, according to a preferred embodiment, in an operating regime close to the nominal power, the measurement of an accelerometer 10 that measures the movement of the nacelle in the direction is obtained of the 6 axis of rotation of the rotor. From this signal, the magnitude 13 of the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) of the rotor 1 is extracted from the samples taken for a certain period of time. This magnitude 13 is greater the greater the aerodynamic imbalance. When said magnitude 13 exceeds a preset threshold it is decided that the rotor has a relevant aerodynamic imbalance.
Mediante experimentos o simulaciones informáticas puede deducirse la relación entre los errores en el posicionamiento de las palas y la magnitud de la componente 1p de las señales de indicativas de cargas (en una realización preferente un acelerómetro). Conocida dicha relación puede por un lado fijarse el umbral a partir del cual se decide que hay desequilibrio aerodinámico y, por otro, para una magnitud dada estimarse el ángulo de error de posicionamiento que lo origina. By means of experiments or computer simulations, the relationship between the errors in the positioning of the blades and the magnitude of the 1p component of the signal indicative signals can be deduced (in an preferred embodiment an accelerometer). Once this relationship is known, the threshold can be set on the one hand from which it is decided that there is aerodynamic imbalance and, on the other, for a given magnitude, the angle of positioning error that originates it can be estimated.
También mediante experimentos o simulaciones puede provocarse desequilibrios sucesivamente en cada una de las palas, obteniéndose el patrón de fases correspondientes al armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) del rotor. Conocido dicho patrón a partir de la fase 14 del armónico 1p puede deducirse la pala o palas que originan el desequilibrio. Dicha fase puede coincidir con la fase del armónico 1p creado sobre el desequilibrio aerodinámico por una de las palas, o bien con el ángulo opuesto, lo que indica el sentido de giro necesario para compensar con precisión el desequilibrio aerodinámico. La magnitud 13 del armónico 1p, por otra parte, se relaciona con el ángulo de paso de pala necesario para compensar el desequilibrio. Si la fase 14 detectada en el armónico 1p no coincidiera con la fase relacionada con una sola de las palas, se pueden determinar los movimientos equivalentes de ángulo de paso de varias palas, para compensar el desequilibrio aerodinámico. Also by means of experiments or simulations, imbalances can be caused successively in each of the blades, obtaining the phase pattern corresponding to the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) of the rotor. Known said pattern from the phase 14 of the harmonic 1p can be deduced the blade or blades that cause the imbalance. This phase may coincide with the phase of the harmonic 1p created on the aerodynamic imbalance by one of the blades, or with the opposite angle, which indicates the direction of rotation necessary to precisely compensate for the aerodynamic imbalance. The magnitude 13 of the harmonic 1p, on the other hand, is related to the blade pitch angle necessary to compensate for the imbalance. If the phase 14 detected in the harmonic 1p does not coincide with the phase related to only one of the blades, the equivalent movements of pitch angle of several blades can be determined, to compensate for the aerodynamic imbalance.
Como se ha señalado, la compensación del desequilibrio aerodinámico se realiza cambiando el ángulo de calado de una o varias de las palas del rotor 1. Cuando se detecta un desequilibrio aerodinámico, inicialmente se procede a realizar una corrección del ángulo de calado de una o varias palas por medio de un cambio puntual desde el programa de control. En una realización preferente dicho cambio es puntual, realizándose de manera esporádica los cambios descritos en el ángulo de calado de las palas. Posteriormente, cuando por otros condicionantes es posible, se realiza un nuevo montaje del rotor que elimina definitivamente el desequilibrio de montaje proporcionando consignas de ángulo de paso idénticas a todas las palas. As noted, the offset of the aerodynamic imbalance is performed by changing the draft angle of one or more of the rotor blades 1. When an aerodynamic imbalance is detected, initially a correction of the draft angle of one or more is carried out shovels through a timely change from the control program. In a preferred embodiment said change is punctual, the changes described in the angle of the blades being set sporadically. Subsequently, when for other conditions it is possible, a new rotor assembly is carried out that definitively eliminates the mounting imbalance by providing identical pitch angle setpoints for all blades.
En una realización preferente se utiliza la medida de la temperatura para descartar el hielo como origen del desequilibrio. In a preferred embodiment the temperature measurement is used to discard the ice as the source of the imbalance.
Claims (16)
- • •
- hacer funcionar al aerogenerador a un régimen de producción de potencia substancialmente menor que su potencia nominal; operate the wind turbine at a power production regime substantially less than its nominal power;
- • •
- calcular en dichas señales indicativas de cargas en el aerogenerador al menos una magnitud (13) del armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) del rotor; calculate in said signals indicative of loads on the wind turbine at least one magnitude (13) of the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) of the rotor;
- • •
- comparar la magnitud (13) del armónico 1p con un umbral preestablecido, y; compare the magnitude (13) of the 1p harmonic with a preset threshold, and;
- • •
- decidir que existe un desequilibrio másico en el rotor (1) si dicha magnitud supera el citado umbral. decide that there is a mass imbalance in the rotor (1) if said magnitude exceeds the said threshold.
- 2. 2.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho método se aplica cuando el viento es lo bastante bajo para que el aerogenerador funcione en la zona de velocidad mínima constante (13). Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine according to claim 1, characterized in that said method is applied when the wind is low enough for the wind turbine to operate in the zone of constant minimum speed (13).
- 3. 3.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 2, caracterizado porque se utiliza la potencia generada como señal indicativa de las cargas en el aerogenerador. Method for evaluating the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 2, characterized in that the power generated is used as an indicative signal of the loads in the wind turbine.
- 4. Four.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 3, caracterizado porque, en el caso de existir desequilibrio másico, se estima la masa equivalente (mEQ) necesaria para compensar dicho efecto en un radio (rEQ) determinado del rotor (1) a partir de la magnitud (13) de dicho armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) y la velocidad de giro del rotor. Method for evaluating the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 3, characterized in that, in the case of mass imbalance, the equivalent mass (mEQ) necessary to compensate said effect in a given radius (rEQ) of the rotor ( 1) from the magnitude (13) of said harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) and the rotational speed of the rotor.
- 5. 5.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho método comprende además los siguientes pasos: Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine according to claim 4, characterized in that said method further comprises the following steps:
- --
- calcular a partir de la fase del armónico 1p la posición angular equivalente (αEQ) en que habría que situar dicha masa equivalente (mEQ), y from the harmonic phase 1p calculate the equivalent angular position (αEQ) in which said equivalent mass (mEQ) should be placed, and
- --
- calcular, a partir de la masa equivalente (mEQ) y la posición angular equivalente (αEQ), las masas (mEQ1, mEQ2) a colocar en las palas contiguas a dicha posición angular equivalente (αEQ). calculate, from the equivalent mass (mEQ) and the equivalent angular position (αEQ), the masses (mEQ1, mEQ2) to be placed on the blades adjacent to said equivalent angular position (αEQ).
- --
- calcular a partir de la posición azimutal (Ψ) que muestra el rotor en reposo la posición angular equivalente (αEQ) en que habría que situar dicha masa equivalente (mEQ), y; calculate from the azimuthal position (Ψ) shown by the rotor at rest the equivalent angular position (αEQ) in which said equivalent mass (mEQ) should be placed, and;
- --
- calcular, a partir de la masa equivalente (mEQ) y la posición angular equivalente (αEQ), las masas (mEQ1, mEQ2) a colocar en las palas contiguas a dicha posición equivalente. calculate, from the equivalent mass (mEQ) and the equivalent angular position (αEQ), the masses (mEQ1, mEQ2) to be placed on the blades adjacent to said equivalent position.
- • •
- hacer funcionar al aerogenerador a un régimen de producción de potencia próximo a su potencia nominal; operate the wind turbine at a power production regime close to its nominal power;
- • •
- calcular en dichas señales indicativas de cargas en el aerogenerador al menos una magnitud (13) del armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ) del rotor, calculate in said signals indicative of loads on the wind turbine at least one magnitude (13) of the harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ) of the rotor,
- • •
- comparar la magnitud (13) del armónico 1p con un segundo umbral preestablecido, y; compare the magnitude (13) of the 1p harmonic with a second preset threshold, and;
- 8. 8.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 7, caracterizado porque, en el caso de existir desequilibrio aerodinámico, se decide a partir de la fase (14) del armónico 1p de las señales indicativas de cargas en el aerogenerador cuál es la pala o palas que originan el desequilibrio. Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 7, characterized in that, in the case of aerodynamic imbalance, it is decided from the phase (14) of the harmonic 1p of the signals indicative of loads in the wind turbine which It is the shovel or shovels that cause the imbalance.
- 9. 9.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 8, caracterizado porque las señales indicativas de las cargas en el aerogenerador proceden de la medida de, al menos, un acelerómetro (10). Method for evaluating the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 8, characterized in that the indicative signals of the loads in the wind turbine come from the measurement of at least one accelerometer (10).
- 10. 10.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 9, caracterizado porque, en el caso de existir desequilibrio aerodinámico, se estima el ángulo que hay que corregir en una o varias palas para compensar dicho efecto a partir de: Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 9, characterized in that, in the case of aerodynamic imbalance, the angle to be corrected in one or more blades is estimated to compensate for said effect from:
- --
- la magnitud (13) de dicho armónico 1p calculado en función de la posición azimutal (Ψ), y; the magnitude (13) of said harmonic 1p calculated as a function of the azimuthal position (Ψ), and;
- --
- la relación precalculada entre dicha magnitud 1p y el ángulo de error en el posicionamiento de una pala. the precalculated relationship between said magnitude 1p and the angle of error in the positioning of a blade.
- 11. eleven.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 10, caracterizado porque el desequilibrio aerodinámico se compensa corrigiendo el ángulo de calado en al menos una pala de dicho rotor. Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 10, characterized in that the aerodynamic imbalance is compensated by correcting the draft angle in at least one blade of said rotor.
- 12. 12.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 11, caracterizado porque dicha compensación se hace mediante una corrección puntual del ángulo de calado de una o varias palas aplicado por el programa de control. Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 11, characterized in that said compensation is made by a timely correction of the draft angle of one or more blades applied by the control program.
- 13. 13.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según la reivindicación 11, caracterizado porque dicha compensación se hace mediante un nuevo montaje de una o varías palas en el buje (4). Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to claim 11, characterized in that said compensation is made by a new assembly of one or several blades in the hub (4).
- 14. 14.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utiliza la medida de temperatura ambiente para descartar el hielo como origen del desequilibrio. Method for assessing the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to any of the preceding claims, characterized in that the ambient temperature measurement is used to discard the ice as the source of the imbalance.
- 15. fifteen.
- Método para evaluar el desequilibrio del rotor de un aerogenerador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que se aplica en la puesta en marcha de un aerogenerador tras su instalación. Method for evaluating the imbalance of the rotor of a wind turbine, according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is applied in the start-up of a wind turbine after its installation.
- Categoría Category
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas 56 Documents cited Claims Affected
- A TO
- EP 1978246 A1 (SIEMENS AG) 08.10.2008, 1-15 EP 1978246 A1 (SIEMENS AG) 08.10.2008, 1-15
- todo el documento. whole document.
- A TO
- US 5219454 A (CLASS DENIS) 15.06.1993, 1-15 US 5219454 A (CLASS DENIS) 15.06.1993, 1-15
- todo el documento. whole document.
- A TO
- BORG JP, KIRCHHOFF RH (Department of Mechanical Engineering University of Massachusetts, 1-15 BORG JP, KIRCHHOFF RH (Department of Mechanical Engineering University of Massachusetts, 1-15
- Amherst MA 01002). "Mass and Aerodynamic Imbalance of a Horizontal Axis Wind Turbine". Amherst MA 01002). "Mass and Aerodynamic Imbalance of a Horizontal Axis Wind Turbine".
- ASME Febrero 1998. Vol. 120, paginas 66-74 [en linea], [recuperado el 29.02.2012]. Recuperado ASME February 1998. Vol. 120, pages 66-74 [online], [retrieved 29.02.2012]. Recovered
- de internet: from Internet:
- <URL: http://193.146.160.29/gtb/sod/usu/UBUG/repositorio/10280688 BPRG.pdf> <URL: http://193.146.160.29/gtb/sod/usu/UBUG/repositorio/10280688 BPRG.pdf>
- A TO
- HILLMANN M, BAUER A, RISCHE T. "Vibration Analysis of Rotor Blades and Balancing of Rotors 1-15 HILLMANN M, BAUER A, RISCHE T. "Vibration Analysis of Rotor Blades and Balancing of Rotors 1-15
- on Wind Turbines". En: DEWEK 2004-Proceedings. Poster 1: Operation & Monitoring. [en linea], on Wind Turbines ". In: DEWEK 2004-Proceedings. Poster 1: Operation & Monitoring. [Online],
- [recuperado el 29.02.2012]. Recuperado de internet: [retrieved on 02.29.2012]. Recovered from internet:
- <URL: http://www.cpmax.com/tl files/content/know <URL: http://www.cpmax.com/tl files / content / know
- how/wissenschaftliche%20Arbelten/Mathias DEWEK p01 6.pdf> how / wissenschaftliche% 20Arbelten / Mathias DEWEK p01 6.pdf>
- Categoria de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoria A: refleja el estado de la tecnica O: referido a divulgaci6n no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentaci6n de la solicitud E: documento anterior, pero publicado despues de la fecha de presentaci6n de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nO: This report has been produced • for all claims • for claims No:
- Fecha de realización del informe 29.02.2012 Date of realization of the report 29.02.2012
- Examinador M. P. Prytz Gonzalez Página 1/4 Examiner M. P. Prytz Gonzalez Page 1/4
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones 1-15 Reivindicaciones SI NO Claims 1-15 Claims IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones 1-15 Reivindicaciones SI NO Claims 1-15 Claims IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- EP 1978246 A1 (SIEMENS AG) 08.10.2008 EP 1978246 A1 (SIEMENS AG) 08.10.2008
- D02 D02
- US 5219454 A (CLASS DENIS) 15.06.1993 US 5219454 A (CLASS DENIS) 06.15.1993
- D03 D03
- BORG JP, KIRCHHOFF RH (Department of Mechanical Engineering U niversity of M assachusetts, A mherst MA 010 02). "Mass and Aerodynamic Imbalance of a Horizontal Axis Wind Turbine". ASME Febrero 1998. Vol. 120, paginas 66-74 [en linea], [recuperado el 29.02.2012]. Recuperado de internet: <URL: http://193.146.160.29/gtb/sod/usu/UBUG/repositorio/ 10280688 BPRG.pdf> Febrero 1998 BORG JP, KIRCHHOFF RH (Department of Mechanical Engineering University of Massachusetts, A mherst MA 010 02). "Mass and Aerodynamic Imbalance of a Horizontal Axis Wind Turbine". ASME February 1998. Vol. 120, pages 66-74 [online], [retrieved 29.02.2012]. Recovered from internet: <URL: http://193.146.160.29/gtb/sod/usu/UBUG/repositorio/ 10280688 BPRG.pdf> February 1998
- D04 D04
- HILLMANN M, BAUER A, RISCHE T. "Vibration Analysis of Rotor Blades and Balancing of Rotors on Wind Turbines". En: DEWEK 2004-Proceedings. Poster 1: Operation & Monitoring. [en linea], [recuperado el 29.02.2012]. Recuperado de internet: <URL: http://www.cpmax.com/tl files/content/knowhow/wissenschaftliche%20Arbelten/Mathias DEWEK p01 6.pdf> 2004 HILLMANN M, BAUER A, RISCHE T. "Vibration Analysis of Rotor Blades and Balancing of Rotors on Wind Turbines". In: DEWEK 2004-Proceedings. Poster 1: Operation & Monitoring. [online], [retrieved 29.02.2012]. Recovered from internet: <URL: http://www.cpmax.com/tl files / content / knowhow / wissenschaftliche% 20Arbelten / Mathias DEWEK p01 6.pdf> 2004
- --
- Hacer funcionar al aerogenerador a un regimen de producci6n de potencia substancialmente menor �ue su potencia nominal. Run the wind turbine at a power production regime substantially less than its nominal power.
- --
- Obtener unas se�ales indicativas de las cargas en el aerogenerador mediante sensores localizados en la nacelle y/o la torre del aerogenerador o mediante parametros operacionales de la turbina. Obtain indicative signals of the loads in the wind turbine by means of sensors located in the nacelle and / or the wind turbine tower or by means of operational parameters of the turbine.
- --
- Calcular en dichas se�ales indicativas de cargas en el aerogenerador al menos una magnitud del arm6nico 1p calculado en funci6n de la posici6n acimutal del rotor. Calculate in said signals indicative of loads in the wind turbine at least one magnitude of the harmonic 1p calculated according to the azimuthal position of the rotor.
- --
- Comparar la magnitud del arm6nico 1p con un umbral establecido. Compare the magnitude of the 1p harmonic with an established threshold.
- --
- Decidir �ue existe un dese�uilibrio masico en el rotor si dicha magnitud supera el citado umbral. Decide that there is a massive imbalance in the rotor if this magnitude exceeds the aforementioned threshold.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200803726A ES2376815B1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | METHOD FOR EVALUATING THE IMPROVEMENT OF THE ROTOR OF AN AEROGENERATOR. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200803726A ES2376815B1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | METHOD FOR EVALUATING THE IMPROVEMENT OF THE ROTOR OF AN AEROGENERATOR. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2376815A1 ES2376815A1 (en) | 2012-03-20 |
| ES2376815B1 true ES2376815B1 (en) | 2013-02-15 |
Family
ID=45787002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200803726A Active ES2376815B1 (en) | 2008-12-29 | 2008-12-29 | METHOD FOR EVALUATING THE IMPROVEMENT OF THE ROTOR OF AN AEROGENERATOR. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2376815B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10907615B2 (en) * | 2015-04-23 | 2021-02-02 | Envision Energy (Denmark) Aps | Method of correcting rotor imbalance and wind turbine thereof |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2904620T3 (en) * | 2016-03-31 | 2022-04-05 | Nordex Energy Spain S A | Wind Turbine Rotor Balancing Procedure, System and Associated Wind Turbine |
| US10781795B2 (en) | 2017-11-13 | 2020-09-22 | General Electric Company | Method and system for detecting a mass imbalance in a wind turbine rotor |
| EP3974645A1 (en) * | 2020-09-29 | 2022-03-30 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Imbalance estimation for the wind rotor of a wind turbine |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5219454A (en) * | 1992-04-22 | 1993-06-15 | Denis Class | Method and apparatus for balancing wind turbine rotors |
| EP1978246A1 (en) * | 2007-04-04 | 2008-10-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of reducing an unbalance in a wind turbine rotor and device for performing the method |
-
2008
- 2008-12-29 ES ES200803726A patent/ES2376815B1/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10907615B2 (en) * | 2015-04-23 | 2021-02-02 | Envision Energy (Denmark) Aps | Method of correcting rotor imbalance and wind turbine thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2376815A1 (en) | 2012-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2879663T3 (en) | Wind turbine and wind turbine operating procedure with rotation speed exclusion zone | |
| Adams et al. | Structural health monitoring of wind turbines: method and application to a HAWT | |
| Nejad et al. | A prognostic method for fault detection in wind turbine drivetrains | |
| EP3237873B1 (en) | Fatigue testing | |
| EP3043062B2 (en) | Condition monitoring apparatus for wind turbine | |
| CN102607831B (en) | Evaluation method for fatigue damage and service life of horizontal axis wind turbine blade | |
| Bossanyi et al. | Controller field tests on the NREL CART2 turbine | |
| DK177769B1 (en) | Methods and apparatus for detecting ice on a rotor vane | |
| ES2645671T3 (en) | Individual step control method for large wind generator set | |
| Kusnick et al. | Wind turbine rotor imbalance detection using nacelle and blade measurements | |
| ES2376815B1 (en) | METHOD FOR EVALUATING THE IMPROVEMENT OF THE ROTOR OF AN AEROGENERATOR. | |
| Rommel et al. | Calculating wind turbine component loads for improved life prediction | |
| Zhu et al. | Dynamic analysis of a megawatt wind turbine drive train | |
| CN103140672A (en) | A method for performing condition monitoring in a wind farm | |
| CN106643906B (en) | Monitoring method and monitoring system for variable-pitch bearing | |
| US20140015251A1 (en) | Safety system for a wind turbine | |
| US11422052B2 (en) | System and method for diagnosing a rotor unbalance of a wind turbine | |
| Dai et al. | Progress and challenges on blade load research of large-scale wind turbines | |
| Khazaee et al. | A comprehensive study on Structural Health Monitoring (SHM) of wind turbine blades by instrumenting tower using machine learning methods | |
| Pacheco et al. | New strategies for optimized structural monitoring of wind farms: experimental campaign | |
| JP2019074080A (en) | Wind power generator and control method of the same and control program | |
| Shahriar et al. | Speed-based diagnostics of aerodynamic and mass imbalance in large wind turbines | |
| Wegner et al. | Identification of torsional frequencies of a large rotor blade based on measurement and simulation data | |
| Loss et al. | Using MEMS acceleration sensors for monitoring blade tip movement of wind turbines | |
| Manzato et al. | Wind turbine model validation by full-scale vibration test |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2376815 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20130215 |