ES2863648T3

ES2863648T3 - Procedimiento y sistema para hacer funcionar una turbina eólica durante una avería

Info

Publication number: ES2863648T3
Application number: ES10859386T
Authority: ES
Inventors: Meng Gao; Cheng Ma
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: EP2638281A1; EP2638281A4; US20130230400A1; WO2012061953A1; US9528494B2; DK2638281T3; EP2638281B1

Abstract

Un procedimiento para responder a averías en un sistema de control de pitch (70) en una turbina eólica (10) que incluye un rotor acoplado a al menos una pala de rotor (18), al menos un sensor de pitch (46) acoplado a la pala de rotor (18), al menos un accionador de pitch (42), un controlador de turbina eólica (60) acoplado comunicativamente al sensor de pitch y al accionador de pitch, y un controlador de pitch de respaldo (80) para controlar el pitch de las palas (18) durante una ocurrencia de una avería, el controlador de pitch de respaldo (80) está separado del sistema de control de pitch (70) y el controlador de turbina eólica (60), comprendiendo dicho procedimiento: determinar (510), con el controlador de pitch de respaldo (80), que se ha producido una avería en el sistema de control; determinar (520), con el controlador de pitch de respaldo (80), una velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica; hacer girar (530) la pala de rotor usando el accionador de pitch si el controlador de pitch de respaldo (80) determina que la velocidad del viento es menor que la velocidad máxima de la turbina eólica hasta que el sensor de pitch determina que la pala de rotor se ha hecho girar a un punto de ajuste, siendo el punto de ajuste una posición angular de la pala de rotor (18) donde la pala de rotor tiene un ángulo de pitch de menos de 20 grados y mayor que 2 grados; aplicar un freno para evitar otra rotación de la pala de rotor una vez que la pala de rotor se hace girar al punto de ajuste; y soltar el freno cuando el controlador de pitch de respaldo (80) determine que la avería en el sistema de control se quita.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y sistema para hacer funcionar una turbina eólica durante una avería

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0001] La materia divulgada en el presente documento se refiere en general a las turbinas eólicas y, más en particular, a un procedimiento y a un aparato para hacer funcionar una turbina eólica durante una avería.

[0002] Las turbinas eólicas conocidas convierten la energía cinética del viento en energía eléctrica. Las turbinas eólicas incluyen una o más palas que rotan cuando el viento en dirección contraria golpea las palas. El flujo de viento sobre las palas de turbina eólica genera sustentación, induce la rotación y proporciona par de torsión para generar energía.

[0003] Al menos algunas turbinas eólicas conocidas incluyen una pluralidad de controladores dentro de la turbina eólica que se comunican entre sí para controlar los componentes internos de la turbina eólica. Dichos controladores pueden incluir, por ejemplo, un controlador de pitch y un controlador de turbina eólica. Los controladores de pitch conocidos cambian el ángulo de pitch de las palas de turbina eólica. Más específicamente, los controladores de pitch conocidos pueden accionar las palas a un ángulo de pitch deseado en operación en base a las condiciones del viento existentes, para facilitar el funcionamiento mejorado. El controlador de pitch también puede hacer girar las palas a una posición no en operación, o en bandera, para facilitar la reducción de la cantidad de sustentación inducida a las palas por el viento. Las palas pueden estar en bandera para facilitar la prevención de daños a la turbina eólica, por ejemplo, durante condiciones de viento fuerte o durante condiciones de avería de la turbina eólica.

[0004] Los controladores de turbina eólica conocidos pueden funcionar como un controlador maestro para el sistema de turbina eólica. Por ejemplo, un controlador de turbina eólica conocido se puede programar para controlar otros controladores acoplados dentro de la turbina eólica, tal como el controlador de pitch. En dichas configuraciones, el controlador de turbina eólica emite comandos o mensajes de control a los otros controladores, y los otros controladores implementan estos comandos o mensajes de control en los componentes sometidos a su control. Por ejemplo, el controlador de turbina eólica puede emitir comandos al controlador de pitch para pitchear las palas a una posición definida. Véanse, por ejemplo, los docum entos US2009/155075A1, US2008/030027A1 y US2010/061852A1.

[0005] Sin embargo, los controladores de turbinas eólicas, tales como los controladores de pitch y los controladores de turbinas eólicas, pueden sufrir averías periódicas. Estas averías a menudo surgen de pérdidas de comunicación u otros errores en los controladores. La ocurrencia de dichas averías puede tener consecuencias indeseables. Por ejemplo, en una turbina eólica conocida, cuando se produce una avería, la turbina eólica entra en un estado de avería en el que se implementa un procedimiento de frenado brusco y las palas de rotor se detienen por medio de un frenado mecánico y/o mediante procedimientos de frenado accionados por batería. Dichos procedimientos pueden inducir una cantidad indeseable de carga sobre el sistema de turbina eólica y, con el tiempo, pueden reducir la vida en operación de la turbina eólica. Además, dichos procedimientos también causan que la turbina eólica funcione con una potencia eléctrica reducida, sin potencia eléctrica y/o con una eficiencia en operación reducida. Por tanto, dichos procedimientos dan como resultado la pérdida y/o la reducción de la generación de ingresos.

[0006] En consecuencia, se proporciona la presente invención, como se define por las reivindicaciones adjuntas. La Figura 1 es una vista lateral de una turbina eólica ejemplar.

La Figura 2 es una vista parcial en sección de una góndola y un buje ejemplares adecuados para su uso con la turbina eólica mostrada en la Figura 1.

La Figura 3 es una vista esquemática de un sistema de control de pitch de turbina eólica ejemplar que se puede usar con la turbina eólica mostrada en la Figura 1.

La Figura 4 es un diagrama de flujo de un procedimiento ejemplar para hacer funcionar la turbina eólica mostrada en la Figura 1.

La Figura 5 es un diagrama de flujo de otro procedimiento ejemplar para hacer funcionar la turbina eólica mostrada en la Figura 1.

La Figura 6 es un gráfico de la energía generada por una turbina eólica ejemplar frente a la velocidad del viento.

[0007] Los modos de realización descritos aquí proporcionan sistemas de control de pitch para su uso con una turbina eólica. Los modos de realización usan sensores de pitch y módulos de control redundantes para hacer funcionar los sistemas de control de pitch durante la ocurrencia de una avería. En lugar de interrumpir el funcionamiento de la turbina eólica durante la ocurrencia de una avería, los modos de realización descritos en el presente documento proporcionan un funcionamiento continuo de la turbina eólica durante la avería.

[0008] La Figura 1 ilustra una turbina eólica 10 ejemplar. En el modo de realización ejemplar, la turbina eólica 10 incluye una torre 12, una góndola 14 que está acoplada a la torre 12, un buje 16 que está acoplado a la góndola 14 y al menos una pala 18 que está acoplada al buje 16. La torre 12 proporciona soporte para la góndola 14, el buje 16 y la pala 18. La torre 12 puede tener dichas altura y construcción como se conoce en la técnica.

[0009] La góndola 14 aloja componentes (no mostrados) para su uso en la transformación de la energía de rotación de la pala 18 en electricidad. La góndola 14 se puede construir como se conoce en la técnica. El buje 16 proporciona un alojamiento rotatorio para al menos una pala 18. El buje 16 se puede construir como se conoce en la técnica.

[0010] Al menos una pala 18 está acoplada al buje 16. En el modo de realización ejemplar, tres palas 18 están acopladas al buje 16. Las palas 18 son rotatorias alrededor de un eje de rotación 22 cuando el viento golpea las palas 18. En el modo de realización ejemplar, cada pala 18 está orientada sustancialmente perpendicular al suelo. Cada pala 18 rota sustancialmente a través del mismo plano de rotación y sustancialmente paralela a un eje de línea central 20 de la torre 12. Cada pala 18 se puede construir como se conoce en la técnica. Cada pala 18 también tiene una superficie principal 19 (es decir, una pared lateral de presión) adyacente a un borde de ataque de cada pala.

[0011] Durante el funcionamiento, cuando el viento golpea las palas 18, las palas 18 rotan alrededor del buje 16 y la energía cinética del viento se transforma en energía de rotación mediante las palas 18. Más específicamente, una rotación de las palas 18 hace girar una multiplicadora (no mostrada) dentro de la góndola 14. La multiplicadora está acoplada a un generador (no mostrado) dentro de la góndola 14 que genera electricidad y la electricidad se transmite por medio de un montaje de cables (no mostrado) que se extiende a través de la torre 12. El montaje de cables suministra la electricidad a una red eléctrica o a otro destino.

[0012] La Figura 2 es una vista parcial en sección de la góndola 106 de la turbina eólica 100 ejemplar (mostrada en la Fig. 1). Diversos componentes de la turbina eólica 100 están alojados en la góndola 106. En el modo de realización ejemplar, la góndola 106 incluye tres montajes de pitch 130. Cada montaje de pitch 130 está acoplado a una pala 18 asociada (mostrada en la Figura 1) y modula un pitch de la pala 18 asociada alrededor del eje de pitch 128 paralelo a un eje longitudinal de cada pala 18. En la Figura 2 se muestra solo uno de los tres montajes de pitch 130. En el modo de realización ejemplar, cada montaje de pitch 130 incluye al menos un motor de accionamiento de pitch 131.

[0013] Como se muestra en la Figura 2, el rotor 108 está acoplado de forma rotatoria a un generador eléctrico 132 situado dentro de la góndola 106 por medio de un eje de rotor 134 (algunas veces denominado eje principal o eje lento), una multiplicadora 136, un eje rápido 138 y un acoplamiento 140. La rotación del eje de rotor 134 acciona de forma rotatoria la multiplicadora 136 que posteriormente acciona el eje rápido 138. El eje rápido 138 acciona de forma rotatoria el generador 132 por medio del acoplamiento 140 y la rotación del eje rápido 138 da como resultado la producción de energía eléctrica por el generador 132. La multiplicadora 136 recibe soporte de un primer soporte 142 y el generador 132 recibe soporte de un segundo soporte 144. En el modo de realización ejemplar, la multiplicadora 136 utiliza una geometría de ruta dual para accionar el eje rápido 138. De forma alternativa, el eje de rotor 134 está acoplado directamente al generador 132 por medio del acoplamiento 140.

[0014] La góndola 106 también incluye un mecanismo de accionamiento de orientación 146 que hace girar la góndola 106 y el rotor 108 alrededor del eje de orientación 116 (mostrado en la Figura 1) para controlar la perspectiva de las palas de rotor 112 con respecto a la dirección del viento 114 (mostrado en la Figura 2). La góndola 106 también incluye al menos un dispositivo de medición de viento 148 que incluye una veleta y un anemómetro, o un dispositivo de medición de viento es un sensor láser adecuado dispuesto en el buje 16. En un modo de realización, el dispositivo de medición 148 proporciona información, incluyendo la dirección del viento y/o la velocidad del viento, a un sistema de control de turbina 150. El sistema de control de turbina 150 incluye uno o más controladores u otros procesadores configurados para ejecutar algoritmos de control. Como se usa en el presente documento, el término "procesador" incluye cualquier sistema programable, incluyendo sistemas y microcontroladores, circuitos de conjunto de instrucciones reducidas (RISC), circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC), circuitos lógicos programables (PLC) y cualquier otro circuito capaz de ejecutar las funciones descritas en el presente documento. Los ejemplos anteriores son solamente ejemplares, y por tanto no se desea limitar de ninguna forma la definición y/o el significado del término “procesador”. Además, el sistema de control de turbina 150 puede ejecutar un programa SCADA (Control de supervisión y adquisición de datos). El montaje de pitch 130 está acoplado de forma operativa al sistema de control de turbina 150.

[0015] En el modo de realización ejemplar, la góndola 106 también incluye un rodamiento de soporte delantero 152 y un rodamiento de soporte trasero 154. El rodamiento de soporte delantero 152 y el rodamiento de soporte trasero 154 facilitan el soporte radial y la alineación del eje de rotor 134. El rodamiento de soporte delantero 152 está acoplado al eje de rotor 134 cerca del buje 110. El rodamiento de soporte trasero 154 se sitúa en el eje de rotor 134 cerca de la multiplicadora 136 y/o del generador 132. La góndola 106 puede incluir cualquier número de rodamientos de soporte que permitan que la turbina eólica 100 funcione como se divulga en el presente documento. El eje de rotor 134, el generador 132, la multiplicadora 136, el eje rápido 138, el acoplamiento 140 y cualquier dispositivo de sujeción, soporte y/o aseguramiento asociado que incluya, pero sin limitarse a, el primer soporte 142, el segundo soporte 144, el rodamiento de soporte delantero 152 y el rodamiento de soporte trasero 154, a veces se denominan tren de transmisión 156.

[0016] La Figura 3 ilustra una vista esquemática de un sistema de control de pitch de turbina eólica 70 ejemplar y un controlador de pitch de respaldo 80 (descrito con mayor detalle a continuación) que se puede usar con la turbina eólica 10 (mostrada en la Figura 1). El sistema de control 70 está acoplado a componentes dentro del buje 16, las palas 18, la góndola 14 y la torre 12. En el modo de realización ejemplar, el buje 16 incluye un controlador de pitch 40, al menos un accionador de pitch 42, una fuente de alimentación de respaldo de buje 44 y un sensor de buje 48. El controlador de pitch 40 está acoplado a las palas 18 a través de los accionadores de pitch 42. En un modo de realización, el buje 16 incluye tres accionadores de pitch 42, de modo que el controlador de pitch 40 está acoplado a cada pala 18 por medio de un accionador de pitch 42 respectivo.

[0017] En el modo de realización ejemplar, el controlador de pitch 40 está localizado dentro del buje 16 y controla, por ejemplo, un ángulo de pitch (no mostrado) y/o una posición relativa (no mostrada) de las palas 18. Además, el controlador de pitch 40 se comunica con un controlador de turbina eólica 60 por medio de una red de comunicación 50. En el modo de realización ejemplar, el controlador de pitch 40 incluye un controlador lógico programable (PLC). En un modo de realización alternativo, el controlador de pitch 40 incluye un microprocesador, un microcontrolador, una matriz de puertas programables por campo (FPGA) o cualquier otro circuito programable que permita que el controlador de pitch 40 funcione como se describe en el presente documento. Como se usa en el presente documento, el término "control" incluye, pero no se limita únicamente a, emitir comandos para implementarlos ejerciendo la supervisión de, y/o dirigir el funcionamiento de, uno o más de los componentes en cuestión. El término "control" también incluye un tipo de control de regulación, por ejemplo, una regulación de bucle de retroalimentación.

[0018] En el modo de realización ejemplar, los accionadores de pitch 42 reciben una o más comandos de pitch desde el controlador de pitch 40 y, en respuesta, hacen girar las palas 18 a una posición y/o a un ángulo de pitch identificado por los comandos de pitch. Los accionadores de pitch 42 pueden hacer girar las palas 18 usando, por ejemplo, medios hidráulicos, eléctricos o accionados por engranajes. En el modo de realización ejemplar, el sensor de buje 48 determina una velocidad de giro de y/o una carga inducida al buje 16. La fuente de alimentación de respaldo de buje 44 puede incluir, por ejemplo, una batería, un dispositivo magnético de almacenamiento de energía o uno o más condensadores. La fuente de alimentación de respaldo de buje 44 proporciona energía eléctrica a los componentes dentro del buje 16, tales como el controlador de pitch 40, los accionadores de pitch 42 y el sensor de buje 48, en el caso de una avería (descrito con mayor detalle a continuación).

[0019] En el modo de realización ejemplar, cada pala 18 incluye un sensor de pala 46 (es decir, un conmutador de límite) acoplado a la misma. Cada sensor de pala 46 también está acoplado al controlador de pitch 40. Los sensores de pala 46 permiten determinar una velocidad de giro y/o una carga inducida en cada pala 18. Los sensores de pala 46 también detectan una posición angular de cada pala 18 correspondiente. En el modo realización ejemplar, la góndola 14 incluye una multiplicadora 52, un freno 54, un generador 56, una batería 58 y un controlador de góndola 62. En un modo de realización alternativo, la góndola 14 no incluye la multiplicadora 52. En otro modo de realización alternativo, la góndola 14 no incluye el controlador de góndola 62. En el modo de realización ejemplar, la multiplicadora 52 permite un aumento de la rotación de un eje de rotor principal (no mostrado) accionado por la rotación de las palas 18, induciendo de este modo una mayor cantidad de energía de rotación al generador 56. El freno 54 puede proporcionar energía de parada de emergencia al generador 56 y/o al funcionamiento de la turbina eólica 10 en caso de avería o de otra condición de error. El generador 56 transforma la energía de rotación del eje de rotor principal en energía eléctrica. El generador 56 puede ser de cualquier tipo adecuado, por ejemplo y sin limitación, un generador de inducción de rotor bobinado, tal como un generador de inducción de doble alimentación. La batería 58 proporciona energía eléctrica de respaldo a los componentes de la góndola 14 y de la torre 12 en caso de una pérdida de comunicación.

[0020] El controlador de góndola 62 controla el funcionamiento de los componentes dentro de la góndola 14, tales como la multiplicadora 52, el freno 54, el generador 56 y/o la batería 58. En el modo de realización ejemplar, el controlador de góndola 62 está acoplado al controlador de pitch 40 y al controlador de turbina eólica 60 por medio de la red de comunicación 50. Más específicamente, en el modo de realización ejemplar, el controlador de góndola 62 está acoplado al controlador de pitch 40 por medio de una red de buje de góndola 66, y al controlador de turbina eólica 60 por medio de una red de torre de góndola 68.

[0021] En el modo de realización ejemplar, el controlador de turbina eólica 60 está localizado dentro de la torre 12. En un modo de realización alternativo, el controlador de turbina eólica 60 está localizado dentro de la góndola 14. Además, en el modo de realización ejemplar, el controlador de turbina eólica 60 funciona como un controlador maestro de la turbina eólica 10 y del sistema de control de pitch 70, y puede incluir un ordenador u otro procesador configurado para ejecutar algoritmos de control. El controlador de turbina eólica 60 puede controlar otros controladores de la turbina eólica 10, tal como el controlador de pitch 40, comunicarse con otras turbinas eólicas (no mostradas) y/o un sistema de gestión de parque eólico (no mostrado) y realizar el manejo de errores y la optimización operativa. Además, el controlador de turbina eólica 60 puede ejecutar un programa SCADA (Control de supervisión y adquisición de datos).

[0022] El buje 16 está acoplado a la góndola 14 y a la torre 12 por medio de la red de comunicación 50. La red de comunicación 50 incluye la red de buje de góndola 66, la red de torre de góndola 68 y la red de respaldo 84. Más específicamente, en el modo de realización ejemplar, el buje 16 está acoplado a la góndola 14 por medio de la red de buje de góndola 66, la góndola 14 está acoplada a la torre 12 por medio de la red de torre de góndola 68 y el controlador de pitch de respaldo 80 está acoplado a la torre 12 por medio de la red de torre de góndola 68. Además, el controlador de pitch 40 está acoplado al controlador de turbina eólica 60 por medio de la red de buje de góndola 66 y por medio de la red de torre de góndola 68. En el modo de realización ejemplar, la red de buje de góndola 66 usa una conexión de anillo colector para transmitir señales por medio de un protocolo de comunicación en serie u otro protocolo de comunicación, tal como banda ancha sobre línea eléctrica (BPL). En un modo de realización alternativo, la red de buje de góndola 66 incluye cualquier otra conexión que permita que la red 66 funcione como se describe en el presente documento. En el modo de realización ejemplar, la red de torre de góndola 68 incluye una o más de dichas conexiones como LAN Ethernet, LAN inalámbrica, un bus de red de área de controlador (CAN), conexión de fibra óptica o cualquier otra conexión de comunicación (no se muestran todas) que habilite la red de torre de góndola 68 para funcionar como se describe en el presente documento.

[0023] Durante el funcionamiento, la rotación de las palas 18 causa la rotación del eje de rotor principal, dando como resultado que el generador 56 produzca electricidad. El controlador de turbina eólica 60 monitorea la velocidad de giro y la carga de las palas 18 usando sensores de palas 46 y/o un sensor de buje 48. Si la velocidad del viento excede la velocidad nominal de la turbina eólica 10, el controlador de turbina eólica 60 transmite comandos de control al controlador de pitch 40 para aumentar o disminuir el ángulo de pitch de las palas 18 según sea necesario para facilitar la reducción de la sustentación inducida a las palas 18 por el viento al hacer girar las palas 18.

[0024] En el modo de realización ejemplar, el controlador de turbina eólica 60 transmite dichos comandos de control por medio de la red de comunicación 50 al controlador de pitch 40. Tras la recepción de los comandos de control, el controlador de pitch 40 implementa los comandos de control dirigiendo los accionadores de pitch 42 para hacer girar las palas 18 en una cantidad especificada en los comandos de control. Específicamente, en respuesta a los comandos de control, los accionadores de pitch 42 hacen girar las palas 18 al ángulo de pitch especificado por el controlador de pitch 40. En el modo de realización ejemplar, el sistema de control de pitch 70 se basa al menos parcialmente en la red de comunicación 50 para la comunicación entre el controlador de turbina eólica 60 y el controlador de pitch 40. Sin embargo, pueden surgir averías durante el funcionamiento del sistema de control de pitch 70, de la red de comunicación 50, del controlador de turbina eólica 60 y/o del controlador de pitch 40. Las averías se pueden deber a cualquier número de condiciones o irregularidades (por ejemplo, la pérdida de comunicación entre cualquiera de los componentes mencionados anteriormente), el fallo de componentes (por ejemplo, un tiristor) o el mal funcionamiento en los accionadores de pitch 42 (por ejemplo, el sobrecalentamiento de los accionadores de pitch 42). En el modo de realización ejemplar, como se describe con más detalle a continuación, el sistema de control de pitch 70 está programado para responder a dichas situaciones para facilitar la reducción de la cantidad de tiempo que la turbina eólica 10 funciona a una potencia eléctrica reducida, sin potencia eléctrica o con una eficacia de funcionamiento reducida.

[0025] El controlador de pitch de respaldo 80 se proporciona para controlar el pitch de las palas 18 durante la ocurrencia de una avería y está separado del sistema de control de pitch 70 y del controlador de turbina eólica 60. El controlador de pitch de respaldo 80 está localizado dentro de la góndola 14 en el modo de realización ejemplar, aunque, en otros modos de realización, puede estar localizado dentro de la torre 12 o en cualquier otra localización adecuada. El controlador de pitch de respaldo 80 está acoplado por medio de una red de comunicación 84 separada a los segundos sensores de pitch 72, los accionadores de pitch 42 y el controlador de turbina eólica 60. En el modo de realización ejemplar, la red de comunicación 84 separada está acoplada a la red de torre de góndola 68, aunque, en otros modos de realización, la red de comunicación 84 separada está conectada a la red de buje de góndola 66 o directamente al controlador de turbina eólica 60.

[0026] Los segundos sensores de pitch 72 se muestran esquemáticamente en la Figura 3. Se proporciona al menos un par de segundos sensores de pitch 72 para cada pala 18 en el modo de realización ejemplar, aunque se pueden proporcionar más o menos segundos sensores de pitch 72 sin apartarse del alcance de los modos de realización. En el modo de realización ejemplar, los segundos sensores de pitch 72 están localizados dentro de los montajes de pitch 130 mientras que, en otros modos de realización, los segundos sensores de pitch 72 se sitúan externamente a los montajes de pitch (por ejemplo, dentro de las palas 18). Además, se puede proporcionar un sistema de energía de respaldo (no mostrado) para alimentar los accionadores de pitch 42.

[0027] La Figura 4 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento 400 ejemplar para su uso en el funcionamiento de la turbina eólica 10 (mostrada en la Figura 1) durante la ocurrencia de una avería. El procedimiento 400 comienza con una determinación 410 por parte del controlador de pitch de respaldo 80 de que se ha producido una avería en el sistema de control de pitch 70. En el modo de realización ejemplar, el controlador de pitch de respaldo 80 toma esta determinación 410 recibiendo una comunicación desde el controlador de turbina eólica 60 y/o el sistema de control de pitch 70 por medio de la red de comunicación 84 separada.

[0028] El procedimiento 400 continúa con una determinación 420 por parte del controlador de pitch de respaldo 80 de la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10. El controlador de pitch de respaldo 80 puede detectar la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10 con el dispositivo de medición de viento 148 (Figura 2) o con cualquier otro dispositivo adecuado situado en las proximidades de la turbina eólica 10. La velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10 es la velocidad del viento por encima de la cual la turbina eólica 10 no puede estar sometida a menos que las palas 18 estén en una posición sustancialmente en bandera. En el modo de realización ejemplar, la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10 es de 25 m/s. Si el controlador de pitch de respaldo 80 determina que la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10 es mayor o igual que la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10, las palas 18 se hacen girar de acuerdo con el procedimiento 500 descrito con mayor detalle a continuación.

[0029] Si el controlador determina que la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10 es mayor o igual que la velocidad nominal máxima, las palas 18 se hacen girar a continuación 430 por los accionadores de pitch 42 hasta que uno de los segundos sensores de pitch 72 determina que las palas 18 se han hecho girar a un punto de ajuste. Como se describió anteriormente, los accionadores de pitch 42 hacen girar las palas 18 alrededor del eje longitudinal de las palas 18. El punto de ajuste es una posición angular de las palas 18 que es el ángulo en el cual el viento golpea la superficie principal 19 de las palas 18. En este modo de realización, el punto de ajuste es la posición angular de las palas 18 de modo que las palas 18 están en bandera y no generan sustancialmente sustentación.

[0030] Los segundos sensores de pitch 72 se sitúan con respecto a las palas 18 en base al punto de ajuste de modo que cada sensor indica cuándo las palas 18 tienen una posición angular que se corresponde con el punto de ajuste. En el modo de realización ejemplar, se proporcionan dos segundos sensores de pitch 72. Uno de los segundos sensores de pitch 72 se sitúa en el punto de ajuste para su uso en el procedimiento 400, mientras que el otro segundo sensor de pitch se sitúa en otro punto de ajuste para su uso en el procedimiento 500 correspondiente a la posición angular de la pala 18 en una posición en bandera.

[0031] Después de que las palas 18 se hacen girar 430 por los accionadores de pitch 42, el procedimiento 400 puede aplicar un freno (no mostrado) para evitar una mayor rotación de las palas 18. Si se quita la avería o si el controlador de pitch de respaldo 80 determina de otro modo que la avería ya no se está produciendo, el freno se puede soltar y el control del sistema puede regresar al sistema de control de pitch 70. Además, el procedimiento 400 puede seguir monitoreando la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10. Cuando la velocidad del viento cae por debajo de la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10, el procedimiento 400 puede soltar el freno y hacer girar las palas 18 como se describe a continuación en relación con el procedimiento 500.

[0032] La Figura 5 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento 500 ejemplar para su uso en el funcionamiento de la turbina eólica 10 (mostrada en la Figura 1) durante la ocurrencia de una avería. El procedimiento 500 está en general dirigido a proporcionar un control de pitch de respaldo en situaciones donde se determina que la velocidad del viento no excede la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10. El procedimiento 500 comienza con una determinación 510 por parte del controlador de pitch de respaldo 80 de que se ha producido una avería en el sistema de control de pitch 70. En el modo de realización ejemplar, el controlador de pitch de respaldo 80 toma esta determinación 510 recibiendo una comunicación desde el controlador de turbina eólica 60 y/o el sistema de control de pitch 70 por medio de la red de comunicación 84 separada.

[0033] El procedimiento 500 continúa con una determinación 520 por parte del controlador de pitch de respaldo 80 de la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10. El controlador de pitch de respaldo 80 puede detectar la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10 con el dispositivo de medición de viento 148 (Figura 2) o con cualquier otro dispositivo adecuado situado en las proximidades de la turbina eólica 10. La velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10 es la velocidad del viento por encima de la cual la turbina eólica 10 no puede estar sometida a menos que las palas 18 estén en una posición en bandera. En el modo de realización ejemplar, la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10 es de 25 m/s. Sin embargo, si la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10 es mayor o igual a la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10, las palas 18 se hacen girar de acuerdo con el procedimiento 400 descrito anteriormente.

[0034] Si el controlador determina que la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10 es menor que la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10, las palas 18 se hacen girar a continuación 530 por los accionadores de pitch 42 hasta que uno de los segundos sensores de pitch 72 determina que las palas 18 se han hecho girar a un punto de ajuste. Como se describió anteriormente, los accionadores de pitch 42 hacen girar las palas 18 alrededor del eje longitudinal de las palas 18. El punto de ajuste puede variar entre 20 grados y 1 grado en el modo de realización ejemplar (dando como resultado un ángulo de pitch de entre 20 grados y 1 grado), mientras que, en otros modos de realización, el punto de ajuste puede variar entre 15 grados y 5 grados (dando como resultado un ángulo de pitch de entre 15 grados y 5 grados), mientras que, en otros modos de realización, el punto de ajuste puede ser de aproximadamente 10 grados (por ejemplo, dentro de /- 2 grados de 10 grados) (dando como resultado un ángulo de pitch de aproximadamente 10 grados).

[0035] Como se describió anteriormente, los segundos sensores de pitch 72 se sitúan con respecto a las palas 18 en base al punto de ajuste de modo que cada segundo sensor de pitch 72 indica cuándo la pala 18 correspondiente tiene una posición angular que se corresponde con el punto de ajuste. En el modo de realización ejemplar, se proporcionan dos segundos sensores de pitch 72. Uno de los segundos sensores de pitch 72 se sitúa en un punto de ajuste para su uso en el procedimiento 400, mientras que el otro segundo sensor de pitch se sitúa en otro punto de ajuste para su uso en el procedimiento 500 correspondiente a la posición angular de las palas 18 cuando están en una posición en bandera y la superficie principal 19 es en general paralela a la dirección del viento.

[0036] Después de que las palas 18 se hacen girar 530 por los accionadores de pitch 42, el procedimiento 500 puede aplicar un freno (no mostrado) para evitar una mayor rotación de las palas 18. Si se quita la avería o si el controlador de pitch de respaldo 80 determina de otro modo que la avería ya no se está produciendo, el freno se puede soltar y el control del sistema puede regresar al sistema de control de pitch 70.

[0037] Además, el procedimiento 500 puede seguir monitoreando la velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica 10. Cuando la velocidad del viento aumenta de modo que se vuelve mayor que o igual a la velocidad nominal máxima (es decir, la velocidad máxima del viento o la velocidad del viento de corte) de la turbina eólica 10, el procedimiento 500 puede proceder como se describe en el procedimiento 400 para hacer girar las palas 18 a una posición en bandera.

[0038] Cuando la velocidad del viento cae por debajo de la velocidad nominal máxima de la turbina eólica 10, el procedimiento 500 puede soltar el freno y hacer girar las palas 18 como se describió anteriormente en relación con el procedimiento 400.

[0039] La Figura 6 es un gráfico ejemplar que muestra la relación entre la energía generada por la rotación de las palas 18 y la velocidad del viento. La línea continua representa la curva de generación de energía en condiciones normales en las que el sistema de control de pitch 70 y/o el controlador de turbina eólica 60 no están experimentando una avería. Como se muestra en la Fig. 6, el funcionamiento normal de la turbina eólica 10 está representado por una porción de la curva etiquetada con el número de referencia 601. Una vez que la velocidad del viento alcanza la V^nominal, el pitch de las palas 18 se ajusta en el punto 602 mediante el sistema de control de pitch 70 y/o el controlador de turbina eólica 60 de modo que la energía generada por la rotación de las palas 18 no exceda un umbral dado a lo largo de la porción 604 del gráfico hasta que la velocidad del viento alcanza la V^corteen la porción 606 del gráfico, momento en el cual las palas 18 están en bandera y tienen un ángulo de pitch de 90 grados. A continuación, las palas 18 dejan de girar ya que no generan una sustentación significativa y no se genera una energía apreciable. La línea discontinua representa la curva de generación de energía en condiciones de avería. El controlador de pitch de respaldo 80 está controlando el pitch de las palas 18. Durante la porción 601 de la curva, el control de par de torsión se usa para controlar la cantidad de energía generada por las palas 18. Una vez que la velocidad del viento alcanza la V^nominalen el punto 608 del gráfico, el controlador de pitch de respaldo 80 cambia el pitch de las palas 18 y, durante la porción 610 de la curva, la generación de energía aumenta nuevamente junto con aumentos en la velocidad del viento. Una vez que la velocidad del viento alcanza V^bcen la porción 612 del gráfico, las palas 18 están en bandera.

[0040] Los ejemplos usados en el presente documento son solo ilustrativos y no pretenden limitarse a los elementos de esos ejemplos. Los modos de realización descritos anteriormente proporcionan un procedimiento eficaz y rentable para hacer funcionar una turbina eólica durante una avería. El procedimiento mejora la capacidad de funcionamiento de la turbina eólica durante una avería. El modo de realización ejemplar proporciona un controlador de pitch de respaldo y sensores de pitch para controlar el funcionamiento del pitch de las palas de la turbina eólica durante la ocurrencia de una avería. El controlador de pitch de respaldo permite por tanto la generación continua de energía por parte de la turbina eólica durante una avería, ya que los sistemas actuales cesan típicamente la generación de energía durante la ocurrencia de una avería.

[0041] Los modos de realización ejemplares de una turbina eólica, un controlador de pitch de respaldo y un procedimiento para hacer funcionar una turbina eólica durante la ocurrencia de una avería se describen anteriormente en detalle. El procedimiento, la turbina eólica y el controlador no se limitan a los modos de realización específicos descritos en el presente documento sino que, en cambio, los componentes de la turbina y/o del controlador y/o las etapas de los procedimientos se pueden utilizar de forma independiente y separada de otros componentes y/o etapas descritos en el presente documento. Por ejemplo, el controlador se puede usar también en combinación con otros sistemas y procedimientos, y no se limita a practicar solo con la turbina eólica y el procedimiento como se describe en el presente documento. Más bien, el modo de realización ejemplar se puede implementar y utilizar en relación con muchas otras aplicaciones de turbina eólica.

[0042] Aunque características específicas de diversos modos de realización de la invención se pueden mostrar en algunos dibujos y no en otros, esto es solo por comodidad. De acuerdo con los principios de la invención, cualquier característica de un dibujo se puede referir y/o reivindicar en combinación con cualquier característica de cualquier otro dibujo.

[0043] Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el modo preferente, y también para permitir que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que se produzcan por los expertos en la técnica. Se pretende que dichos otros ejemplos queden comprendidos dentro del alcance de las reivindicaciones si incluyen elementos estructurales que no difieran del texto literal de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para responder a averías en un sistema de control de pitch (70) en una turbina eólica (10) que incluye un rotor acoplado a al menos una pala de rotor (18), al menos un sensor de pitch (46) acoplado a la pala de rotor (18), al menos un accionador de pitch (42), un controlador de turbina eólica (60) acoplado comunicativamente al sensor de pitch y al accionador de pitch, y un controlador de pitch de respaldo (80) para controlar el pitch de las palas (18) durante una ocurrencia de una avería, el controlador de pitch de respaldo (80) está separado del sistema de control de pitch (70) y el controlador de turbina eólica (60), comprendiendo dicho procedimiento:

determinar (510), con el controlador de pitch de respaldo (80), que se ha producido una avería en el sistema de control;

determinar (520), con el controlador de pitch de respaldo (80), una velocidad del viento en las proximidades de la turbina eólica;

hacer girar (530) la pala de rotor usando el accionador de pitch si el controlador de pitch de respaldo (80) determina que la velocidad del viento es menor que la velocidad máxima de la turbina eólica hasta que el sensor de pitch determina que la pala de rotor se ha hecho girar a un punto de ajuste, siendo el punto de ajuste una posición angular de la pala de rotor (18) donde la pala de rotor tiene un ángulo de pitch de menos de 20 grados y mayor que 2 grados;

aplicar un freno para evitar otra rotación de la pala de rotor una vez que la pala de rotor se hace girar al punto de ajuste; y

soltar el freno cuando el controlador de pitch de respaldo (80) determine que la avería en el sistema de control se quita.

2. Un procedimiento (400) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la pala de rotor (18) se hace girar alrededor de un eje longitudinal mediante el accionador de pitch (42).

3. Un procedimiento (400) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que determinar con el controlador de turbina eólica (60) que se ha producido una avería en el sistema de control de pitch (70) incluye determinar que se ha producido una avería de comunicación en el sistema de control de pitch.

4. Un sistema de control de pitch de respaldo para controlar el pitch de al menos una pala (18) de una turbina eólica (10) durante la ocurrencia de una avería en un sistema de control de pitch primario de la turbina eólica, comprendiendo dicho sistema de control de pitch de respaldo:

un accionador de pitch (42) para hacer girar una pala de rotor (18) alrededor de un eje longitudinal de la pala de rotor;

un sensor de pitch (46) situado para determinar cuándo la pala de rotor (18) está en un punto de ajuste, siendo el punto de ajuste la posición angular de la pala de rotor (18) donde la pala de rotor tiene un ángulo de pitch de menos de 20 grados y mayor que 2 grados;

un controlador de pitch de respaldo (80) acoplado comunicativamente al accionador de pitch (42) y al sensor de pitch (46), el controlador de respaldo configurado para controlar el funcionamiento del accionador de pitch (42) cuando se produzca una avería en el sistema de control primario,

el accionador de pitch (42) configurado para hacer girar la pala de rotor (18) hasta que el sensor de pitch determine que la pala de rotor (18) se ha hecho girar al punto de ajuste cuando el controlador de pitch de respaldo (80) determina la velocidad del viento en las proximidades de turbina eólica (10) es menor que la velocidad máxima nominal de la turbina eólica (10).

5. Un sistema de control de pitch de respaldo de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el sensor de pitch (46) se sitúa para indicar cuándo la pala de rotor (18) se ha hecho girar a una posición de modo que una superficie principal de la pala (18) está orientada de modo que el viento golpee la superficie principal en un ángulo de menos de 15 grados y mayor que 5 grados.