ES2299347A1 - Procedimiento de captura masiva de datos operacionales de un aerogenerador. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la captura masiva de datos muéstrales de variables operacionales de un aerogenerador conectado a una red eléctrica que comprende una primera etapa en la que se seleccionan las variables operacionales objeto de captura y la frecuencia de captura y se definen las condiciones de disparo para comenzar la operación de captura y el período temporal que abarcará y una segunda etapa en la que se registran continuamente los datos muéstrales de las variables operacionales seleccionadas en una memoria no volátil del módulo de control del aerogenerador hasta que se detecta el cumplimiento de las condiciones de disparo en cuyo caso se continúa el registro de los datos muéstrales hasta que finalice dicho período temporal, quedando registrados en dicha memoria no volátil los datos correspondientes a dicho temporal para su transferencia a un ordenador externo.
Description
Procedimiento de captura masiva de datos
operacionales de un aerogenerador.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de captura de datos operacionales de un aerogenerador
y, en particular, a un procedimiento de captura masiva de datos
operacionales especialmente útil cuando existen disfunciones de
red.
En la técnica anterior se han propuesto diversos
procedimientos y sistemas de captura de datos operacionales de
aerogeneradores para, fundamentalmente, optimizar la gestión de
parques eólicos.
Así por ejemplo en la solicitud de patente
US20020029097 se describe un sistema de control de un parque eólico
a partir de los datos suministrados por sistemas de supervisión de
comandos y adquisición de datos de cada aerogenerador del parque,
conocidos como sistemas SCADA, y otras fuentes de información como,
en particular, una estación meteorológica.
En la solicitud de patente WO03029648 se
describe un método y un sistema mediante el cual se recogen los
datos operacionales en bruto de los aerogeneradores de un parque
eólico en una estación central, se efectúan en ella tratamientos de
los mismos incluyendo la generación de datos corregidos y se
almacenan estructuradamente tanto los datos operacionales brutos
como los datos operacionales corregidos para facilitar la obtención
de informes a partir de dichos datos que faciliten la optimización
de la gestión del parque eólico.
En la solicitud de patente US20040230377 se
describe un sistema de gestión de un parque eólico mediante el
tratamiento de datos operacionales de los aerogeneradores que se
reciben y almacenan en tiempo real en un servidor central.
Si bien este tipo de sistemas y métodos son
útiles para optimizar la gestión de parques eólicos no sucede lo
mismo para analizar el comportamiento de los aerogeneradores en
determinados eventos tales como la aparición de una disfunción en
la red pues este tipo de análisis requiere el tratamiento de un
volumen de información muy superior al de los sistemas mencionados
en tiempos comprendidos en el rango de decenas de
microsegundos.
La presente invención está orientada a la
satisfacción de esa necesidad.
La presente invención proporciona un
procedimiento para la captura masiva de datos muestrales de
variables operacionales de un aerogenerador conectado a una red
eléctrica, indicativos de su comportamiento durante su
funcionamiento habitual o cuando se produce una disfunción de la
red, que comprende una primera etapa de definición y una segunda
etapa de ejecución.
La etapa de definición comprende los siguientes
pasos:
- Envío de la lista de las variables
operacionales del aerogenerador que se monitorizan desde el módulo
de control del aerogenerador a un ordenador externo.
- Selección desde dicho ordenador externo de las
variables operacionales a capturar por dicho módulo de control y de
la frecuencia de captura F.
- Definición de las condiciones de disparo que
determinan el momento de comienzo de la operación de captura masiva
de datos y del período temporal del que se procederá a la captura
masiva de datos.
La etapa de ejecución comprende los siguientes
pasos:
- Detección del cumplimiento de las condiciones
de disparo y, simultáneamente, registro continuo de los datos
muestrales de las variables operacionales seleccionadas en una
memoria no volátil del módulo de control del aerogenerador, hasta
que se detecta el cumplimiento de dichas condiciones de
disparo.
- Continuación del registro de los datos
muestrales de las variables seleccionadas hasta que finalice el
período temporal definido para la captura de datos.
- Transferencia de los datos registrados en
dicha memoria no volátil correspondientes al mencionado período
temporal a dicho ordenador externo.
\newpage
El procedimiento objeto de la presente invención
se implementa mediante un componente software embebido en el módulo
de control del aerogenerador que llamaremos en adelante, "data
tracker".
El procedimiento objeto de la presente invención
permite:
- La selección y la captura masiva de datos
muestrales de variables que indican el comportamiento de un
aerogenerador, predeterminando las condiciones de disparo y la
duración del período temporal del que se capturarán dichos datos, al
que también nos referiremos en adelante como ventana de grabación,
lo que facilita un estudio muy preciso del comportamiento del
aerogenerador cuando ocurren dichas condiciones, mediante el
registro de los datos a la frecuencia seleccionada y durante el
tiempo programado en la ventana de grabación.
- La transferencia de los datos grabados en el
"data tracker" hasta un ordenador externo vía RS232, ethernet
ú otro modo de conexión para, posteriormente, realizar el estudio
del comportamiento del aerogenerador.
Una característica importante de la presente
invención es que los datos capturados en el "data tracker" son
los datos obtenidos tras la producción de determinadas condiciones
de disparo durante el funcionamiento del aerogenerador,
particularmente aquellas condiciones relacionadas con las
disfunciones de la red eléctrica (huecos de tensión, conexión y
desconexión del aerogenerador, etc.), eventos o alarmas del propio
aerogenerador. Se eligen pues las condiciones que han de darse para
comenzar la captura masiva de los datos. En tanto no se produzcan
esas condiciones, los datos muestrales de las variables
seleccionadas se registran continuamente en una memoria no volátil
del módulo de control, de manera que serán sobrescritos una y otra
vez. Es decir, una vez se llena esa memoria con los datos
muestrales de las variables seleccionadas, se continua grabando
nuevos datos, sobrescribiéndose los más actuales sobre los
anteriores, hasta que se den las condiciones de disparo y se
registren de forma permanente durante una ventana de grabación
definida por el operador. Además de los datos muestrales de las
variables seleccionadas se grabarán otros datos relativos a alarmas
o eventos acontecidos en el aerogenerador que, a los efectos de la
presente invención, pueden considerarse similares a los primeros en
cuanto a su tratamiento en el marco del procedimiento objeto de
la
misma.
misma.
Una ventaja de la presente invención es que los
datos capturados en el "data tracker" permiten estudiar la
respuesta del aerogenerador frente a huecos de tensión y
transitorios así como el análisis de la calidad de la energía
proporcionada (armónicos, flickers, etc). De esta forma se
posibilita la adaptación del comportamiento del aerogenerador a los
parámetros legales estipulados o a los parámetros requeridos por su
operador. Es importante destacar que el "data tracker" no se
ve alterado ante un fallo de alimentación del módulo de control ya
que la información registrada en la memoria no volátil no se pierde
ante una caída de tensión, y cuando esta se restaura, el "data
tracker" sigue con el proceso de muestreo y almacenamiento de
datos.
Los medios utilizados actualmente para la
captura de datos en tiempo real tienen un límite físico de
transmisión lo cual implica una recogida de datos relativamente
lenta (dispersa) y poco precisa. Al desaparecer esa limitación en la
presente invención es posible analizar el comportamiento del
aerogenerador en tiempos del orden de decenas de microsegundos. El
tiempo de procesado de las muestras estará únicamente limitado por
el tiempo de refresco de las variables en el módulo de control. Por
lo tanto la invención evita las limitaciones de la transmisión de
datos del módulo de control al ordenador externo propias de la línea
serie, ethernet, etc., e implica un considerable incremento en la
velocidad de recogida de datos durante muy pequeños tiempo de
disfunción en la red eléctrica o durante cortas anomalías en el
funcionamiento del aerogenerador, y por lo tanto supone un
considerable aumento de precisión en el estudio de dichas variables
del aerogenerador a lo largo de dichas disfunciones tan
cortas.
cortas.
Otra ventaja de la presente invención es que se
aumenta en gran medida el número de variables capaz de ser
analizadas simultáneamente, superando la veintena de variables.
Otra ventaja es que se pueden considerar
diversas combinaciones del número de variables seleccionadas y la
frecuencia de muestreo con distintas duraciones de muestreo.
Otra ventaja es que el "data tracker"
además de registrar datos muestrales de las variables
seleccionadas, también almacena los eventos y las alarmas que
ocurren en el aerogenerador durante la ventana de grabación, de
forma que a posteriori se puede realizar un estudio muy
preciso del comportamiento del aerogenerador teniendo en cuenta
estas circunstancias.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
las realizaciones ilustrativas de su objeto en relación con las
figuras que se acompañan.
La Figura 1 es un diagrama de flujo ilustrativo
de la ejecución del procedimiento objeto de la presente
inven-
ción.
ción.
\newpage
El control de un aerogenerador se realiza
generalmente en dos niveles. En el primer nivel, el módulo de
control de la turbina toma referencias externas al aerogenerador,
véase velocidades del viento, tensión en la red, frecuencia de la
red, etc. y corrige el ángulo de las palas, la orientación de la
barquilla, etc. para adecuar el funcionamiento del aerogenerador y
suministrar la potencia requerida en dichas condiciones de trabajo.
Por otro lado, en el segundo nivel, el módulo de control de
potencia, controla la conexión del aerogenerador a la red eléctrica
tanto en lo relativo a maniobras de conexión y desconexión como a
la generación de energía y la calidad de la energía suministrada a
la
red.
red.
El "data tracker" utilizado en el
procedimiento objeto de la presente invención está integrado en
dicho módulo de control de potencia y está conectado a un ordenador
externo vía RS232 ú otras vías de conexión tales como ethernet o
conexiones inalámbricas.
Pasamos ahora a describir una realización
preferente del procedimiento objeto de la presente invención que se
implementa mediante el "data tracker" y el ordenador
externo.
El procedimiento comprende dos grandes etapas a)
y b) de, respectivamente, definición y ejecución del mismo que
incluyen varios pasos.
La etapa de definición comprende los tres
siguientes pasos:
a1) Envío de la lista de las variables
operacionales del módulo de control de potencia a un ordenador
externo. Esta lista puede ser distinta en diferentes modelos de
aerogenerador.
a2) Selección desde dicho ordenador externo de
las variables operacionales a capturar y de la frecuencia de
captura F de dichas variables.
En este paso se definen las variables
operacionales a grabar hasta un número máximo predeterminado para
que el "data tracker" reciba los datos resultantes de la
monitorización de esas variables que se lleva a cabo en el módulo
de control de potencia.
En los módulos de control de potencia de los
aerogeneradores actuales se contemplan alrededor de 1000 variables
operacionales; ejemplo de estas variables son las tensiones de
línea, corrientes de línea, corrientes de rotor, potencias activa y
potencias reactiva, velocidad de generador, frecuencias de red,
etc., de las que en una realización preferente de la presente
invención se seleccionan un máximo de 25.
También se elige la frecuencia F de captura de
las variables que puede coincidir con la frecuencia de muestreo del
módulo de control que puede estar establecida por ejemplo en 100
\mus o ser un múltiplo N de ella. En este último caso se define
cómo calcular el dato a capturar a partir de los datos
proporcionados por el muestreo a 100 \mus. Por ejemplo si
queremos capturar los datos muestrales de las variables
seleccionadas cada 400 \mus, hemos de programar también cuál de
los cuatro datos muestrales que se producirán en ese tiempo ó algún
dato estadístico de los mismos será el que deba registrarse.
Podemos elegir, por ejemplo, el último dato muestral de los cuatro,
la media de los cuatro datos muestrales, el dato muestral de valor
máximo ó el dato muestral de valor mínimo.
a3) Definición de las condiciones de disparo que
determinan el momento de comienzo de la operación de captura masiva
de datos y del período temporal del que se procederá a la captura
masiva de datos.
Las condiciones de disparo se definen en
relación con determinados valores de las variables monitorizadas o
en relación a la detección de una alarma predeterminada en el
módulo de control de potencia.
En una realización preferente se pueden
programar condiciones de disparo empleando hasta 3 condiciones
lógicas relacionadas entre sí mediante los operadores lógicos OR,
AND ó XOR, consistentes en comparar una variable o su valor
absoluto, con otra variable, su valor absoluto o con una constante,
empleando funciones del tipo >, >=, <, <= ó \neq.
A ese efecto puede usarse cualquier variable
operacional del módulo de control, incluso si es distinta de las
variables seleccionadas para ser registradas en el "data
tracker".
A su vez, es posible programar las condiciones
de disparo para que el disparo se produzca a partir de la enésima
repetición de una determinada condición. Este último supuesto
resulta aplicable cuando no conviene estudiar la evolución de unas
determinadas variables la primera vez que se produce una
determinada condición sino después, por ejemplo, de una tercera
repetición.
Finalmente, las condiciones de disparo también
pueden incluir un disparo manual sin esperar a que se cumplan las
condiciones preestablecidas lo que resulta de gran utilidad para
analizar si las variables y las frecuencias elegidas son adecuadas
para el tipo de estudio que se desea hacer.
La duración del período temporal, ó ventana de
grabación, del que se capturarán los datos muestrales de las
variables seleccionadas viene definido por la capacidad de la
memoria no volátil, el número de variables seleccionadas y la
frecuencia de captura F.
En una realización preferente de la invención en
la que se reserva el espacio para 250000 muestras en la memoria no
volátil, se emplea una frecuencia de muestreo de 100 \mus y el
número máximo de variables registradas es de 25, caben situaciones
como las siguientes:
- Caso 1: Se monitoriza 1 variable cada 100
\mus. La duración máxima de muestreo es de 25 segundos ((250000
muestras en la memoria no volátil/1 variable) * 0.1
ms/muestra).
Caso 2: Se monitorizan 25 variables cada 100
\mus. La duración máxima de muestreo es de 1 segundos ((250000
muestras en la memoria no volátil/25 variables) * 0.1
ms/muestra).
Caso 3: Se monitorizan 25 variables cada 400
\mus. La duración máxima de muestreo es de 4 segundos ((250000
muestras en la memoria no volátil/25 variables) * 0.4
ms/muestra).
En todo caso, el usuario puede elegir libremente
la duración de la ventana de grabación sin rebasar lógicamente la
duración máxima de cada caso.
La ejecución del procedimiento comprende los
pasos que describimos seguidamente en referencia a la Fig. 1:
b1) Detección del cumplimiento de las
condiciones de disparo y, simultáneamente, registro continuo de los
datos muestrales de las variables operacionales seleccionadas en la
memoria no volátil del módulo de control del aerogenerador, hasta
que se detecta el cumplimiento de dichas condiciones de
disparo.
Tras la definición del procedimiento, el "data
tracker" se encuentra en su estado inicial IS y pasa a un estado
activo AS mediante una operación de activación 100 por parte del
usuario.
En el estado activo AS y mientras no se detecta
el cumplimiento de las condiciones de disparo 140 se procede
continuamente a operaciones 120 de registro de datos muestrales de
las variables seleccionadas en la memoria no volátil,
sobrescribiendo los nuevos datos sobre los previamente registrados a
medida que se llena la memoria no volátil.
b2) Continuación del registro de los datos
muestrales de las variables seleccionadas hasta que finalice el
período temporal definido para la captura de datos.
Una vez que se detecta el cumplimiento de las
condiciones de disparo 140, el "data tracker" pasa a un estado
de captura de datos CS en el que se continúa con operaciones 120 de
registro de datos muestrales de las variables seleccionadas en la
memoria no volátil hasta que se detecta la finalización de la
ventana de grabación 160.
En este paso se graba la fecha y hora en que se
producen las condiciones de disparo y, tras la finalización de la
ventana de grabación 160, el "data tracker" pasa a un estado
de espera ES.
La Tabla 1 que se muestra seguidamente ilustra
la estructura de los datos registrados en la memoria no volátil:
bloques de datos de las variables seleccionadas (VAR_1, VAR_2,
VAR_3, VAR_4 ...) en cada instante de muestreo (con una frecuencia
100 \mus). Si las condiciones de disparo se producen, por ejemplo
en t2, se grabarán los datos a partir de t2 si se programa que el
disparo se sitúe al inicio de la ventana de grabación. Si por el
contrario se prefiere grabar permanentemente a partir de t0, hay
que programar que la ventana de grabación se sitúe un tanto
porciento antes que el disparo, y así sucesivamente, siendo posible
situar el disparo en cualquier posición dentro de la ventana de
grabación.
b3) Transferencia de los datos
registrados en la memoria no volátil correspondientes a la ventana
de grabación del ordenador
externo.
El "data tracker" permanecerá en el estado
de espera ES hasta que el ordenador externo solicita una operación
180 de transferencia de los datos grabados en la memoria no volátil
durante la ventana de grabación.
Tras ello los datos están disponibles para la
realización de diversos análisis que no son objeto de la presente
invención.
En los mencionados estados AS, CS y ES el
usuario puede llevar a cabo acciones 200 de reinicialización, en el
que las acciones del "data tracker" quedan detenidas.
En la realización preferente que acabamos de
describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes
reivindicaciones.
Claims (9)
1. Procedimiento para la captura masiva de datos
muestrales de variables operacionales de un aerogenerador conectado
a una red eléctrica, indicativos de su comportamiento durante su
funcionamiento habitual o cuando se produce una disfunción de la
red, caracterizado porque comprende las siguientes
etapas:
a) Etapa de definición que comprende los
siguientes pasos:
a1) Envío de la lista de las variables
operacionales del aerogenerador que se monitorizan desde el módulo
de control del aerogenerador a un ordenador externo;
a2) Selección desde dicho ordenador externo de
las variables operacionales a capturar y de la frecuencia de
captura F;
a3) Definición de las condiciones de disparo que
determinan el momento de comienzo de la operación de captura masiva
de datos y del período temporal que abarcará la captura masiva de
datos;
b) Etapa de ejecución que comprende los
siguientes pasos:
b1) Detección del cumplimiento de las
condiciones de disparo y, simultáneamente, registro continuo de los
datos muestrales de las variables operacionales seleccionadas en
una memoria no volátil del módulo de control del aerogenerador,
hasta que se detecta el cumplimiento de dichas condiciones de
disparo;
b2) Continuación del registro de los datos
muestrales de las variables seleccionadas hasta que finalice el
período temporal definido para la captura de datos;
b3) Transferencia de los datos registrados en
dicha memoria no volátil correspondientes al mencionado período
temporal al ordenador externo.
2. Procedimiento para la captura masiva de datos
muestrales de variables operacionales de un aerogenerador según la
reivindicación 1 caracterizado porque dichas condiciones de
disparo son condiciones relativas a determinadas variables
operacionales, eventos o alarmas del aerogenerador.
3. Procedimiento para la captura masiva de datos
muestrales de variables operacionales de un aerogenerador según la
reivindicación 1, caracterizado porque el disparo puede ser
forzado manualmente por un operador.
4. Procedimiento para la captura masiva de datos
muestrales de variables operacionales de un aerogenerador según las
reivindicaciones 2 ó 3, porque el disparo puede estar situado en
cualquier posición dentro del periodo temporal de grabación de
datos.
5. Procedimiento para la captura masiva de datos
muestrales de variables operacionales de un aerogenerador según
cualquiera de las reivindicaciones 1-4,
caracterizado porque la frecuencia de captura F es igual a la
frecuencia de muestreo del módulo de control.
6. Procedimiento para la captura de datos
operacionales de un aerogenerador según cualquiera de las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque
la frecuencia de captura F es proporcional a la frecuencia de
muestreo del módulo de control, siendo dicha proporción un número
entero N mayor o igual que 1.
7. Procedimiento para la captura de datos
operacionales de un aerogenerador según la reivindicación 6,
caracterizado porque solo se registra en la memoria no
volátil del módulo de control del aerogenerador un dato de cada
serie de N datos muestrales seleccionado entre el dato de valor
máximo, el dato de valor mínimo, el dato de valor medio o el último
dato de la serie.
8. Procedimiento para la captura de datos
operacionales de un aerogenerador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
frecuencia de muestreo del módulo de control está comprendida en
decenas de microsegundos.
9. Procedimiento para la captura de datos
operacionales de un aerogenerador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número
máximo de variables operacionales seleccionadas es de 25.
Priority Applications (5)
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