ES2401880B1 - Procedimiento y sistema para optimizar las operaciones de mantenimiento en aerogeneradores y parques eólicos. - Google Patents

Procedimiento y sistema para optimizar las operaciones de mantenimiento en aerogeneradores y parques eólicos. Download PDF

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ES2401880B1 ES201100748A ES201100748A ES2401880B1 ES 2401880 B1 ES2401880 B1 ES 2401880B1 ES 201100748 A ES201100748 A ES 201100748A ES 201100748 A ES201100748 A ES 201100748A ES 2401880 B1 ES2401880 B1 ES 2401880B1
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Abstract

Sistema y procedimiento de mantenimiento para aerogeneradores o parques eólicos que comprende: una conexión de entrada para recibir parámetros de campo medidos desde un aerogenerador o un sistema de parque eólico, un módulo de detección de averías que emite una señal de detección de averías, un módulo de localización de averías que tiene medios de almacenamiento con datos en estructura nodal jerárquica, un módulo de estimación o pronóstico de averías que tiene medios de almacenamiento con parámetros de avería incipiente predeterminados, y un módulo programador de mantenimiento para emitir una señal de salida de mantenimiento, basándose dicha señal en la combinación de dicha señal de detección de averías, dicha señal de localización de averías y dicha señal de avería estimada o pronosticada.

Description

PROCEDIMIENTO Y SISTEMA PARA OPTIMIZAR LAS OPERACIONES
DE MANTENIMIENTO EN AEROGENERADORES Y PARQUES EÓLICOS.
Objeto de la invención.
5
La presente invención se refiere a un procedimiento y sistema para
optimizar las operaciones de mantenimiento en aerogeneradores y parques
eólicos.
1o
Antecedentes de la invención.
Hay que tener en cuenta una miríada de parámetros cuando se realizan
las tareas de mantenimiento de complejos sistemas de aerogeneradores y
parques eólicos. Puede producirse un exceso de información confusa y
15
contradictoria.
Los sistemas de reparación conocidos son gestionados mediante el
manejo humano con ayuda de hojas de cálculo, alarmas o generación de
tareas de mantenimiento basadas principalmente en la intervención humana.
En dichos sistemas ocurre que unas condiciones meteorológicas
2 o
inesperadas pueden posponer o cancelar las operaciones de mantenimiento.
También ocurre que los componentes nuevos a veces muestran un
rendimiento deficiente o resultan dañados prematuramente. Otros eventos
pueden ser una súbita caída de la producción causada por una serie de
averías acumulativas.
2 5
Es el objeto de la presente invención presentar un sistema y
procedimiento que pueda aceptar un número muy grande de componentes y
parámetros, así como muchas posibles ubicaciones y tipos de datos
diferentes.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento
3 o
sencillo y fiable para optimizar o reprogramar tareas de mantenimiento de
forma dinámica, teniendo en cuenta que los eventos pueden variar
rápidamente.
Es otro objeto más de la presente invención contar con un sistema que
pueda planificar sistemas de mantenimiento con mucha antelación de
3 5
manera fiable.
Descripción de la invención.
La presente invención se refiere a un procedimiento y sistema de
mantenimiento para aerogeneradores o parques eólicos. Dicho sistema tiene
5
medios de cálculo que comprenden:
una conexión de entrada para recibir parámetros de campo medidos
desde un aerogenerador o un sistema de parque eólico, y
un módulo de detección de averías que tiene medios de
almacenamiento con parámetros predeterminados correspondientes a
1o
modos de avería predeterminados y que emiten una señal de detección de
averías, y
un módulo de localización de averías que tiene medios de
almacenamiento con datos en estructura nodal jerárquica, en la que dichos
nodos corresponden a subsistemas y componentes de aerogenerador (WTG)
15
o parque eólico, emitiendo dicho módulo de localización de averías una señal
de localización de averías, y
un módulo de estimación o pronóstico de averías que tiene medios de
almacenamiento con parámetros de avería incipiente predeterminados,
emitiendo dicho módulo de pronóstico de averías al menos una señal de
2 o
avería estimada o pronosticada para un componente o subsistema, y
un módulo programador de mantenimiento para emitir al menos una
señal de salida de mantenimiento, basándose dicha señal en la combinación
de dicha señal de detección de averías, dicha señal de localización de
averías y dicha señal de avería estimada o pronosticada.
2 5
Preferentemente, la señal de salida de mantenimiento es una señal de
tiempo de mantenimiento correspondiente a operaciones de mantenimiento
recomendadas y una fecha y hora de reparación para un equipo de
mantenimiento. Además, dicha señal de salida de mantenimiento identifica
uno o más componentes a sustituir en una ubicación específica del nodo de
3 o
instancia del parque eólico o el aerogenerador.
Ventajosamente, se consideran los parámetros de restricción del
mantenimiento. Dichos parámetros de restricción pueden ser parámetros de
condiciones meteorológicas, parámetros de disponibilidad de partes de
repuesto o de herramientas.
35
Además, dicha señal de salida de mantenimiento es habilitada,
deshabilitada o habilitada con una advertencia para un operador humano,
selectivamente, en base a valores de dichos parámetros de restricción del
mantenimiento. Dichos parámetros de restricción se basan, preferentemente,
en parámetros meteorológicos en el campo cercano a un aerogenerador o un
5
parque eólico y pueden ser la velocidad del viento, la temperatura del campo,
la altura de las olas, el espesor de la niebla o relámpagos.
Dicha señal de tiempo de mantenimiento también puede basarse en
un perfil de pérdida, en el que dicho perfil de pérdida se define mediante la
pérdida de potencia de salida del aerogenerador en funcionamiento estándar
1o
o en el máximo de la generación de potencia.
Adicionalmente, el sistema de mantenimiento puede incluir una matriz
de aplicabilidad multi-dimensional que contiene valores verdaderos o falsos
para correlacionar una avería dada en una ubicación dada y dicha señal de
salida de mantenimiento.
15
El sistema también puede tener medios de filtración de datos para
emitir un número seleccionado de parámetros para un operador humano, y
medios de edición que permiten al operador humano editar los parámetros
de avería, y una interfaz del ser humano para admitir o rechazar un evento
de avería.
2 o
El módulo programador de mantenimiento también puede comprender
un módulo para la sincronización desencadenada por tiempo de dicha señal
de salida de mantenimiento que tiene un tiempo de actualización
predeterminado, especialmente un tiempo de actualización diario, y un
módulo para una sincronización desencadenada por un evento de dicha
2 5
señal de salida de mantenimiento.
Un procedimiento de mantenimiento para aerogeneradores o parques
eólicos también forma parte de la presente invención. Éste comprende las
etapas de:
recibir parámetros de campo medidos de un sistema aerogenerador o
3 o
un parque eólico, y
detectar parámetros de avería y emitir al menos una señal de
detección de averías, y
localizar averías según datos en estructura nodal jerárquica, en la que
dichos nodos corresponden a subsistemas y componentes del
3 5
aerogenerador o el parque eólico, emitiendo dicho módulo de localización de
averías una señal de localización de averías, y
estimar o pronosticar parámetros de avería incipiente emitiendo al
menos una señal de fecha de avería estimada o pronosticada para un
componente o subsistema, y
5
emitir al menos una señal de salida de mantenimiento, basándose
dicha señal en la combinación de dicha señal de detección de averías, dicha
señal de localización de averías y dicha señal de fecha de avería estimada.
Preferentemente la señal de salida de mantenimiento es una señal de
tiempo de mantenimiento correspondiente a operaciones de mantenimiento
1o
recomendadas y una fecha y hora pronosticadas para un equipo de
mantenimiento.
Además, dicha señal de tiempo de mantenimiento también se basa en
parámetros de restricción del mantenimiento, siendo dichos parámetros de
restricción, parámetros de condiciones meteorológicas, parámetros de
15
disponibilidad de partes de repuesto o de herramientas y personal.
Los parámetros de restricción meteorológicos en el campo son
aquellos cerca del aerogenerador o el parque eólico y son preferentemente
la velocidad del viento, la temperatura del campo, la altura de las olas, el
espesor de la niebla o relámpagos.
2 o
Finalmente, la presente invención puede implementarse
preferentemente mediante un programa informático legible en sistemas
informáticos.
Breve descripción de los dibujos.
25
La figura 1 muestra una representación modular de una realización
preferida según la presente invención.
La figura 2 muestra una realización con una estructura de desglose
jerárquica de nodos que representan varios subsistemas.
3 o
La figura 3 muestra un diagrama de flujo que se refiere a la detección
y el pronóstico automáticos de parámetros de avería.
La figura 4 muestra un diagrama de flujo que se refiere a una función
de reconocimiento de averías por un operador humano.
La figura 5 muestra un diagrama de flujo que se refiere a la
3 5
generación de tareas de mantenimiento.
La figura 6 muestra un diagrama de Gantt con un programa de
mantenimiento.
La figura 7 muestra un gráfico comparativo del rendimiento de un
aerogenerador si se aplica un programa de mantenimiento.
5
La figura 8 muestra un diagrama de flujo con una realización para
programar el mantenimiento.
La figura 9 muestra un diagrama de flujo con una realización para la
ejecución del mantenimiento.
La figura 1 O muestra un diagrama de flujo con una estructura nodal
1 o
jerárquica.
La figura 11 muestra un diagrama de flujo de averías y mantenimiento.
La figura 12 muestra realizaciones con sincronización desencadenada
por un evento y por tiempo.
La figura 13 muestra una realización de la arquitectura del sistema
15
según la presente invención.
Descripción de una realización preferencial.
La figura 1 muestra una realización con un entorno integrado y
2o
digitalizado para llevar un control de averías y para programar parámetros de
mantenimiento según la presente invención.
El sistema de mantenimiento tiene una conexión de entrada (1) para
recibir los parámetros medidos recibidos de los sistemas en el campo. El
sistema también tiene un módulo de detección de averías (2) que tiene
2 5
medios de almacenamiento con parámetros predeterminados
correspondientes a modos de avería predeterminados y que emite una señal
de detección de averías, y un módulo de localización de averías que tiene
medios de almacenamiento con datos en estructura nodal jerárquica. Dichos
nodos (9, 1 O) corresponden a subsistemas y componentes de aerogenerador
3o
(WTG) o parque eólico (WF). El módulo de mantenimiento también tiene un
módulo de estimación o de pronóstico (3) que tiene medios de
almacenamiento con parámetros de avería incipiente predeterminados y un
módulo programador de mantenimiento (6) para emitir al menos una señal de
salida de mantenimiento (7). Basándose dicha señal en la combinación de
35
dicha señal de detección de averías, dicha señal de localización de averías
(5) y dicha señal de avería estimada o pronosticada (4).
En una de las realizaciones preferidas, la señal de salida de
mantenimiento (7) es una señal de tiempo de mantenimiento (8)
correspondiente a operaciones de mantenimiento recomendadas y a una
5
fecha de reparación para un equipo de mantenimiento.
La figura 2 muestra un árbol jerárquico de nodos {WTG, 9, 1O) para
identificar el subsistema o componente en el que se origina una avería. Para
identificar el conjunto o parte en la que se produjo una avería, debe definirse
la estructura desglosada de aerogeneradores o parques eólicos. La
1 o
estructura desglosada se define como un árbol que captura las relaciones
padre-hijo de las partes. Los elementos de esta estructura desglosada se
denominan como los nodos (WTG, 9, 10), y representan partes o conjuntos
de la turbina (WTG). En la presente invención, es suficiente representar las
partes que son relevantes para fines de mantenimiento, concretamente los
15
propios aerogeneradores y los grupos jerárquicos de turbinas: parques
eólicos, grupos de parques eólicos mantenidos por la misma oficina regional
y otros.
Para simplificar la entrada y la generación de informes, cada nodo es
asignado a una plantilla. Las plantillas son configuraciones del sistema, las
2 o
llamadas etiquetas de tipo, que pueden usarse para filtrar y agrupar nodos
que se refieren a diversos estados operativos. Por lo tanto, las plantillas
constituyen árboles que representan las relaciones padre-hijo naturales entre
niveles de sistema y subsistema de configuraciones predeterminadas.
El sistema también tiene medios de almacenamiento de averías que
2 5
comprenden una biblioteca de averías definidas. Dichos medios de
almacenamiento de averías, también llamados el quot;failure master'', es una
biblioteca de averías definidas. Las averías se caracterizan con sus nombres
y preferentemente con parámetros adicionales que son usados por un
programador de mantenimiento.
3 o
Parte de dichos parámetros o información adicionales pueden ser,
preferentemente, el tipo de avería, que podría ser un evento de avería real,
una avería pronosticada o prevista, una petición de mantenimiento o
actualización periódicas.
Parte de dichos parámetros adicionales puede ser, preferentemente,
3 5
un parámetro de perfil de pérdida, que es la propiedad de la avería que
determina si la avería crea una pérdida en cualquier condición operativa o
simplemente en el máximo cuando se genera la máxima potencia.
Parte de dichos parámetros adicionales puede ser, preferentemente,
un parámetro de pérdida de producción. Dicho parámetro de pérdida de
5
producción es, preferentemente, una propiedad de la avería que determina la
pérdida de producción debida a la avería en porcentaje. Se diferencian dos
perfiles de pérdida: según el primer perfil, se pierde un porcentaje dado de
producción en todas las condiciones operativas; según el segundo perfil, la
potencia de salida máxima se reduce en un porcentaje dado, por la avería
1 o
que no se produce a un rendimiento inferior. El 1 00% significa la detención
completa.
Además, parte de dichos parámetros adicionales puede ser,
preferentemente, un parámetro de ventana de oportunidad. Dicho parámetro
se refiere al intervalo de tiempo que proporciona una pista al programador
15
sobre con cuanta precisión puede programar el mantenimiento con respecto
a la fecha nominal en la que se produjo la avería.
El sistema también puede comprender medios de almacenamiento de
tareas de mantenimiento, los llamados datos maestros de tareas
mantenimiento, que especifican todos los parámetros y requisitos de una
2 o
tarea de mantenimiento. Esta información es usada por un programador de
mantenimiento.
Dichos parámetros de tarea de mantenimiento incluyen,
preferentemente, parámetros de condiciones meteorológicas que definen
restricciones sobre datos meteorológicos medibles, típicamente la velocidad
2 5
del viento, la temperatura, olas, niebla, nieve, relámpagos, etc. Dichos
parámetros meteorológicos pueden habilitar o deshabilitar la ejecución de
una tarea de mantenimiento. Una condición meteorológica puede ser una
restricción dura, el programador automático no situará la tarea en ese
intervalo, o una advertencia, donde la tarea puede situarse allí, pero una
3 o
advertencia es enviada al planificador humano.
Dichos parámetros de tarea de mantenimiento incluyen
preferentemente parámetros de requisitos de servicio, típicamente una lista
de recursos como una grúa o un camión, que deben estar presentes en la
turbina durante la ejecución de la tarea de mantenimiento.
35
Dichos parámetros de tarea de mantenimiento incluyen,
preferentemente, requisitos de partes de repuesto de servicio, que definen
los requisitos de partes de repuesto de la operación de mantenimiento.
Solamente los requisitos cuya disponibilidad, estando presentes a nivel de
stock o de tiempo de llegada, pueden imponer una restricción a la fecha de
5
ejecución de la tarea.
Las averías y los nodos de instancia del aerogenerador (WTG) y las
tareas de mantenimiento están enlazados conjuntamente mediante una
llamada matriz de aplicabilidad. Esta matriz puede representarse como una
matriz tridimensional que contiene valores VERDADEROS o FALSOS. Un
1 o
valor VERDADERO significa que la tarea de mantenimiento dada puede
aplicarse para reparar la avería dada del aerogenerador (WTG). Pueden
aplicarse otros medios para correlacionar nodos y tareas de mantenimiento.
La detección y el pronóstico de averías forman parte del sistema de
generación de tareas de mantenimiento. Las instancias de averías incluyen
15
averías detectadas o reales y averías previstas, así como peticiones de
mantenimiento para mantenimiento o actualización periódica. Cada tipo de
avería puede introducirse en el sistema de forma manual mediante la interfaz
del usuario del sistema. Esto puede conseguirse automáticamente mediante
un llamado, el llamado, agente de software, que incluye medios de cálculo
2 o
para simular condiciones de avería. La figura 3 muestra un diagrama de flujo
con las siguientes etapas:
seleccionar un nodo de instancia de aerogenerador (WTG) (turbina,
componente, o instalación del parque);
seleccionar un modo de avería (solamente se permiten nodos
25
asociados al nodo); el sistema crea una instancia de avería copiando los
parámetros de avería por defecto del registro maestro de averías.
Como puede verse en la figura 3, los parámetros de avería (pérdida
causada, fecha de la avería pronosticada, etc.) pueden editarse. Por defecto,
las averías introducidas reciben un estatus registrado que no implica
3 o
acciones automatizadas algunas en el sistema. Sin embargo, esto puede
actualizarse en la pantalla de entrada de averías.
El sistema y el procedimiento incluyen preferentemente el
reconocimiento de averías por un experto u operador humano. El sistema
proporciona ventajosamente apoyo a expertos humanos para entender la
3 5
naturaleza de las averías presentando mediciones en la interfaz del usuario.
Esto ocurre preferentemente en un entorno SCADA. Para evitar sobrecargar
al usuario con datos, el sistema filtra ventajosamente en busca de
mediciones relevantes, importantes y correctas. El sistema puede presentar
las mediciones SCADA correspondientes para cada instancia de avería de
5
las siguientes maneras:
se muestra una lista de instancias de averías, filtradas en busca de un
estado registrado. La lista contiene datos básicos sobre las averías (modo de
avería, aerogeneradores (WTG) afectados, fecha, etc.); y
un reconocimiento de grupo, en el que el experto humano selecciona
1o
las instancias de avería a reconocer o el estatus de todas las averías
seleccionadas cambia a quot;admitidoquot;; y
admisiones de averías individuales, en las que el experto humano
comprueba y edita potencialmente los parámetros de avería detallados en la
pantalla de detalles de averías o, si considera que la avería es válida, admite
15
la avería, en caso contrario la rechaza.
La figura 4 muestra un generador de tareas de mantenimiento
automatizadas. En este diagrama de flujo, se recomiendan y se generan
tareas de mantenimiento para averías admitidas. El usuario puede anular la
sugerencia del sistema. Además, pueden asignarse múltiples tareas a una
2 o
avería (aunque por defecto, el sistema solamente recomienda una), y una
tarea puede reparar múltiples averías, además el sistema reconoce si una
tarea puede cubrir múltiples averías). Cuando se sugiere automáticamente
una tarea de mantenimiento, el sistema considera todas las tareas
candidatas asignadas a la avería dada y el nodo de instancia del
25
aerogenerador (WTG) en la matriz de aplicabilidad. Entre las tareas
candidatas, selecciona una tarea sugerida en base al análisis de coste,
considerando el periodo de inactividad esperado, disponibilidad de requisitos
de repuestos y de servicios. El sistema enumera las averías para las que
debe generarse una tarea de mantenimiento. Éstas son las averías admitidas
3 o
que no tiene una tarea abierta asignada. Para obtener una sugerencia
automática de tareas de mantenimiento, el usuario selecciona la avería para
la que quiere generar tareas de mantenimiento, el motor generador de
mantenimiento crea una asignación de tarea sugerida, y la sugerencia se
muestra en la lista de averías. Para asignar tareas de mantenimiento de
35
forma manual, o anular la sugerencia del sistema, el usuario selecciona una
avería, y va a la vista de detalles de la avería, donde sigue una instancia de
avería admitida.
Aparte de mostrar las tareas asignadas actualmente a la avería, esta
página proporciona múltiples maneras de seleccionar una tarea diferente,
5
concretamente:
generar una nueva instancia de tarea en base a la matriz de
aplicabilidad para la instancia de avería y WTG dada, y
generar una nueva instancia de tarea, seleccionando y aplicando una
plantilla de tareas arbitrarias (se proporcionan posibilidades de filtrado);
1o
asignando una instancia de tarea existente, que se ha generado para una
avería diferente de la misma turbina. Las instancias de tarea recién
generadas se añaden a la base de datos.
Como puede verse en la figura 5 y en la figura 6 las tareas de
mantenimiento generadas se asignan posteriormente a equipos de
15
mantenimiento y se programan. La programación tiene en cuenta las
restricciones de capacidad del equipo, la disponibilidad de requisitos de
partes de repuesto y de servicio y la previsión meteorológica, entre otros.
Análogamente a la generación de tareas de mantenimiento, el sistema
genera y optimiza automáticamente un programa. Este programa puede ser
2 o
anulado, sin embargo, por expertos humanos.
La entrada de la etapa de programación es la lista de tareas de
mantenimiento abiertas, es decir, las tareas que se han generado, pero aún
no se han ejecutado (completamente). La salida es un programa de
mantenimiento, que consiste en una asignación de equipos y una
2 5
temporización (8) de las tareas. El programa se mostrará en un diagrama de
Gantt como se representa en la figura 6, y el rendimiento esperado de la
turbina a lo largo del tiempo, en un diagrama diferente.
El diagrama de Gantt se representa en la figura 6. En este programa,
las tareas de dividen en segmentos de tarea, es decir fracciones que se
3o
ejecutan sin interrupción. Una tarea corta, como por ejemplo una que tiene
un máximo de 2 horas, el valor puede editarse en la interfaz del usuario,
corresponderá a un único segmento, mientras que tareas largas (por encima
de 2 horas, por ejemplo, 3 días de trabajo para un cambio de generador) se
dividirán en múltiples segmentos. El programador adopta un nivel bajo de
35
conservadurismo, concretamente ciñéndose a la versión previa del
programa: las tareas cuya ejecución ha comenzado no se moverán en el
tiempo ni se reasignarán a un equipo diferente; las tareas que han sido
aceptadas por un equipo serán asignadas al mismo equipo.
La figura 7 muestra un diagrama temporal de la energía producida por
5
un aerogenerador. Su producción máxima no se alcanzará si el sistema tiene
averías incipientes o se producen averías de pérdida. Por lo tanto, cuando se
programan acciones de reparación, a veces es necesario considerar la
pérdida de rendimiento.
Como puede verse en la figura 8, programar en esta realización
1 o
comprende las siguientes etapas:
mostrar el conjunto de tareas de mantenimiento abiertas. Al abrir una
vista de detalles de tareas individuales, el usuario puede editar sus
parámetros, sean estos duración, requisitos, etc. Cuando el usuario hace clic
en el botón de guardar, el usuario verifica el programa editado, y lo visualiza;
15
y
generar mensajes de advertencia para cualquier violación de
restricción (indisponibilidad de repuestos o de requisitos, condiciones
meteorológicas inadecuadas, etc.). El usuario puede decidir si resuelve estos
problemas o guarda el programa tal como se presenta. Después de guardar
2 o
el programa, la tarea editada llegará pasará a modo manual, lo que significa
que los cambios manuales se conservarán incluso en las siguientes etapas
de programación automáticas.
Además de la representación anterior, los técnicos también pueden
acceder al programa de mantenimiento en PDA, donde el programa del
2 5
equipo específico se presentará en formato de una lista.
La ejecución del mantenimiento se muestra en la figura 9. El equipo
de mantenimiento puede acceder a su programa diario, y la descripción
detallada de las tareas de mantenimiento a ejecutar. La página de detalles de
la tarea también proporciona enlaces a documentos relacionados con la
3 o
tarea de mantenimiento dada, por ejemplo, manuales de mantenimiento. El
equipo de mantenimiento proporciona retroalimentación de tres maneras
diferentes. El equipo selecciona algunos de sus segmentos de tarea
asignados, y los acepta o los rechaza. El equipo selecciona el segmento de
tarea que comienza a ejecutar, y cambia su estatus a quot;ejecución iniciadaquot;. El
3 5
equipo selecciona el segmento de tarea que completó, y proporciona
retroalimentación de la siguiente manera:
fija el estatus del segmento de tarea en 'cerrado';
actualiza el estatus de la tarea (cerrado/fallido, no se pudo ejecutar la
tarea 1 infructuoso -tarea ejecutada, pero la avería persiste 1 a ensayar) y
5
posiblemente la duración restante;
actualiza el estatus de la avería de forma consecuente (cerrado/a
ensayar/admitido-significa que la avería sigue persistiendo), y
proporciona retroalimentación sobre el uso real de partes.
La pantalla de información sobre la ejecución de mantenimiento estará
1o
disponible en formatos tanto de PC como de PDA, donde los técnicos
pueden usar este último formato para introducir información cuasi-en línea
sobre la ejecución.
El sistema tiene capacidades de agregación de datos adicionales,
implementadas preferentemente en SCADA. SCADA recoge grandes
15
cantidades de datos, por ejemplo en un promedio de 1 O minutos, datos
operativos de los aerogeneradores (WTG). A estos datos se puede acceder
en la aplicación mediante diferentes diagramas e informes. Adicionalmente,
la aplicación también analiza datos operativos, de disponibilidad y de
producción a largo plazo a través de diversos informes. Los requisitos de
2o
eficacia y almacenamiento hacen necesario almacenar los datos a largo
plazo de manera agregada. El sistema realiza agregación de datos diaria, y
computa los siguientes datos operativos para cada día. Una realización
preferida para cada aerogenerador (WTG) incluye:
tiempo técnico disponible (minutos, suma de los siguientes tiempos:
2 5
Codificación progresiva, Preparación, Ejecución);
tiempo técnico no disponible (minutos, suma de los siguientes
tiempos: Pausa, Parada, Emergencia);
tiempo operativo disponible (minutos, suma de los siguientes tiempos:
Preparación, Ejecución);
30
tiempo operativo no disponible (minutos, suma de los siguientes
tiempos: Pause, Codificación progresiva, Parada, Emergencia, Manual),
energía total producida,
energía total prevista (estimación en base a la velocidad del viento y la
función de producción).
3 5
Además, el sistema computa y almacena datos de alarma para cada
día y cada aerogenerador (WTG). Entre otros datos, se almacenan los
siguientes datos: código de alarma, el número de alarmas, la duración total
de la alarma.
Para eliminar cualquier distorsión causada por la aparición repetitiva
5
de las alarmas, o falsas alarmas debidas a condiciones operativas
especiales, por ejemplo parada o puesta en marcha del aerogenerador
(WTG), se aplicará un filtrado de alarmas.
Preferentemente en base a las mediciones de SCADA y datos de
avería y de mantenimiento, el sistema proporciona diversos tipos de
1 o
informes. Los siguientes informes pueden implementarse ventajosamente:
análisis de disponibilidad: el informe proporciona información sobre la
disponibilidad técnica y operativa
disponibilidad de turbinas (formato tabular);
análisis de fiabilidad: el informe aborda la fiabilidad de WTG
15
individuales o WF, así como el efecto de las propiedades de
WFJWTG/componentes de WTG (por ejemplo, número de producto del WTG,
proveedor del componente, cliente, o ubicación geográfica) en indicadores
de fiabilidad (formato tabular);
análisis de la facilidad de mantenimiento: el informe contiene una
2 o
evaluación estadística de la facilidad de mantenimiento de WTG, WF,
mantenimiento relacionado con modos de avería específicos, o tareas de
mantenimiento definidas. Los informes se basan en datos históricos sobre
tareas de mantenimiento ejecutadas (formato tabular);
análisis de alarmas: este informe pretende analizar las frecuencias de
2 5
aparición y las características de las alarmas (formato tabular);
análisis de la producción de energía: el informe presenta estadísticas
sobre la energía producida por WTG/WF dados durante un periodo de
tiempo dado (formato tabular);
análisis del coste de mantenimiento: este informe analiza la estructura
3 o
del coste de mantenimiento en base a las tareas de mantenimiento
completadas, incluyendo costes directos e indirectos (también pérdida de
producción, en formato tabular);
visualización gráfica de datos operativos y alarmas: las señales de
SCADA y las alarmas pueden mostrarse y analizarse gráficamente. Se
35
implementarán dos tipos de diagramas configurables: señales y alarmas a lo
largo del tiempo; y dos señales de SCADA una contra la otra.
Los informes pueden parametrizarse de diversas maneras. Pueden
presentarse con diferentes aspectos de parámetros (por ejemplo, periodo de
tiempo, avería, tarea de mantenimiento, componente -dónde estos sean
5
relevantes para el informe dado), su granularidad puede fijarse (por ejemplo
granularidad diaria/semanal/mensual/anual para el aspecto temporal), y
pueden filtrarse según los objetos relevantes (por ejemplo, fecha, turbina,
avería, mantenimiento, etc.).
El presente sistema y procedimiento trata preferentemente toda la
1o
información relacionada con averías y mantenimiento junto con modos de
avería. Un modo de avería define y describe el problema, por ejemplo, un
filtro de aceite atascado. Para resolver un problema definido por el modo de
avería, deben definirse el lugar donde se produjo la avería (por ejemplo, filtro
de aceite hidráulico de una turbina específica en un parque eólico específico)
15
y la operación de mantenimiento (por ejemplo, cambiar el filtro de aceite).
Los tres aspectos principales de averías son los siguientes:
el modo de avería;
la instancia de nodo de aerogenerador (WTG), concretamente el lugar
en el que se produjo la avería; y
2o
las operaciones de mantenimiento que son necesarias.
El sistema funciona a partir de una biblioteca de modos de avería y
operaciones de mantenimiento relacionadas. Estas bibliotecas se denominan
datos de plantilla, que proporcionan un tipo de selección quot;a la cartaquot; de las
posibles instancias de averías y de mantenimiento. Los datos de plantilla se
2 5
consideran datos maestros que deben definirse cuando el sistema,
normalmente implementado por un programa informático, es configurado.
Estos tres procesos de introducción de datos maestros se detallan en los
siguientes párrafos.
Entrada de la instancia de nodo del Aerogenerador (WTG). El
3 o
diagrama de flujo para la entrada de datos maestros de instancia de nodo se
muestra en la figura 1 O. Las principales etapas del proceso son:
definición del árbol de la plantilla de nodo, que contiene las etiquetas
de tipo de los nodos de instancia;
definición del árbol de instancia, especificando la relación de padre-
3 5
hijo entre los nodos de instancia,
definición de las propiedades de nodo de las instancias de nodo, y
adición de tiempos de desplazamiento a los nodos del parque eólico.
Los parámetros correspondientes al servicio y las partes de repuesto
necesarios se definen en la entrada maestra de servicio. La información
5
maestra de mantenimiento se refiere a los registros maestros de servicio y
de partes, por lo tanto estos se definen preferentemente antes de que se
cree el maestro de mantenimiento. El registro maestro de servicio puede
contener ventajosamente los siguientes datos:
descripción, nombre del servicio,
1o
coste en tarifa horaria del uso de un servicio específico,
plazo de entrega, preferentemente en días.
El registro maestro de partes de repuesto define las partes de
repuesto usadas en la operación de mantenimiento. Un registro contiene los
siguientes datos:
15
número de control logístico,
descripción, nombre de la parte,
precio, precio de una unidad,
UOM, Unidad de medida, y
plazo de entrega del proveedor, concretamente el plazo de entrega si
2 o
se pidió al proveedor, preferentemente en días.
La figura 11 muestra un diagrama de flujo de las entradas maestras de
partes y servicio que muestran restricciones meteorológicas. Los datos
maestros de avería y mantenimiento son conjuntos de información
estrechamente relacionados. Esta información representa la entrada al
2 5
sistema. Las principales etapas del flujo del proceso son:
especificar un modo de avería,
asociar el modo de avería con nodos de instancia
definir el conjunto de posibles tareas de mantenimiento que podrían
usarse para reparar un modo de avería dado.
3o
Para cada tarea de mantenimiento, se definen las siguientes
restricciones: restricción meteorológica, parámetros de requisitos de servicio
de partes de repuesto.
La figura 12 muestra sincronización de datos transaccionales con
sincronización desencadenada por un evento y por datos. Los datos
35
transaccionales son considerados datos que cambian de forma dinámica en
contraste con los datos maestros, que son considerados estáticos. Los datos
transaccionales son:
inventarios de partes,
calendarios de servicios,
5
calendarios de equipos, y
previsiones meteorológicas.
Los inventarios de partes y la previsión meteorológica tienen que
sincronizarse, preferentemente diariamente a través de un proceso
automático. Los calendarios de servicios y de equipos son, más bien,
1 o
desencadenados por evento. Esto se representa en la figura 12.
Otras características del sistema y procedimiento según la presente
invención son:
cobertura de diversos tipos de aerogeneradores (WTG). El sistema es
capaz de gestionar diferentes tipos de WTG, incluso dentro del mismo
15
parque eólico. También es capaz de modelar diferentes WTG que se
construyen a partir de diferentes componentes, tienen diferentes averías y
características de avería, y pueden requerir mantenimiento de diferentes
maneras; y
el sistema es capaz de gestionar todos los tipos de mantenimiento,
2o
incluyendo mantenimiento corrector, preventivo, y predictivo, así como
actividades de actualización y tareas del cliente.
El sistema también posibilita la integración de detección de averías y
agentes de pronóstico. El sistema proporciona interfaces adecuadas para la
detección de averías y agentes de pronóstico que reconocen averías en
2 5
base a datos de campo (por ejemplo, S CADA), y comunican las averías a
través de un proceso de entrada de averías estándar. Además, el sistema
hace posible que los usuarios expertos introduzcan las averías de forma
manual, o editen los parámetros de averías reconocidos por agentes
automatizados.
3 o
Además, el sistema visualiza datos de SCADA en diagramas
configurables, para permitir a los expertos analizar las circunstancias en las
que se produjeron averías o alarmas.
Los sistemas proporcionan una toma de decisiones con iniciativa
mixta. Debe asegurarse que los usuarios expertos puedan beneficiarse de la
3 5
integración de la toma de decisiones humana y automatizada en la
planificación del mantenimiento. Específicamente, el sistema optimiza el
programa de mantenimiento usando técnicas matemáticas avanzadas en
base a toda la información modelada dentro del sistema, pero también deja
que el usuario experto ajuste a medida el programa a sus necesidades
5
reales y a un alcance más amplio.
Otra ventaja de la presente invención es la consideración de todos los
aspectos importantes del mantenimiento. Cuando se generan tareas de
mantenimiento y se las programa, el sistema debe considerar todos los
aspectos importantes del mantenimiento: disponibilidad del equipo de
1o
mantenimiento, requisitos de partes de repuesto y de servicio y parámetros
de disponibilidad, condiciones meteorológicas, pérdida de producción
causada por diferentes averías, etc.
Además, se consigue la minimización del coste de mantenimiento
total. Las funciones de soporte de decisión (especialmente generación y
15
programación de tareas de mantenimiento) abordan la minimización del
coste total relacionado con el mantenimiento, incluyendo partes de repuesto,
requisitos de mantenimiento, y costes de desplazamiento, así como la
pérdida de producción.
El sistema también emite informes configurables. El sistema
2 o
proporciona diversos informes configurables para analizar la disponibilidad,
fiabilidad y facilidad de mantenimiento de WTG a partir de diferentes
aspectos.
El sistema soporta aplicaciones basadas en páginas Web para
múltiples usuarios. Se implementa como una aplicación basada en una
2 5
página Web para permitir que múltiples usuarios (por ejemplo, ingenieros de
mantenimiento, ingenieros de servicio, técnicos, etc.) cooperen en el manejo
de los parques eólicos (WF). Para este fin, los derechos de acceso de lectura
y escritura de los usuarios deben definirse según su papel en la compañía
operadora del parque eólico.
3 o
Además, el sistema permite el establecimiento de interfaces con otros
sistemas informáticos. El sistema es capaz de importar datos a partir de
diversos sistemas informáticos del operador del parque eólico, incluyendo
SCADA (potencialmente diferentes instancias de SCADA para diferentes
parquees eólicos), ERP (Planificación de Recursos Empresariales), y otros
3 5
sistemas de gestión de mantenimiento.
Capacidades de presentación tanto en PC como en PDA. Aunque que
la mayoría de los usuarios se conectarán al sistema desde sus ordenadores
personales (PC), los técnicos pueden consultar el programa de
mantenimiento y proporcionar retroalimentación a través de sus PDA. De
5
hecho, las páginas usadas frecuentemente por técnicos (por ejemplo,
programa de mantenimiento, informe de ejecución) deben estar disponibles
en formato de baja resolución, optimizado también para la presentación en
PDA.
La figura 13 muestra una realización preferida que muestra la
1 o
arquitectura del sistema. Éste esta construido como una aplicación para
múltiples usuarios basada en una página Web, que está integrado con los
sistemas informáticos existentes de los operadores del aerogenerador. La
aplicación es preferentemente una aplicación empresarial de múltiples capas
(J2EE). Ésta almacena datos en una base de datos dedicada. La lógica
15
empresarial se implementa en Enterprise JavaBeans. La interfaz del usuario
se realiza como un quot;cliente livianoquot; que se ejecuta en navegadores Web y
comunicaciones con el servidor a través de líneas autenticadas.
El sistema establece una interfaz con diversos sistemas informáticos
del operador del aerogenerador, así como servicios externos:
2 o
sistemas SCADA (importa mediciones SCADA, principalmente a
través de conexión JDBC), sistema ERP (importa datos maestros del WTG y
datos transaccionales, por ejemplo, stocks y calendarios de equipo; a través
de intercambio de archivos XML-por ejemplo, con SAP XI, si el sistema
ERP es un SAP),
2 5
sistema de gestión del mantenimiento (busca peticiones de
mantenimiento y actualización periódicas), y
servicio de previsión meteorológica.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Sistema de mantenimiento para aerogeneradores o parques eólicos,
    teniendo dicho sistema de mantenimiento medios de cálculo digitales que
    5
    comprenden:
    al menos una conexión de entrada (1) para recibir parámetros de
    campo medidos de un aerogenerador (WTG) o un sistema de parque eólico,
    y
    un módulo de detección de averías (2) que tiene medios de
    1 o
    almacenamiento con parámetros predeterminados correspondientes a
    modos de avería predeterminados y que emite una señal de detección de
    averías, y
    un módulo de localización de averías que tiene medios de
    almacenamiento con datos en estructura nodal jerárquica, en el que dichos
    15
    nodos corresponden a subsistemas o componentes de un aerogenerador
    (WTG) o un parque eólico, emitiendo dicho módulo de localización de
    averías una señal de localización de averías (5),
    caracterizado por
    un módulo de estimación o pronóstico de averías (3) que tiene medios
    2 o
    de almacenamiento con parámetros de avería incipiente predeterminados,
    emitiendo dicho módulo de pronóstico de averías al menos una señal de
    avería estimada o pronosticada (4) para un componente o subsistema, y
    un módulo programador de mantenimiento (6) para emitir al menos
    una señal de salida de mantenimiento (7), basándose dicha señal en la
    2 5
    combinación de dicha señal de detección de averías, dicha señal de
    localización de averías (5) y dicha señal de avería estimada o pronosticada
    (4).
  2. 2.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 1, en el que dicha
    señal de salida de mantenimiento (7) es una señal de tiempo de
    30
    mantenimiento (8) correspondiente a operaciones de mantenimiento
    recomendadas y una fecha de reparación para un equipo de mantenimiento.
  3. 3.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 2, en el que dicha
    señal de salida de mantenimiento (7) identifica al menos un componente a
    sustituir en una ubicación específica de un nodo de instancia del parque
    35
    eólico 0fVF) o el aerogenerador (WTG) (9, 10).
  4. 4.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 2, en el que dicha
    señal de tiempo de mantenimiento (8) también se basa en parámetros de
    restricción del mantenimiento (11), siendo dichos parámetros de restricción,
    parámetros de condiciones meteorológicas, parámetros de disponibilidad de
    5
    partes de repuesto o de herramientas.
  5. 5.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 4, en el que dicha
    señal de salida de mantenimiento (7) es habilitada, deshabilitada o habilitada
    con una advertencia para un operador humano, selectivamente, en base a
    valores de dichos parámetros de restricción del mantenimiento (11 ).
    10
    6.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 4, en el que dichos
    parámetros de restricción del mantenimiento (11) se basan en parámetros
    meteorológicos en el campo cerca de un aerogenerador (WTG) o un parque
    eólico (WF).
  6. 7.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 5, en el que dichos
    15
    parámetros meteorológicos son la velocidad del viento, la temperatura del
    campo, la altura de las olas, el espesor de la niebla o relámpagos.
  7. 8.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 2, en el que dicha
    señal de tiempo de mantenimiento (8) también se basa en un perfil de
    pérdida, en el que dicho perfil de pérdida se define mediante la pérdida de
    2 o
    potencia de salida del aerogenerador en funcionamiento estándar o en el
    máximo de generación de energía.
  8. 9.-Sistema de mantenimiento según la reivindicación 1, en el que dichos
    medios de almacenamiento de dicho módulo de localización de averías
    almacenan nodos jerárquicos (9, 1O) de cada aerogenerador (WTG) o
    2 5
    parque eólico (WF), en el que el nodo que es el más alto en la jerarquía
    corresponde a un sistema de aerogenerador (WTG), el segundo más alto (9)
    corresponde a subsistemas del mismo, especialmente el módulo de fuente
    de energía, el módulo del rotor, el módulo de la góndola y el sistema de
    control y comunicación.
    30
    10.-Sistema de mantenimiento según la reivindicación 1, en el que dicho
    módulo de mantenimiento incluye una matriz de aplicabilidad multi-
    dimensional que contiene valores verdaderos o falsos para correlacionar una
    avería dada en una ubicación dada y dicha señal de salida de mantenimiento
    (7).
    35
    11.-Sistema de mantenimiento según la reivindicación 1, en el que dicho
    módulo de detección de averías comprende:
    medios de filtración de datos para emitir un número seleccionado de
    parámetros para un operador humano, y
    medios de edición que permiten al operador humano (13) editar
    5
    parámetros de avería, y
    una interfaz del ser humano (12) para admitir o rechazar un evento de
    avería.
  9. 12.-Sistema de mantenimiento según la reivindicación 1, en el que dicho
    módulo programador de mantenimiento (6) también comprende:
    10
    un módulo para la sincronización desencadenada por tiempo (14) de
    dicha señal de salida de mantenimiento (7) que tiene un tiempo de
    actualización predeterminado, especialmente un tiempo de actualización
    diario, y
    un módulo para una sincronización desencadenada por un evento (15)
    15
    de dicha señal de salida de mantenimiento (7).
  10. 13.-Procedimiento de mantenimiento para aerogeneradores (WTG) o
    parques eólicos (WF), que comprende las etapas de:
    recibir parámetros de campo medidos de un sistema aerogenerador o
    un parque eólico, y
    2 o
    detectar parámetros de avería y emitir al menos una señal de
    detección de averías, y
    localizar averías según datos en estructura nodal jerárquica, en la que
    dichos nodos corresponden a subsistemas y componentes del
    aerogenerador o el parque eólico, emitiendo dicho módulo de localización de
    2 5
    averías una señal de localización de averías,
    caracterizado por
    estimar o pronosticar parámetros de avería incipiente emitiendo al
    menos una señal de fecha de avería estimada o pronosticada para un
    componente o subsistema, y
    3 o
    emitir al menos una señal de salida de mantenimiento, basándose
    dicha señal en la combinación de dicha señal de detección de averías, dicha
    señal de localización de averías y dicha señal de fecha de avería estimada.
  11. 14.-Un procedimiento de mantenimiento según la reivindicación 13, en el
    que dicha señal de salida de mantenimiento (7) es una señal de tiempo de
    35
    mantenimiento (8) correspondiente a operaciones de mantenimiento
    recomendadas y una fecha de reparación para un equipo de mantenimiento. 15.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 14, en el que dicha señal de tiempo de mantenimiento (8) también se basa en parámetros de restricción del mantenimiento (11 ), siendo dichos parámetros de restricción
    5 parámetros de condiciones meteorológicas, parámetros de disponibilidad de partes de repuesto o de herramientas. 16.-Un sistema de mantenimiento según la reivindicación 15, en el que dichos parámetros de restricción del mantenimiento (11) se basan en parámetros meteorológicos en el campo cerca de un aerogenerador (WTG) o
    10 un parque eólico (YVF). 17.-Un procedimiento de mantenimiento según la reivindicación 16, en el que dichos parámetros meteorológicos son la velocidad del viento, la temperatura del campo, la altura de las olas, el espesor de la niebla o relámpagos.
    15 18.-Un programa legible por ordenador para implementar el procedimiento de mantenimiento según la reivindicación 13.
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