ES2556829T3 - Método de control para una turbina eólica - Google Patents

Abstract

Método de control de una turbina eólica que comprende palas unidas a un buje de rotor para la rotación en un plano de rotor y un sistema de control para regular de manera individual el paso de las palas en relación con el buje, comprendiendo el método las etapas de - dividir el plano de rotor (100) en un número de sectores (101); - determinar los sectores individuales para cada pala (102) durante la rotación por medio de un sensor de ángulo azimut (104); - obtener datos de sensor desde un sensor de pala (200) sobre una pala individual al menos en parte durante un paso de un sector durante la rotación, caracterizado por que el método comprende además: - comparar los datos obtenidos con datos que representan datos de sensor de pala sobre la misma u otra pala al menos en parte durante un paso anterior del mismo sector durante la rotación, detectando de ese modo un evento (201) para sectores individuales del plano de rotor, - determinar una contribución de paso individual (Δθ) para un sector dado sólo cuando se detecta un evento en dicho sector, y - regular el paso de las palas según la contribución de paso individual para el sector dado al menos en parte durante el paso del sector.

Description

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DESCRIPCION

Metodo de control para una turbina eolica

La presente invencion se refiere a un metodo de control de una turbina eolica que comprende palas unidas a un buje de rotor para la rotacion en un plano de rotor y un sistema de control para regular de manera individual el paso de las palas en relacion con el buje con el objetivo de reducir el riesgo de cargas extremas unicas o sucesivas sobre las palas, la torre u otros componentes de la turbina eolica provocadas por rafagas de viento.

Antecedentes

La mayona de las turbinas eolicas modernas se controlan y regulan de manera continua, en su mayona con la finalidad de garantizar una extraccion de potencia maxima del viento bajo el viento actual, y las condiciones atmosfericas, mientras que al mismo tiempo se garantiza que las cargas sobre los diferentes componentes de la turbina eolica se mantienen en todo momento dentro de lfmites aceptables. De manera deseable, la turbina eolica tambien puede controlarse para tener en cuenta rapidos cambios repentinos en la velocidad del viento, las denominadas rafagas de viento, y tener en cuenta los cambios dinamicos en las cargas sobre las palas individuales debido a por ejemplo el paso de la torre, o la velocidad del viento real que vana con la distancia al suelo (el perfil de viento o cortadura).

Con esta finalidad se recopilan y monitorizan varios parametros mediante los controladores en una turbina eolica, tal como por ejemplo la velocidad y direccion actuales del viento, la velocidad de rotacion del rotor, el angulo de paso de cada pala, el angulo de guinada, informacion sobre el sistema de red de distribucion electrica, y parametros medidos (por ejemplo esfuerzos o vibraciones) desde sensores situados por ejemplo sobre las palas, la gondola, o sobre la torre.

Basandose en esto y siguiendo alguna estrategia de control se determinan los parametros de control optimos de la turbina con el fin de tener un rendimiento optimo bajo las condiciones dadas. El rendimiento actual, y de ese modo la produccion de potencia y la situacion de carga de la turbina eolica se controla principalmente controlando los angulos de paso de las palas, pero puede incluir ademas ajustar por ejemplo cualquier dispositivo aerodinamico activo diferente para cambiar las superficies aerodinamicas de las palas tales como flaps o medios de generacion de torbellinos, ajustar la potencia y/o ajustar la velocidad de rotacion del rotor.

Las turbinas eolicas se construyen y controlan tradicionalmente segun estandares y segun mapas de viento e incorporando la compensacion de maximizar la produccion de energfa anual mediante la turbina eolica mientras que al mismo tiempo se garantiza una determinada vida util de la turbina, es decir, manteniendo las cargas sobre los diferentes componentes de la turbina eolica dentro de lfmites aceptables en todo momento y a lo largo del tiempo. Por tanto, las turbinas eolicas se disenan normalmente segun una determinada (elevada) turbulencia pero a menudo se hacen funcionar a un nivel de turbulencias inferior y en algunas condiciones pueden controlarse de manera demasiado conservadora, mientras que en algunas condiciones de manera no lo suficientemente conservadora, dando como resultado una fatiga no deseada o cargas extremas sobre los componentes de la turbina eolica, especialmente las palas, gondola y torre.

El documento EP 1 666 723 A1 da a conocer un dispositivo de control de angulo de paso de pala usado para un generador de energfa electrica eolico que tiene una pluralidad de palas, pudiendo el dispositivo de control controlar de manera individual el angulo de paso de cada pala. El dispositivo de control comprende un dispositivo de deteccion de angulo azimut y un dispositivo de deteccion de parametros que detecta parametros predeterminados. El control individual del angulo de paso se basa en valores de comando de angulo de paso y un valor de comando de angulo de paso comun, que es comun para cada pala.

Sumario de la invencion

Por tanto, es un objeto de las realizaciones de la presente invencion proporcionar un metodo de control para una turbina eolica que obvie o reduzca algunos de los problemas mencionados anteriormente en los metodos de control conocidos.

Es un objeto adicional de la invencion proporcionar un metodo de control para reducir el riesgo de cargas extremas individuales o sucesivas sobre las palas, la torre u otros componentes de la turbina eolica provocadas por rafagas de viento. Un objeto adicional de la invencion es proporcionar un metodo de control para garantizar que las cargas sobre la turbina se mantienen dentro de lfmites aceptables en todas las condiciones del viento mientras que al mismo tiempo se mantiene una alta produccion de energfa de la turbina eolica.

Es un objeto adicional de la invencion proporcionar un metodo de control que, de un modo sencillo y eficaz, pueda reaccionar rapido y de manera fiable a cambios en las condiciones de carga de viento.

Es un objeto adicional de las realizaciones de la invencion proporcionar una turbina eolica con un sistema de control que pueda reaccionar de manera eficaz ante eventos tales como rafagas de viento actuando tambien solo sobre partes del plano de rotor.

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Segun la invencion, esto se obtiene mediante un metodo de control de una turbina eolica que comprende palas unidas a un buje de rotor para la rotacion en un plano de rotor y un sistema de control para regular de manera individual el paso de las palas en relacion con el buje, comprendiendo el metodo las etapas de dividir el plano de rotor en un numero de sectores, determinar los sectores individuales para cada pala durante la rotacion por medio de un sensor de angulo azimut, obtener datos de sensor desde un sensor de pala sobre una pala individual al menos en parte durante un paso de un sector durante la rotacion, comparar los datos obtenidos con datos que representan datos de sensor de pala en la misma u otra pala al menos en parte durante un paso anterior del mismo sector durante la rotacion, detectando de ese modo un evento para sectores individuales del plano de rotor, determinar una contribucion de paso individual para un sector dado solo cuando se detecta un evento en dicho sector y regular el paso de las palas segun la contribucion de paso individual para el sector dado al menos en parte durante el paso del sector.

Segun una realizacion, los datos de sensor pueden comprender datos de carga de pala procedentes de un sensor de carga de pala y/o datos de perdida aerodinamica de pala procedentes de un sensor de perdida aerodinamica de pala.

De este modo se obtiene un metodo para detectar y determinar un evento aunque el evento no se produzca por todo el plano de rotor sino en una parte del plano de rotor. Tales eventos pueden comprender la aparicion de cambios dinamicos o repentinos en el viento que actua sobre el plano de rotor y rafagas de viento, que en general pueden llevar a cambios repentinos correspondientes en las cargas sobre la turbina eolica, y especialmente sobre las palas y la torre.

Segun una realizacion de la invencion, la deteccion de eventos en el metodo de control de una turbina eolica comprende ademas la etapa de calcular para los sectores individuales del plano de rotor una desviacion con respecto al estado de funcionamiento normal definido de los datos de carga de pala obtenidos relacionados con los sectores individuales.

El estado de funcionamiento normal definido puede expresarse desde el punto de vista de un estado estructural permisible maximo predefinido de la pala tal como por ejemplo carga, momento, desviacion, perdida aerodinamica o fatiga de la pala, o desde el punto de vista de una energfa cinetica aceptable maxima predefinida de una pala para un sector de rotor. Estos lfmites permisibles o aceptables pueden ser los mismos para todos los sectores de rotor o pueden variar de un sector a otro reflejando circunstancias especiales tales como, por ejemplo, ser inferiores en los sectores cerca de la torre o en los sectores que cubren la parte superior del plano de rotor en la que el viento generalmente puede alcanzar las velocidades mas altas. Esto puede usarse para detectar eventos de viento en sectores arbitrarios del plano de rotor. Como ejemplo, si se sabe que una determinada parte del plano de rotor es crucial, puede tenerse en cuenta. El estado de funcionamiento normal definido puede variar ademas en funcion de diferentes parametros de funcionamiento, tales como por ejemplo en funcion de la velocidad del viento media o un factor de turbulencia general. De este modo, el metodo de control puede por ejemplo establecer que las condiciones para el funcionamiento normal sean inferiores durante cargas de viento elevadas haciendo que el metodo de control sea mas sensible. Ademas, el funcionamiento normal definido puede ser una funcion de mas de una condicion estructural de la pala tal como por ejemplo una combinacion de carga de pala y angulo de ataque de la pala.

Comparando datos de sensor de pala tales como cargas de pala que se miden en un sector de rotor con datos de sensor de pala medidos previamente en el mismo sector, el metodo de control puede detectar y por tanto reaccionar frente a cambios repentinos en el estado de pala para cada sector de rotor y de ese modo detectar eventos tales como rafagas de viento u otros cambios dinamicos en el viento que actua a traves del plano de rotor. De este modo se obtiene ademas un metodo de control que puede detectar y reaccionar frente a campos de viento y patrones de viento mas complejos que vanan por el plano de rotor. De este modo, el metodo de control propuesto puede detectar y tener en cuenta efectos de cortadura y efectos dinamicos del viento tales como cambios extremos del viento y rafagas de viento de rotor totales y parciales.

Las cargas de pala obtenidas relacionadas con un sector pueden compararse con datos de sensor de pala (tales como cargas) obtenidos previamente a partir de mediciones sobre la misma pala o a partir de mediciones sobre otra pala de turbina eolica. De este modo, el metodo puede realizarse en una turbina eolica usando mediciones de sensor a partir de una pala individual comparando datos de una rotacion a la siguiente, o adicional o alternativamente puede realizarse mediante el uso de sensores de pala sobre un numero de o todas las palas de turbina. Con la ultima opcion pueden obtenerse intervalos de datos de sensor de pala relacionados con un sector dado a intervalos de tiempo mas cortos y de ese modo informacion mas detallada, y una mayor probabilidad de detectar y reaccionar frente a un evento.

Debido a la informacion mas compleja y completa obtenida sobre la carga de viento dinamica que actua a traves del plano de rotor, el metodo de control puede reaccionar por consiguiente con mayor rapidez y precision frente al evento percibido y detectado. Teniendo en cuenta estos eventos de viento dinamicos parciales o totales en el control de la turbina eolica, puede conseguirse que las cargas extremas sobre la turbina eolica o en cualquier parte o componente de la turbina eolica puedan reducirse considerablemente durante el funcionamiento sin o con solo reducciones mmimas en la produccion de potencia global. Por ejemplo, de este modo pueden reducirse las cargas de pala de turbina extremas tales como las cargas de borde o flap de pala, los momentos de flap de pala o la fatiga

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de pala. De manera similar, durante tales eventos pueden reducirse momentos o cargas de inclinacion, momentos o cargas de guinada, cargas extremas sobre la torre, o gondola, u otros componentes de la turbina eolica tales como sobre los cojinetes, el arbol o similares.

Los datos de carga de pala considerados comprenden especialmente datos de carga medidos sobre la pala de turbina tales como cargas de borde o flap de pala o momentos de flap de pala. Alternativa o adicionalmente, los datos de carga pueden comprender o representar cargas por fatiga sobre las palas de turbina. Los datos de carga de pala pueden obtenerse mediante uno o mas sensores colocados en las palas de turbina eolica tal como por ejemplo en la rafz de pala o mas hacia fuera en el revestimiento de pala. El sensor puede comprender por ejemplo sensores de medicion de deformacion, sensores opticos, o similares. Adicional o alternativamente, el sensor de pala puede comprender sensores de perdida aerodinamica, acelerometros y/o sensores de desviacion.

El plano de rotor puede dividirse en un numero de secciones de tamano regular o irregular, es decir, del mismo tamano o tamano diferente. Como ejemplo, el plano de rotor puede dividirse en sectores de 5-30 grados, tal como 520 grados tales como de aproximadamente 10 grados. El plano de rotor puede dividirse de manera similar en un factor multiplicado por el numero de palas de sectores de igual tamano tal como por ejemplo 12 sectores de 30 grados cada uno. Para cada pala de turbina, uno o mas sensores de angulo azimut de paso detectan en que sector de rotor se desplaza actualmente la pala. De este modo las cargas de pala detectadas sobre cada pala pueden relacionarse con el sector de rotor en el que se produce la carga y de ese modo vincularse a la carga de viento y flujo de viento en ese sector de rotor.

Dividiendo el plano de rotor en sectores y relacionando los datos de sensor de pala tales como las cargas de pala a los sectores de rotor, el metodo de control propuesto aprovecha ventajosamente el hecho de que las palas esten rotando; es decir, se usa la informacion de una pala de ataque que se desplaza por un sector en la deteccion de un evento que se produce posteriormente en el mismo sector. Es decir, el metodo de control introduce memoria en el sistema que disminuye el riesgo de cargas extremas sucesivas.

Segun una realizacion de la invencion, el metodo de control de una turbina eolica comprende ademas la etapa de comparar un dato de sensor de pala instantaneo relacionado con un sector con un umbral de carga, siendo el umbral de carga una funcion de los datos de sensor de pala medios y un numero de desviaciones estandar. El umbral de carga obtenido de este modo vana en funcion de los datos de sensor de pala medidos a lo largo del tiempo para ese sector espedfico. De este modo se obtiene que el metodo de control pueda detectar y manejar eventos de viento dinamicos elevados puesto que el detector, a diferencia de los metodos de control tradicionales, tiene en cuenta una estimacion de la desviacion estandar. El numero de desviaciones estandar usado para determinar el umbral de carga puede ser una constante predefinida tal como por ejemplo un factor entre 1 y 6, o 2 y 4, tal como 3). En una realizacion adicional, este numero de desviaciones estandar puede variar a lo largo del tiempo, o de un sector a otro, y dependiendo de parametros de turbina eolica tales como por ejemplo la carga de pala media, la velocidad de rotacion, el angulo de paso de pala real, la velocidad del viento media o similar. De este modo el metodo de control puede ajustarse para ser mas o menos sensible dependiendo directamente de estas condiciones. El numero de desviaciones estandar usado puede predeterminarse basandose en el procesamiento posterior de simulaciones por ordenador sobre cargas de pala aceptables.

Los datos de sensor de pala medios y la desviacion estandar de los datos de sensor de pala pueden determinarse calculando un promedio lineal sobre valores de cargas de pala previos o pueden determinarse calculando un promedio exponencial o similares. El calculo del promedio exponencial puede ser ventajoso porque la desviacion media y la estandar pueden obtenerse entonces actualizando los valores determinados previamente de una muestra a la siguiente con requisitos de memoria mmimos.

Segun una realizacion de la invencion, el metodo comprende ademas la deteccion de la orientacion espacial de la turbina eolica, y la deteccion de eventos comprende la etapa de comparar un dato de sensor de pala instantaneo relacionado con un sector con un umbral de carga, siendo el umbral de carga una funcion de la posicion espacial. De este modo, la turbina eolica puede protegerse de cargas extremas siempre que la turbina este en un sector de guinada crucial, es decir, este orientada en una direccion espedfica. De este modo el umbral de carga podna ajustarse dependiendo de la orientacion espacial (NESW) de la turbina eolica teniendo en cuenta de este modo potencialmente el conocimiento de estas orientaciones espaciales tales como las condiciones del viento o atmosfericas tfpicas y/o condiciones dadas por el emplazamiento. Tal conocimiento podna obtenerse opcionalmente haciendo que el umbral se base en el historial como, por ejemplo, cuando se calcula o ajusta a partir del historial de las senales de entrada de la orientacion espedfica, u obtenerse a partir de datos de emplazamiento obtenidos de otro modo. De este modo, podna aplicarse una regulacion de paso mas conservadora y la turbina podna tener una mayor tendencia a una disminucion de potencia en situaciones en las que la turbina eolica esta orientada en direcciones con un mayor riesgo de ser cnticas. De este modo se reduce adicionalmente el riesgo de sobrecargar la turbina. Como ejemplo, si la turbina eolica se coloca en un acantilado, el metodo de control segun la invencion podna establecer una mayor contribucion de paso para los sectores de rotor mas inferiores cuando la turbina gira subiendo el viento por el acantilado.

Segun una realizacion de la invencion, el metodo comprende ademas reducir el umbral de carga de un primer sector en un factor, cuando la carga de pala instantanea supera el umbral de carga en un segundo sector, estando el

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segundo sector alejado de dicho primer sector menos de un numero predefinido de sectores. De este modo puede usarse la deteccion de un evento en un sector para disminuir los umbrales de carga y de ese modo aumentar la sensibilidad del metodo en los sectores proximos a o cerca del sector de la deteccion de eventos. El factor puede ser una cierta constante predefinida en el intervalo de 0,7-0,99, por ejemplo entre 0,85 y 0,95. La reduccion de umbral puede realizarse en todos los sectores dentro de por ejemplo 120 o 180° con respecto al sector de deteccion de eventos, o adicional o alternativamente en un numero de sectores que preceden o siguen al sector de deteccion de eventos. El numero de sectores afectados puede ser un numero predefinido tal como por ejemplo 2 o 4 o puede ser un numero que aumenta con la gravedad del evento detectado. Mediante la reduccion de umbral propuesta puede obtenerse que si se detecta un evento cuando una pala abandona un sector, ya esta previsto que posiblemente ocurra la deteccion de evento para la siguiente pala y entonces la reduccion de umbral puede hacer que la siguiente pala regule su paso saliendose algo antes de lo que sena en otro caso.

Segun una realizacion de la invencion, el calculo mencionado anteriormente comprende la etapa de comparar una carga de pala instantanea relacionada con un sector con un umbral de carga maximo que refleja una carga de pala aceptable como maximo predeterminada. De este modo se establece un lfmite de seguridad absoluto superior de la carga de pala instantanea por encima del cual se detecta un evento independientemente de otros parametros tales como la carga de pala media, con lo que puede garantizarse que el metodo de control reaccionara frente a tales cargas de pala elevadas. De este modo puede reducirse el riesgo de perderse una deteccion de eventos.

En una realizacion adicional el calculo mencionado anteriormente comprende la etapa de comparar una energfa cinetica instantanea derivada de la carga de pala relacionada con un sector con un umbral de energfa cinetica, siendo el umbral de energfa cinetica una funcion de la energfa cinetica de pala media y un numero de desviaciones estandar. Mediante el uso de tal umbral de energfa cinetica en la deteccion de eventos en los sectores de rotor individuales, puede reducirse considerablemente el tiempo de deteccion en algunos tipos de eventos de viento dinamicos, es decir, el evento puede detectarse y de ese modo puede reaccionarse frente al mismo antes que en el caso de que la deteccion se base en las cargas de pala solamente.

La energfa cinetica sobre una pala relacionada con un sector dado puede determinarse a partir de las cargas de pala medidas y por ejemplo estimarse como un parametro constante multiplicado por la derivada de tiempo de la carga de pala al cuadrado. El razonamiento detras de esta correlacion es la correlacion entre un momento de flap de pala (o carga) y deformacion en una seccion de rotor. Estos son linealmente dependientes y como la energfa cinetica puede obtenerse a partir de la derivada de la deformacion, la energfa cinetica puede obtenerse a partir de la derivada del momento de flap de pala.

Alternativa o adicionalmente, la energfa cinetica de pala puede estimarse a partir de desviaciones, aceleraciones o el desplazamiento angular de la pala.

Segun una realizacion adicional de la invencion, la contribucion de paso individual puede determinarse para hacer que una pala individual regule su paso saliendose de la trayectoria del viento cuando se detecta un evento en un sector dado. En una realizacion de la invencion, la contribucion de paso individual se anade a una referencia de paso colectivo que proporciona un paso comun para todas las palas.

Por tanto, cuando se detecta un evento en un sector dado se anade una contribucion de paso individual a la referencia de paso colectivo para obligar a que la pala individual regule su paso saliendose de la trayectoria del viento al menos cuando pasa a traves de una parte del sector crucial y posteriormente reducir el riesgo de una carga de pala extrema. De este modo el paso de las palas se regula adicionalmente cuando pasan por tales sectores cruciales en los que se detecta un evento de viento por la misma pala o una pala anterior. De este modo, disminuye el riesgo de cargas extremas puesto que el metodo de control adapta la contribucion de paso individual en los diferentes sectores. La funcionalidad principal del metodo de control es por consiguiente usar sensores de pala tales como sensores de momento de flexion de rafz de flap absoluto para detectar cargas de pala cnticas y reaccionar regulando de manera individual el paso de las palas para que se salgan de la trayectoria del viento.

Puede mantenerse una contribucion de paso individual para cada sector de plano de rotor dependiendo de una deteccion de eventos de modo que se anade una contribucion de paso para esas secciones solo cuando se detecta un evento. La contribucion de paso individual puede comprender un valor de constante predefinido tal como por ejemplo un angulo entre 2-10 grados, por ejemplo 5 grados. Ademas, puede anadirse la misma contribucion de paso a cualquier pala que pase a traves del sector de evento pertinente. Alternativa o adicionalmente la contribucion de paso individual puede adaptarse o disminuir o variar de cualquier otro modo en funcion de parametros tales como tiempo, el valor de la carga de pala medida real, el valor real del paso de pala, etc.

En una realizacion de la invencion, se regula el paso de la pala individual segun la contribucion de paso individual mientras que la pala pasa a traves de dicho sector dado, en el que se detecta el evento. Alternativamente, la contribucion de paso puede reducirse o establecerse a cero en caso de que la carga de pala medida o energfa cinetica de pala relacionada con el sector disminuya por debajo de un umbral determinado o se determine de otro modo que esta bajo control.

Alternativa o adicionalmente, la contribucion de paso puede determinarse en funcion de la posicion de la pala dentro

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del sector dado. De este modo el sector de rotor podna dividirse opcionalmente en un numero de sectores de paso con diferentes contribuciones de paso, y por consiguiente podna regularse el paso de la pala cuando pasa a traves de los diferentes sectores de paso dentro del sector de rotor. De este modo podna emplearse un esquema de actuacion mas refinado mientras se mantienen los sectores de sensor mas bastos. Puede resultar ventajosa una red de sensores mas basta correspondiente a sectores de rotor mas grandes para reducir el ruido procedente de los sensores. Ademas, pueden no ser necesarios sectores de rotor mas finos puesto que los datos de sensor de pala no cambian necesariamente tan rapido durante la rotacion. Por otro lado, puede ser ventajosa una red de actuacion mas fina y sectores de paso mas pequenos para proporcionar un paso mas suave y de ese modo una adaptacion mas suave a las condiciones cambiantes durante una rotacion.

En una realizacion adicional de la invencion, se regula el paso de la pala individual segun la contribucion de paso individual hasta que disminuye la carga de pala instantanea relacionada con dicho sector dado, o disminuye en un factor de carga en relacion con una carga de pala maxima obtenida tras la deteccion del evento. De este modo se detiene la regulacion de paso de pala individual provocada por el evento cuando las cargas de pala pueden considerarse como bajo control de nuevo. Deteniendo en primer lugar la regulacion de paso adicional cuando la carga de pala disminuye en un factor de carga en relacion con la carga de pala maxima mas reciente, la carga de pala esta bajo control con un grado de certeza superior. Como ejemplo puede considerarse que el evento ha pasado cuando la carga de pala ha disminuido hasta por ejemplo el 80 o 90% de la carga maxima.

Alternativamente, podna mantenerse el paso individual por ejemplo mientras la carga de pala instantanea supere el umbral de carga.

En una realizacion adicional de la invencion, la contribucion de paso individual es una funcion de la velocidad de rotacion del rotor. De este modo la contribucion de paso individual puede reducirse en funcion del tiempo, por ejemplo como una funcion que disminuye exponencialmente de modo que se determina la contribucion de paso para una nueva pala que entra en el sector de evento dependiendo de cuanto tiempo ha pasado desde que la ultima pala paso a traves del sector de evento.

Segun una realizacion adicional de la invencion, la regulacion del paso de pala individual se inicia con una distancia de compensacion angular antes de que la pala entre en el sector dado. De este modo el metodo puede compensar el retraso que puede estar presente en un sistema de actuacion de paso, haciendo de otro modo que los angulos de paso solo se efectuen completamente tras algun tiempo. La distancia de compensacion angular puede elegirse en correspondencia con el factor de retraso del sistema de actuacion de paso y la velocidad de rotacion del rotor. De este modo puede conseguirse que en realidad se regule el paso de la pala segun la regulacion de paso de pala individual decidida ya con la entrada en el sector dado en el que anteriormente se determino el evento.

Todavfa en una realizacion adicional de la invencion, el sistema de control comprende memoria adaptada para datos relacionados con los datos de sensor de pala obtenidos, y el metodo comprende determinar una contribucion de paso requerida de una pala retrasada a partir de datos procedentes de sensores sobre una pala de ataque.

De este modo, el metodo de control propuesto reduce el riesgo de no solo una carga de pala extrema debido a un evento de viento en algun sector de rotor, sino que tambien reduce el riesgo de cargas de pala extremas que se producen sucesivamente cuando una nueva pala entra en un sector afectado por un evento de viento. Dicho de otro modo, el metodo de control propuesto combina un algoritmo de deteccion de eventos con un algoritmo de aprendizaje de paso de evento porque el primer algoritmo de deteccion de eventos detecta eventos de viento tales como rafagas que aparecen en sectores arbitrarios del plano de rotor y el ultimo algoritmo de aprendizaje de paso encapsula esta informacion para adaptar el angulo de paso de pala en estos sectores de manera correspondiente tambien para las palas siguientes.

Dividiendo el plano de rotor en sectores y relacionando las cargas de pala con los sectores de rotor, el metodo de control propuesto aprovecha ventajosamente el hecho de que las palas esten rotando; es decir, se usa la informacion procedente de los sensores de carga de pala de ataque para predecir de manera optima la contribucion de paso requerida de las palas retrasadas de manera optima para evitar cargas de pala extremas o alternativamente para reducir el riesgo de cargas de pala extremas. Es decir, el algoritmo introduce memoria en el sistema que disminuye el riesgo de cargas extremas sucesivas.

Segun una realizacion, la contribucion de paso individual puede determinarse en funcion del gradiente de los datos de sensor de pala. De este modo, la contribucion de paso puede determinarse para reflejar mejor la energfa cinetica presente cuando se entra en un sector para el cual se ha detectado un evento. De este modo puede reducirse la contribucion de paso en caso de que el gradiente de los datos de sensor de pala medidos este limitado evitando de ese modo una regulacion de paso demasiado extrema cuando no es necesario. De manera correspondiente, puede aumentarse la contribucion de paso en caso de gradientes relativamente grandes de los datos de sensor de pala medidos.

Segun una realizacion, la contribucion de paso individual se ajusta en funcion de la diferencia entre el umbral de carga de sector y la carga de pala medida. Esto puede obtenerse aplicando un controlador P, PI y/o PID en el que la actualizacion o correccion de la referencia de paso se realiza de manera continua comparando los datos de sensor

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de pala medidos con los datos de sensor de pala esperados basandose en informacion de la ultima pala en ese sector. De este modo la contribucion de referencia de paso de sector puede modificarse significativamente si la diferencia entre el umbral de carga de sector y los datos de sensor de pala reales es grande y baja si la diferencia es baja. De este modo, puede obtenerse una reduccion mas gradual de la contribucion de paso de sector de pala basandose en las circunstancias ffsicas y reales.

Se obtiene un aspecto adicional de la invencion mediante una turbina eolica que comprende palas unidas a un buje de rotor para la rotacion en un plano de rotor y un sistema de control para regular el paso de las palas en relacion con el buje, en la que el sistema de control, para sectores individuales del plano de rotor determinados por medio de un sensor de angulo azimut, puede detectar un evento obteniendo datos de sensor de pala relacionados con un sector desde un sensor de pala sobre una pala individual al menos en parte durante el paso del sector durante la rotacion, y comparar los datos obtenidos con datos relacionados con el mismo sector y que representan datos de sensor de pala sobre la misma u otra pala al menos en parte durante un paso anterior del mismo sector durante rotacion, y determinar una contribucion de paso individual para un sector dado solo cuando se detecta un evento en dicho sector, comprendiendo la turbina eolica ademas un sistema de regulacion de paso que de manera individual regula el paso de las palas segun la contribucion de paso individual para el sector dado al menos en parte durante el paso de pala del sector.

Los datos de sensor pueden comprender datos de carga de pala procedentes de un sensor de carga de pala.

El sistema de control de la turbina eolica puede estar configurado ademas para realizar el metodo de control segun lo descrito anteriormente.

En una realizacion de la invencion el sistema de control comprende memoria adaptada para datos procedentes de sensores de carga sobre una pala de ataque, pudiendo el sistema de control determinar una contribucion de paso requerida de una pala retrasada a partir de los datos en la memoria.

Las ventajas de la turbina eolica y el sistema de control de turbina eolica descritos anteriormente son tal como se describio anteriormente en relacion con el metodo de control de una turbina eolica.

En una realizacion, cada pala de la turbina eolica comprende un sensor de carga de pala colocado a la misma distancia respecto al buje. De este modo se garantiza que los datos procedentes de una pala puedan ser directamente comparables con los datos medidos por otra pala. De este modo los datos obtenidos de los sensores de carga de pala se refieren a eventos de viento en la misma posicion y principalmente solo son una funcion de la posicion de angulo azimut de la pala y el tiempo.

En una realizacion adicional, una pala comprende un numero de sensores de pala colocados a diferentes distancias respecto al buje, definiendo de ese modo un numero de subsectores para cada sector individual del plano de rotor, y pudiendo detectar el sistema de control para cada subsector individual un evento obteniendo datos de carga de pala relacionados con dicho subsector. De este modo pueden detectarse eventos relacionados con cada subsector. De este modo puede obtenerse una subdivision mas fina del plano de rotor y de ese modo un metodo de control que puede reaccionar frente a un evento mas fino o local. Ademas, de este modo, los eventos locales pueden detectarse con mayor certeza porque se obtienen mediciones de datos en mas posiciones en el plano de rotor.

Segun aun un aspecto adicional, la presente invencion se refiere a un sistema de control para regular de manera individual el paso de palas de turbina en relacion con un buje de una turbina eolica, estando unidas las palas al buje de rotor para la rotacion en un plano de rotor, y en el que el sistema de control, para sectores individuales del plano de rotor determinados por medio de un sensor de angulo azimut, puede detectar un evento obteniendo datos de sensor de pala relacionados con un sector y desde un sensor de pala sobre una pala individual al menos en parte durante un paso del sector durante la rotacion, y comparando los datos obtenidos con datos relacionados con el mismo sector y que representan datos de sensor de pala sobre la misma u otra pala al menos en parte durante un paso anterior del mismo sector durante la rotacion, y determinar una contribucion de paso individual para un sector dado solo cuando se detecta un evento en dicho sector, estableciendo adicionalmente el sistema de control el comando de paso de pala segun la contribucion de paso individual para el sector dado al menos en parte durante el paso de pala del sector.

Las ventajas del sistema de control de turbina eolica son tal como se describio anteriormente en relacion con el metodo de control de una turbina eolica.

Breve descripcion de los dibujos

A continuacion se describiran diferentes realizaciones de la invencion con referencia a los dibujos, en los que: la figura 1 es un boceto del plano de rotor dividido en sectores de rotor individuales, la figura 2 ilustra un concepto para el metodo de control segun la invencion,

la figura 3 es un boceto de la estimacion de las cargas de pala y cargas de pala medias (las cargas de pala

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determinadas en este caso como el momento de flap de pala) en secciones de rotor seleccionadas,

la figura 4 proporciona una vision global de una realizacion del detector de eventos,

la figura 5 ilustra el inicio y final de un evento de viento a partir de una medicion de carga de pala,

la figura 6 ilustra la deteccion de eventos basandose en cargas de pala y energfa cinetica de pala,

la figura 7 ilustra la reduccion de los umbrales de carga de sector segun una realizacion de la invencion,

la figura 8 ilustra la determinacion de una contribucion de paso de pala individual para una pala basandose en el metodo de control basado en sectores,

la figura 9 ilustra el concepto del retraso del sistema de regulacion de paso,

la figura 10 muestra la velocidad del viento entrante, la etiqueta de evento para una de las palas y la contribucion de paso resultante para dos secciones de rotor y cuando se aplica a una pala, los datos resultantes de una simulacion de prueba en funcion del tiempo,

la figura 11 ilustra la determinacion de una contribucion de paso de sector segun una realizacion de la invencion mediante el suavizado de contribuciones de paso de sectores adyacentes, y

la figura 12 ilustra un metodo de adaptacion de la contribucion de paso de sector a los datos de pala reales tal como se miden.

Descripcion detallada de los dibujos

La figura 1 ilustra la etapa del metodo de dividir el plano de rotor 100 de una turbina eolica en un numero de sectores 101 segun una realizacion del metodo de control de turbina eolica propuesto. En este ejemplo, el plano de rotor 100 esta dividido en 12 sectores de rotor 101 del mismo tamano. Las palas de rotor 102 denominadas A, B y C estan delineadas en una posicion en la que la pala de rotor A esta en el primer sector (101, 1), la pala de rotor B esta en el sector 5 (101, 2) y la tercera pala de rotor C esta en el sector numero 8 (101, 3). La lmea vertical 105 ilustra el eje de la torre de la turbina eolica.

Con el fin de reducir el riesgo de inducir momentos de inclinacion/guinada mediante el metodo de control de paso individual segun la invencion, el numero de sectores puede establecerse ventajosamente segun la siguiente regla garantizando de ese modo que todas las palas cambien de sector de manera smcrona:

imagen1

donde Ns es el numero de sectores de rotor 101. El sensor de azimut que mide el angulo azimut 104 de una o mas palas 101 puede usarse para determinar los sectores que contienen una pala en un momento dado. De este modo un vector S que comprende como sus elementos los numeros de los sectores que comprenden una pala de rotor, puede determinarse a partir de los angulos de lfmite de sector definidos por:

imagen2

Es decir, para por ejemplo Ns =12, el sector 2 se define para angulos azimut en el intervalo [30°; 60°].

La figura 2 ilustra un resumen del metodo de control. En este caso y a continuacion el metodo de control segun la presente invencion se describe y muestra a modo de ejemplo mediante el uso de cargas de pala medidas por sensores de carga de pala. Sin embargo, los eventos de viento para cada sector y metodos de control descritos a continuacion pueden basarse de manera similar adicional o alternativamente en otras senales de entrada que reflejan una condicion estructural o del entorno de la pala tales como sensores de perdida aerodinamica, acelerometros de pala, sensores de velocidad del viento, sensores de desviacion de pala, sensores de angulo de ataque, medidores de deformacion de pala o similares.

Basandose en las mediciones de los sensores de carga de pala 200 y el angulo azimut 104 medido por el sensor de angulo azimut, un detector de eventos 201 detecta si una de las palas 102 experimenta un evento de viento, en que sector de rotor 101 y a que angulo azimut de rotor. Esta informacion esta contenida en el vector de evento Bevento que indica si se detecta un evento en los sectores S. La salida del detector de eventos se usa posteriormente con las mediciones de los sensores de posicion de paso 203 que miden el paso real de cada pala 0, y el sensor de velocidad de rotor opcional en un algoritmo de aprendizaje de paso 202 para estimar un desplazamiento de referencia de paso

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individual adicional A9 para las palas sometidas al evento de viento. Finalmente, estos desplazamientos de referencia de paso individual se anaden a la referencia de paso colectivo 9col en un sistema de control de paso y opcionalmente en combinacion con otros desplazamientos de paso individual y dan como resultado una referencia de paso de pala final 9ref, 204 para cada pala.

Un evento detectado puede desencadenar adicionalmente la siguiente accion: se envfa una peticion de referencia de valvula de sistema de paso maximo a un sistema de control de paso con el fin de obtener una tasa de paso maxima. Esto saturara la tension de control del sistema de regulacion de paso de la pala en la que se detecta que un evento es maximo.

En una realizacion de la invencion, los desplazamientos de referencia de paso individual se anaden a la referencia de paso colectivo durante detecciones de evento aunque la tension de control de sistema de regulacion de paso se satura al maximo simultaneamente. Esto puede realizarse para permitir una transferencia suave o mas uniforme del paso cuando se detiene el evento de viento, y la tension de control de sistema de regulacion de paso ya no se satura mas al maximo.

Mediante la combinacion del algoritmo de deteccion de eventos 201 y el algoritmo de aprendizaje de paso de evento 202 puede reducirse considerablemente el riesgo de cargas de flap/inclinacion/guinada extremas durante rafagas de viento extremas, porque el primer algoritmo de deteccion 201 detecta rafagas de viento que aparecen en partes arbitrarias del plano de rotor mientras que el ultimo algoritmo de aprendizaje de paso 202 encapsula esta informacion para adaptar los angulos de paso individual 9 de las palas siguientes de manera correspondiente.

Para cada sector en el plano de rotor se estiman la media |im y la desviacion estandar om del momento de flap y se actualizan cada vez que la pala pasa a traves de un sector. Se usan estas medidas para estimar la carga de momento de flap esperada en los sectores.

La estimacion de la carga de pala media |im, 303 tal como el momento de flap de pala medio en los sectores seleccionados 101 del sector numero 3, 4, 7, 8, 11, y 12, se ilustra en la figura 3. La desviacion estandar de la carga de pala om puede estimarse de manera similar. Las curvas en el sistema de coordenadas superior muestran la carga de pala Mnap, 200 tal como se mide sobre cada una de las tres palas de turbina en funcion del tiempo t. En el centro de la figura 3 se muestra el vector de sector S, es decir, que sector pasa cada una de las palas en un momento dado durante la medicion. Por ejemplo, las curvas para la pala A se muestran con una lmea negra continua 301, y esta pala pasa en primer lugar a traves del sector numero 11, entra en el sector 12 y a continuacion en el sector numero 1, etc. De manera similar, la pala B se muestra en lmeas discontinuas y la pala C se muestra en lmeas de puntos. A partir de estas mediciones a continuacion puede determinarse la media |im y la desviacion estandar om de la carga de pala para cada sector de rotor tal como se ilustra en las curvas inferiores en la figura 3 que muestran la carga de pala media a lo largo del tiempo para 6 sectores diferentes. Por motivos de claridad no se muestran todos los valores de sector. La media |im y la desviacion estandar om de la carga de pala se estiman y actualizan cada vez que una pala pasa a traves de un sector. De este modo el valor medio y la desviacion estandar relacionados con un sector de rotor solo se actualizan cuando el sector contiene una pala. Esto proporciona una tasa de actualizacion de las cargas esperadas de 3P. Es decir, la carga de pala media en un sector dado se calcula a partir de muestras de las tres palas de turbina.

La estimacion de |iM(n) y OM(n) en los diferentes sectores puede realizarse en una realizacion con el calculo del promedio exponencial en funcion del numero de muestra n:

Vm(")

T Carga

T

M flap (n) +

^(")+

A

Carga

Carga J

T ^

^Carga J

A* A/("

¥M(n

1)

1)

imagen3

donde T es el tiempo de muestreo, tcarga es la constante de tiempo del calculo del promedio exponencial, y ^M(n) es una variable intermedia usada para calcular OM(n). Alternativamente, el valor medio y la desviacion estandar de las cargas de pala pueden determinarse mediante mas expresiones de desviacion estandar y media linealizada estandar.

Ademas, como el momento de flap en una seccion y la deformacion en la misma seccion estan correlacionadas y son linealmente dependientes, y como la energfa cinetica puede hallarse a partir de la derivada de tiempo de la deformacion, la energfa cinetica de cada sector puede estimarse por analogfa a partir de la derivada del momento de flap de flexion de rafz medido Mnap como:

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donde k es una constante de conversion usada para convertir la derivada de tiempo del momento de flap en la energfa cinetica de pala dependiendo por ejemplo de la rigidez de la pala de turbina y puede estimarse a partir de simulaciones o pruebas. Alternativa o adicionalmente, la energfa cinetica de pala puede estimarse a partir de desviaciones, aceleraciones o el desplazamiento angular de la pala.

Para cada sector en el plano de rotor, puede estimarse por tanto el valor medio |iEs y la desviacion estandar oes de la energfa cinetica de pala y actualizarse cada vez que una pala pasa a traves de un sector, y puede calcularse usando el mismo enfoque que el descrito anteriormente en relacion con la determinacion del valor medio y la estimacion estandar de las cargas de pala.

El valor medio y la estimacion estandar de las cargas de pala y opcionalmente de la energfa cinetica de sector tambien pueden usarse para detectar si se ha producido un evento de viento en un sector dado con el paso de pala. En la figura 4 se ilustra una vision global de una realizacion del algoritmo de detector de eventos.

El detector de eventos tal como se muestra en la figura 4 se basa tanto en el momento de flap de flexion de rafz como en la energfa cinetica de pala derivada del momento de flap de flexion de rafz. Sin embargo, el detector de eventos tambien puede basarse en las cargas de pala solamente o alternativamente en la energfa cinetica de pala solamente, o en diferentes combinaciones de los dos parametros. El detector de eventos puede tener ademas en cuenta otros parametros como mediciones de viento local en la deteccion de eventos.

El paso individual de una pala en un sector puede modificarse siempre que se detecte un evento en ese sector, y ademas para una determinada cantidad de tiempo despues de que se haya producido un evento. En un sector dado, el inicio de una deteccion de eventos puede establecerse como una funcion tanto en el momento de flap de flexion de rafz como la energfa cinetica de pala derivada del momento de flap de flexion de rafz tal como se determina en un detector de carga de pala, 401, y en un detector de energfa cinetica 402. La motivacion para un detector de energfa cinetica es reducir el tiempo de deteccion en algunos eventos de viento dinamicos. El detector de energfa cinetica es identico al detector de momento de flap a excepcion de las senales de entrada. Entonces de manera continua se evalua si un evento de viento detectado todavfa esta activo a partir de los umbrales tal como se describe a continuacion y opcionalmente siguiendo un esquema de reduccion de tiempo de deteccion de eventos 403 (basandose en las cargas de pala) u opcionalmente un esquema de mantenimiento de deteccion de eventos 404 (basandose en la energfa cinetica estimada), que en principio acorta o prolonga la duracion del evento de viento detectado basandose en diferentes criterios. Esto se describe en mas detalle en relacion con las figuras 5 y 6. Si se detecta un evento de viento o bien 405 basandose en las cargas de pala Mflap o bien la energfa cinetica estimada E, el vector de evento de pala Bevento que indica si se detecta un evento en los sectores que comprenden las palas se establece de manera correspondiente, y se determina una contribucion de paso de pala individual A9 y se anade a la referencia de paso de pala 9ref. Ademas, un evento detectado en un sector puede afectar a los umbrales en los sectores anteriores de este modo preparando a una pala entrante para el evento de viento detectado. Esto se realiza en el esquema de reduccion de umbral de pala 406 en el que el factor de reduccion de umbral k se determina influyendo en el umbral de carga 406 y opcionalmente el umbral de energfa cinetica 407. Esto se describira en mas detalle mas adelante.

Con el fin de determinar desviaciones con respecto a las cargas esperadas en un sector dado, se compara la carga de pala absoluta como MFlap medida con uno o mas umbrales de carga diferentes T. Un umbral puede ser generalmente una constante predefinida fija o puede ser una funcion de parametros medidos o estimados como la desviacion estandar y/o media de carga de pala determinada. Pueden usarse conjuntos de umbrales diferentes detectando de ese modo un evento de viento en un sector basandose en un conjunto de condiciones.

En una realizacion de la invencion se aplican tres umbrales diferentes sobre las cargas de pala:

Tx -Mpkp Mu,

imagen5

imagen6

En este caso, el umbral Ti se establece como un lfmite de momento de flap mmimo constante por debajo del cual no se produce ningun evento de viento independientemente de los valores de los demas umbrales. El umbral T2 es una funcion que vana a lo largo del tiempo dependiendo de la carga de pala media derivada y las desviaciones estandar. Nm(|im) es un numero, que puede establecerse como una constante predefinida tal como por ejemplo un factor entre 1 y 6, o 2 y 4, tal como 3), o puede determinarse alternativamente como un parametro que vana a lo largo del tiempo, de un sector a otro, y dependiendo de parametros de turbina eolica tales como por ejemplo la carga de pala

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media, la velocidad de rotacion, el angulo de paso de pala real, la velocidad del viento media o similares. De este modo el metodo de control puede ajustarse para ser mas o menos sensible dependiendo directamente de estas condiciones. El numero de desviaciones estandar usadas puede predeterminarse mediante el procesamiento posterior de simulaciones por ordenador sobre cargas de pala aceptables. El tercer umbral T3 se establece como un momento de flap de pala aceptable maximo que es una funcion de la carga de pala media tal como se halla de las simulaciones. Este umbral cubre especialmente situaciones a cargas de pala medias elevadas, en las que de lo contrario habna un riesgo aumentado de detectar un evento demasiado tarde. Por tanto, la funcion T3 puede elegirse como una funcion que disminuye lineal o exponencialmente en |im. Los umbrales T2 y T3 pueden mantenerse constantes a medida que la pala pasa a traves de un sector, y actualizarse cuando la pala sale del sector. Ademas, los umbrales pueden derivarse a partir de muestras de las palas de ataque solamente o pueden determinarse incluyendo las mediciones realizadas en la misma pala tambien. Ademas, puede establecerse un cuarto umbral T4 como un lfmite maximo por encima del cual se produce un evento de viento independientemente de la carga de pala media determinada de otro modo:

^4 — '^'^Flap,Alarma 1

El umbral resultante se aumenta desde tres umbrales diferentes como:

imagen7

O en caso del umbral superior absoluto mencionado anteriormente tambien se aplica:

Tm = min (7; max (7; min(r2 T3)J)

De este modo no se detecta ningun evento cuando |MFlap| ^ Tm que se somete a prueba de manera continua cuando una pala pasa a traves de un sector. La motivacion para los umbrales es hallar un equilibrio entre dos tipos de errores de deteccion; un tipo de error de falsa alarma en el que se detecta un evento sin que sea el caso y otro tipo de error en el que se pierde una deteccion de eventos. Asf los umbrales se establecen con el fin general de, por un lado, detectar un evento lo antes posible, mientras que por otro lado se detecta lo menos o lo mas tarde posible (preferiblemente nada) en el caso de que en realidad no tenga lugar ningun evento.

Se establecen valores y funciones de umbral similares para el detector de energfa cinetica 402, y la deteccion de un evento a partir de la energfa cinetica es identica al detector de momento de flap descrito anteriormente a excepcion de las senales de entrada.

Con el fin de reducir la influencia de falsas alarmas y reducir el tiempo de deteccion puede implantarse un esquema de reduccion de tiempo de deteccion de eventos. El concepto de esto se ilustra en la figura 5. La deteccion de eventos de viento se inicia en t1, donde la carga de pala medida MFlap supera el umbral T. Por la figura puede observarse que el detector de eventos indicara que el evento se ha detenido en t2 cuando el momento de flap de pala medido esta controlado MFlap < Mcontrol, tal como se determina mediante la disminucion de carga de pala o habiendo disminuido por un determinado factor de carga kmax dado por MFlap < Mcontrol = Max-kmax(Max-T), tal como se ilustra en la figura 5. De este modo la deteccion de viento se detiene antes. Alternativamente, la deteccion de viento puede detenerse cuando la carga de pala medida esta de nuevo por debajo del umbral.

Segun una realizacion adicional, la deteccion puede establecerse para iniciarse de nuevo en t3 si la pendiente del momento de flap cambia de negativa a positiva por una determinada cantidad de tiempo tal como se ilustra en la figura 5.

Ademas, si el detector de energfa cinetica solo detecta un evento mientras la energfa cinetica esta por encima del umbral de energfa cinetica, la carga de pala puede no estar todavfa controlada en todas las situaciones puesto que la derivada de la carga de pala puede disminuir antes de que la carga de pala haya alcanzado su maximo. Esto se ilustra en la figura 6. La curva superior ilustra una carga de pala medida MFlap 200, la curva central muestra la derivada correspondiente de la misma, es decir, la tasa de cambio de la carga de pala, 601, y la curva inferior ilustra la energfa cinetica correspondiente E 602 derivada de la misma, que es proporcional a la tasa de cambio de la carga de pala al cuadrado. Por tanto, puede implementarse un esquema de mantenimiento de deteccion de eventos 404 en el que se mantiene activa la etiqueta que indica un evento hasta que la tasa de cambio del momento de flap cambia de signo de positivo a negativo en el momento t2.

Cuando se detecta un evento en una pala en un sector dado, la pala puede detectar el evento al salir del/de los sector(es) en el/los que se produce el evento, por ejemplo si un evento cubre los sectores 2, 3, y 4 y se detecta en el sector 4. Por tanto, la pala retrasada podna beneficiarse de la informacion de evento de la pala de ataque. Este concepto de un esquema de reduccion de umbral de pala 406 puede implementarse tal como se ilustra en la figura 11.

Por la figura 7 puede observarse que cuando se detecta un evento 701 mediante la pala B, 102, el umbral T visto por

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la pala A se reduce 702 en un factor k hasta que la pala A alcanza la posicion de azimut en la que se detecto el evento por la pala B en primer lugar. Es dedr, la deteccion de un evento por la pala B aumenta la sensibilidad de deteccion para la pala A. Los umbrales de momento de flap y energfa cinetica pueden reducirse mediante este esquema de reduccion de umbral de pala o cualquiera de estos. El umbral T reducido resultante puede determinarse entonces como:

Tm = min (X; max (7i; k- min (T2; 1\)))

El factor k por el que se reducen los umbrales puede alcanzar un valor predefinido tal como en el intervalo de [0,850,98] o puede determinarse en funcion de por ejemplo el angulo azimut ^azi., y puede determinarse y ajustarse de manera fina a partir de simulaciones numericas.

La figura 8 ilustra como el paso de las palas individuales puede actualizarse segun el metodo de control propuesto. Una muestra de tiempo de cargas de pala medidas MFlap para la pala de rotor A se muestra en el sistema de coordenadas superior junto con los valores de los umbrales; el umbral mmimo absoluto Ti, el umbral maximo T3, y el umbral T2 que es una funcion de la carga de pala media y la desviacion estandar. El segundo conjunto de curvas de la parte superior muestran el paso de pala real 0 como se mide de manera continua para la pala A, 801, y la referencia de paso 0ref,A = 0col + A0, 802. Los segmentos de curva en el tercer sistema de coordenadas muestran en que sector de rotor esta la pala de rotor A, y las curvas inferiores ilustran las contribuciones de paso individual determinadas relacionadas con los sectores afectados 1 y 2 (811 y 812, respectivamente) que se anadiran al paso de pala de las palas que pasan a traves de estos sectores. Ventajosamente solo puede almacenarse para cada sector la contribucion de paso de evento requerida para mantener el momento de flap controlado.

Como se indica en la figura 8 se anade una etapa de contribucion de paso de evento de A0 a la referencia de paso colectivo cuando el evento se detecta en el momento t1. Cuando la carga vuelve a estar controlada (en el momento t2) la deteccion se detiene, y la contribucion de paso requerida se mantiene constante al valor de paso 0req hasta que la carga disminuye por debajo del umbral de momento de flap. Esta contribucion de paso requerida puede determinarse como la cantidad de contribucion de paso con la pala en el momento en el que la carga de pala esta controlada. Cuando la carga disminuye por debajo del umbral de momento de flap 803, la contribucion de paso puede disminuirse 804 por ejemplo exponencial o linealmente a lo largo del tiempo.

Con el fin de corregir la dinamica del sistema de regulacion de paso, puede implementarse una compensacion de retraso de sistema de regulacion de paso segun una realizacion de la invencion. El concepto de esto se ilustra en la figura 9. Este concepto es beneficioso para las palas retrasadas; es decir, si una pala A detecta un evento y almacena una contribucion de paso requerida para un determinado sector tal como el sector 3 tal como se ilustra en la figura, entonces la pala retrasada C podna iniciar ventajosamente su secuencia de paso antes de entrar en este sector 3. De este modo pueden reducirse algo las cargas extremas sucesivas. En la figura 9 se indica la compensacion de retraso de sistema de regulacion de paso mediante ipaso, que es un parametro que depende del sistema de actuacion de paso, orot es la velocidad de rotacion del rotor, y ycomp es el correspondiente angulo de compensacion.

La figura 10 muestra los resultados de una simulacion de prueba del metodo de control de paso segun una realizacion de la invencion. En la figura se muestra de arriba abajo la velocidad del viento entrante V, la etiqueta de evento para una de las palas (B en este caso) que indica que se detecta un evento en este sector en el momento t=52 s, y una variable que determina que sector contiene la pala B. Como puede observarse por esta curva, el evento se detecta cuando el sector numero 1 contiene la pala B y el evento se termina cuando la pala esta en el sector 2. Las dos curvas siguientes muestran la contribucion de paso resultante para las dos secciones de rotor afectadas 1 y 2 y la curva inferior muestra entonces la contribucion de paso de evento para la pala B afectada cuando en primer lugar pasa a traves de las secciones 1 y 2 en las que se detecta el evento, y entonces sucesivamente cuando la pala vuelve a las mismas secciones una revolucion mas tarde en el momento t= 56,6, sin embargo a un grado mucho menor.

La figura 11 ilustra la determinacion de una contribucion de paso de sector segun una realizacion de la invencion mediante el suavizado de contribuciones de paso de sectores adyacentes.

En general, los lfmites entre los diferentes sectores de rotor pueden ser o bien fijos o bien libres. Es decir, cuando una pala cambia de un sector a otro, la contribucion de paso de sector de rotor puede cambiar de cero a algun valor grande o a la inversa (tal como se ilustra mediante la curva 1102), lo que no siempre puede ser optimo en relacion con la reduccion de carga o carga del sistema de regulacion de paso.

Segun esta realizacion, las contribuciones de paso de sector de rotor se suavizan por los sectores con el fin de obtener una transferencia menos brusca del paso por los sectores. El suavizado de sector puede realizarse mediante por ejemplo interpolacion entre contribuciones de referencia de paso de sectores adyacentes. Esto se ilustra en la figura 11 con una interpolacion lineal entre los cuatro sectores utilizando el centro de los sectores como puntos de interpolacion dando como resultado la contribucion de paso que vana linealmente mostrada por la lmea gruesa 1100. El eje x es el angulo azimut de pala 9 y el eje y es la contribucion de paso de sector de rotor A0. La

interpolacion puede ser alternativamente de orden superior.

La contribucion de paso individual debera reducirse a cero de una manera inteligente cuando ha desaparecido el evento de viento. Como se menciono anteriormente esto puede realizarse de manera muy simple estableciendo la contribucion de referencia de paso para un sector dado en cero cuando la carga de pala esta por debajo del umbral 5 de carga de sector. Esto, sin embargo, puede provocar involuntariamente en algunas situaciones que la pala regule su paso entrando en la trayectoria del viento momentaneamente tras un evento.

En la figura 12 se ilustra un diagrama de bloques de un esquema de control segun una realizacion de la invencion en el que la contribucion de paso individual A9s(n) para un sector de rotor s en la etapa de tiempo n se actualiza y determina en funcion de la contribucion de paso para el mismo sector s pero para una etapa de tiempo anterior (n-1) 10 A9s(n) (n-1). Esta actualizacion o correccion de la referencia de paso se realiza comparando de manera continua los

datos de sensor de pala medidos tal como la carga de pala M con los datos de sensor de pala esperados basandose en informacion de la ultima pala en ese sector. En la figura esto se ilustra mediante comparacion de la carga de pala medida M con el umbral de carga de sector T. Se aplica un controlador P en el que la senal de error se define mediante la diferencia entre el umbral de carga de sector T y la carga de pala real M. La reduccion de la contribucion 15 de referencia de paso de sector se halla entonces multiplicando la senal de error por el factor de ganancia proporcional. Finalmente, se halla la contribucion de referencia de paso resultante restando la reduccion de contribucion de referencia de paso de sector de la contribucion de referencia de paso de sector actual. Alternativa o adicionalmente puede aplicarse un controlador PI o PID.

De este modo la tasa de reduccion de contribucion de referencia de paso de sector sera elevada si la diferencia 20 entre el umbral de carga de sector y la carga de pala real es grande y baja si la diferencia es baja. De este modo, puede obtenerse una reduccion mas gradual de la contribucion de paso de sector de pala basandose en las circunstancias ffsicas y reales.

Claims (22)

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   15
2. 2.

   20 3.
3. 4.

   25
4. 5.

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5. 6.

   35 7.
6. 8.

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7. 9.

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8. 10.

   50 11.

   REIVINDICACIONES

   Metodo de control de una turbina eolica que comprende palas unidas a un buje de rotor para la rotacion en un plano de rotor y un sistema de control para regular de manera individual el paso de las palas en relacion con el buje, comprendiendo el metodo las etapas de

   - dividir el plano de rotor (100) en un numero de sectores (101);

   - determinar los sectores individuales para cada pala (102) durante la rotacion por medio de un sensor de angulo azimut (104);

   - obtener datos de sensor desde un sensor de pala (200) sobre una pala individual al menos en parte durante un paso de un sector durante la rotacion,

   caracterizado por que el metodo comprende ademas:

   - comparar los datos obtenidos con datos que representan datos de sensor de pala sobre la misma u otra pala al menos en parte durante un paso anterior del mismo sector durante la rotacion, detectando de ese modo un evento (201) para sectores individuales del plano de rotor,

   - determinar una contribucion de paso individual (A9) para un sector dado solo cuando se detecta un evento en dicho sector, y

   - regular el paso de las palas segun la contribucion de paso individual para el sector dado al menos en parte durante el paso del sector.

   Metodo de control de una turbina eolica segun la reivindicacion 1, en el que los datos de sensor comprenden datos de carga de pala procedentes de un sensor de carga de pala (200).

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los datos de sensor comprenden datos de perdida aerodinamica de pala procedentes de un sensor de perdida aerodinamica de pala.

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la deteccion de eventos (201) comprende ademas la etapa de calcular para los sectores individuales del plano de rotor una desviacion con respecto a un estado de funcionamiento normal definido de los datos de sensor de pala obtenidos relacionados con los sectores individuales.

   Metodo de control de una turbina eolica segun la reivindicacion 4, en el que el calculo comprende la etapa de comparar un dato de sensor de pala instantaneo relacionado con un sector con un umbral de carga, siendo el umbral de carga una funcion de los datos de sensor de pala medios y un numero de desviaciones estandar.

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas la deteccion de la orientacion espacial de la turbina eolica y en el que la deteccion de eventos comprende la etapa de comparar datos de sensor de pala instantaneos relacionados con un sector con un umbral de carga, siendo el umbral de carga una funcion de la posicion espacial.

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que el metodo comprende ademas reducir el umbral de carga de un primer sector en un factor, cuando la carga de pala instantanea supera el umbral de carga en un segundo sector, estando el segundo sector alejado de dicho primer sector menos de un numero predefinido de sectores.

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la deteccion de eventos comprende la etapa de comparar un dato de sensor de pala instantaneo relacionado con un sector con un umbral de carga maximo que refleja un dato de sensor de pala aceptable como maximo predeterminado.

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 4-8, en el que el calculo comprende la etapa de comparar una energfa cinetica instantanea derivada de la carga de pala relacionada con un sector con un umbral de energfa cinetica, siendo el umbral de energfa cinetica una funcion de la energfa cinetica de pala media y un numero de desviaciones estandar.

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se regula el paso de la pala individual segun la contribucion de paso individual hasta que disminuye la carga de pala instantanea relacionada con dicho sector dado.

   Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 2-10, en el que se regula el paso de la pala individual segun la contribucion de paso individual hasta que la carga de pala instantanea

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   relacionada con dicho sector dado disminuye en un factor de carga en relacion con una carga de pala maxima obtenida tras la deteccion del evento.
9. 12. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la contribucion de paso individual es una funcion de la velocidad de rotacion del rotor.
10. 13. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la regulacion del paso de pala individual se inicia con una distancia de compensacion angular antes de que la pala entre en dicho sector dado.
11. 14. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la contribucion de paso individual se determina ademas en funcion de la posicion de la pala dentro del sector dado.
12. 15. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de control comprende memoria adaptada para datos relacionados con los datos de sensor de pala obtenidos, y en el que el metodo comprende determinar una contribucion de paso requerida de una pala retrasada a partir de datos procedentes de sensores sobre una pala de ataque.
13. 16. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la contribucion de paso individual se determina en funcion del gradiente de los datos de sensor de pala.
14. 17. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 5-16, en el que la contribucion de paso individual se ajusta en funcion de la diferencia entre el umbral de carga de sector y la carga de pala medida.
15. 18. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el plano de rotor se divide en sectores de 5-30 grados, tal como 5-20 grados tal como de aproximadamente 10 grados.
16. 19. Metodo de control de una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el plano de rotor se divide en sectores de igual tamano.
17. 20. Turbina eolica que comprende palas unidas a un buje de rotor para la rotacion en un plano de rotor, un sistema de regulacion de paso para regular el paso de las palas y un sistema de control para regular de manera individual el paso de las palas en relacion con el buje, en la que el sistema de control, para sectores individuales (101) del plano de rotor (100) determinados por medio de un sensor de angulo azimut (104), esta dispuesto para obtener datos de sensor de pala (200) relacionados con un sector y desde un sensor de pala sobre una pala individual (102) al menos en parte durante un paso del sector durante la rotacion, caracterizada por que el sistema de control esta dispuesto ademas para:

    - comparar los datos obtenidos con datos relacionados con el mismo sector y que representan datos de sensor de pala sobre la misma u otra pala al menos en parte durante un paso anterior del mismo sector durante la rotacion detectando (201) de ese modo un evento para sectores individuales del plano de rotor,

    - determinar una contribucion de paso individual (A9) para un sector dado solo cuando se detecta un evento en dicho sector, y

    - de manera individual regular el paso de las palas segun la contribucion de paso individual para el sector dado al menos en parte durante el paso de pala del sector.
18. 21. Turbina eolica segun la reivindicacion 20, en la que los datos de sensor comprenden datos de carga de pala procedentes de un sensor de carga de pala.
19. 22. Turbina eolica segun la reivindicacion 20, en la que el sistema de control esta configurado para realizar el metodo de control segun cualquiera de las reivindicaciones 1-19.
20. 23. Turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 20-22, en la que el sistema de control comprende memoria adaptada para datos procedentes de sensores de carga sobre una pala de ataque, pudiendo el sistema de control determinar una contribucion de paso requerida de una pala retrasada a partir de los datos en la memoria.
21. 24. Turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 20-23, en la que cada pala comprende un sensor de carga de pala colocado a la misma distancia respecto al buje.
22. 25. Turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 20-24, en la que una pala comprende un numero de sensores de pala colocados a diferentes distancias respecto al buje, definiendo de ese modo un numero de subsectores para cada sector individual del plano de rotor, y en la que el sistema de control para cada subsector individual puede detectar un evento obteniendo datos de carga de pala relacionados con dicho

    subsector.