ES2559636T3 - Procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador (10) a velocidad de viento nominal con los siguientes pasos: a. Determinación de un valor de flujo transversal (S) que representa la desviación (α) entre la dirección del viento y la dirección del eje del rotor de un aerogenerador (10); b. determinación de un valor de carga (B) determinado sobre la base de un aumento del número de revoluciones del rotor o que representa un estado de carga del aerogenerador (10) provocado por un flujo transversal; c. cálculo del valor de carga total (G) a partir del valor de carga (B) y del valor de flujo transversal (S), aprovechando una relación funcional conforme a la cual el valor de carga total (G) cambia de forma monótona en dependencia del valor de carga (B) y en dependencia del valor de flujo transversal (S); d. reducción del número de revoluciones del rotor (ω) del aerogenerador después de que el valor de carga total (G) haya rebasado un primer valor límite; e. desconexión del aerogenerador (10) cuando se cumple la condición del paso d) y cuando se rebasa directa o indirectamente un segundo valor límite que depende directa o indirectamente de la carga total del aerogenerador.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador
La invencion se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador. En el procedimiento se determina un valor de flujo transversal que representa la desviacion entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor del aerogenerador. Si el valor del flujo rebasa un valor lfmite preestablecido, se reduce el numero de revoluciones del rotor del aerogenerador. La invencion se refiere ademas a una instalacion para la puesta en practica del procedimiento. Esta instalacion comprende un aerogenerador y un instrumento para la medicion de la direccion del viento, previendose una unidad de control que reduce el numero de revoluciones del rotor del aerogenerador cuando el flujo transversal medido con ayuda de instrumento para la medicion de la direccion del viento rebasa un valor lfmite preestablecido.
Lo mejor para el funcionamiento de los aerogeneradores es que las condiciones de viento sean constantes y que el viento llegue al aerogenerador lo mas paralelo posible al eje del rotor. En la practica, estas condiciones ideales no se suelen dar con muchas frecuencia por lo que hay que manejar los cambios permanentes de las condiciones del viento. De acuerdo con las experiencias, una carga especialmente grande supone para los aerogeneradores que el viento incida en el aerogenerador en direccion diagonal. En este caso, durante cada vuelta y segun la posicion angular, las palas del rotor estan expuestas a distintas cargas. Esto causa vibraciones que se pueden transmitir desde las palas del rotor, a traves del eje del rotor, hasta los cimientos del aerogenerador.
Del documento DE 10 2006 034 106 A1 se conoce un procedimiento en el que se reduce el numero de revoluciones del rotor cuando el angulo del flujo transversal, es decir el angulo entre la direccion momentanea del viento y el eje del rotor, es demasiado grande. Es cierto que este procedimiento puede contribuir en principio a reducir la carga del aerogenerador. Sin embargo, debido al criterio muy simple del que depende la reduccion del numero de revoluciones, el numero de revoluciones del rotor se reduce muchas veces incluso en situaciones en las que el aerogenerador en realidad no esta expuesto a ninguna carga especial. Esto da lugar a perdidas de produccion innecesarias.
Partiendo del estado de la tecnica inicialmente mencionado, la invencion se basa en la tarea de presentar un procedimiento y una instalacion con los que la carga de los aerogeneradores causada por un flujo transversal se pueda reducir espedficamente. Esta tarea se resuelve gracias a las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Otras variantes de realizacion ventajosas son objeto de las subreivindicaciones.
De acuerdo con la invencion se determina en el procedimiento, ademas del valor de flujo transversal que representa la desviacion entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor del aerogenerador, un valor de carga que representa el estado de carga del aerogenerador. Por medio de la relacion funcional se calcula, a partir del valor de carga y del valor de flujo transversal, un valor de carga total. La relacion funcional consiste en que el valor de carga total vana de forma monotona en funcion del valor de carga y en funcion del valor de flujo transversal. El numero de revoluciones del rotor del aerogenerador se reduce despues de rebasar el valor de carga total un primer valor lfmite. El aerogenerador se desconecta cuando el valor de carga total esta por encima del primer valor lfmite superando ademas un segundo valor lfmite que depende de la carga total del aerogenerador. La reduccion del numero de revoluciones del rotor y la desconexion del aerogenerador se pueden producir de forma directa al rebasarse el primer y el segundo valor lfmite. Alternativamente se puede prever que el primer y el segundo valor lfmite se tengan que rebasar durante un espacio de tiempo previamente determinado antes de que se reduzca el numero de revoluciones o se desconecte el aerogenerador.
En primer lugar se van a explicar algunos conceptos. Se habla de un flujo transversal cuando la direccion del viento en direccion horizontal y/o vertical se desvfa de la direccion del eje del rotor. El valor de flujo transversal se basa en uno o varios valores de medicion de la direccion del viento. En el caso mas sencillo el valor de flujo transversal corresponde al angulo entre la direccion del viento medida momentaneamente y el eje del rotor. El valor de flujo transversal tambien se puede determinar sobre la base de una pluralidad de valores de medicion, por ejemplo mediante formacion de un valor medio local o transitorio. Se pueden prever promediaciones simples, promediaciones flotantes y promediaciones no lineales. En el caso de la promediacion no lineal los valores de medicion, que indican una fuerte desviacion entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor, se pueden incluir en la promediacion de forma sobreproporcional, por ejemplo de forma cuadrada, cubica o exponencial. En el valor de flujo transversal tambien se puede tener en cuenta la velocidad angular a la que cambia la direccion del viento. La manera de obtener el valor de medicion de la direccion del viento carece de importancia. El valor de medicion se puede basar en la posicion de una veleta.
Tambien es posible obtener informacion acerca de la direccion del viento de los valores de medicion de aerogeneradores cercanos. Otra posibilidad consiste en exponer al viento un elemento alargado dotado de cierta elasticidad y en medir la direccion en la que se dobla dicho elemento. La direccion del viento se puede determinar igualmente con ayuda de anemometros de ultrasonido.
La carga a la que esta sometido un aerogenerador se refleja en distintos valores que se pueden registrar en un aerogenerador. La carga de un aerogenerador aumenta, por ejemplo, con el incremento del numero de revoluciones del rotor o con el incremento de la potencia del generador. Una carga especial del aerogenerador tambien se puede
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expresar en el hecho de que los parametros de funcionamiento del aerogenerador superen los Smites previstos. La carga del aerogenerador se puede reflejar igualmente en una carga, solicitacion o deformacion de las palas del rotor, en una carga, solicitacion, deformacion o vibracion de los componentes del aerogenerador, en el angulo de paso de las palas del rotor o en la aceleracion de la cabeza de la torre. Tambien sena posible determinar indirectamente la carga de un aerogenerador, por ejemplo sacando conclusiones acerca de la carga del aerogenerador de la fuerza del viento. Sin embargo, en la practica resulta diffcil determinar la velocidad del viento con exactitud. El valor de carga a determinar segun la invencion se basa en valores de medicion que reproducen la carga del aerogenerador. El valor de carga puede incluir valores de medicion de uno o varios estados o caractensticas del aerogenerador.
La relacion funcional entre el valor de carga total, el valor de flujo transversal y el valor de carga se define como monotono si el valor de carga total esta sometido a una variacion en la misma direccion, si el valor de flujo transversal refleja un aumento del flujo transversal y si el valor de carga reproduce un aumento de la carga del aerogenerador. En el caso mas sencillo, el valor de flujo transversal y el valor de carga se definen de manera que adopten valores mas altos cuando aumenta el flujo transversal o la carga. La relacion funcional monotona puede ser de modo que el valor de carga total aumente, tanto con el incremento del valor de flujo transversal, como con el aumento del valor de carga, de manera que el aumento de la funcion sea siempre mayor que cero, en dependencia de las dos variables. Sin cambiar nada del efecto tecnico, la relacion funcional tambien puede ser de forma que el valor de carga total disminuya de manera monotona con el incremento del flujo transversal y de la carga. Sin cambiar el efecto tecnico tambien es posible definir el valor de flujo transversal y/o el valor de carga de modo que disminuya con el incremento del flujo transversal o de la carga del aerogenerador.
La expresion de “superando ademas un segundo valor lfmite que depende directa o indirectamente de la carga total del aerogenerador” se refiere exactamente a dos casos tecnicamente equivalentes. En el primero de los casos, el aerogenerador se desconecta despues de superar el valor de carga total un segundo valor lfmite, correspondiendo el segundo valor lfmite a una carga total mayor del aerogenerador que la del primer valor lfmite. En el segundo caso el aerogenerador se desconecta cuando el parametro del aerogenerador, variado como consecuencia de la reduccion del numero de revoluciones, rebasa un valor lfmite preestablecido. Si, despues de superar el primer valor lfmite, la carga total representada por el valor de carga total sigue aumentando, se adopta una medida para reducir la carga total. La reduccion del numero de revoluciones se puede producir proporcionalmente al valor de flujo transversal y/o proporcional al valor de carga y/o proporcional al valor de carga total. Esta medida provoca a su vez una variacion del parametro. Si el parametro rebasa un valor lfmite preestablecido, se desconecta la instalacion. Este criterio de desconexion solo se produce si el valor de carga total tiene a la vez un valor que se podna emplear como criterio de desconexion. Sin embargo, formalmente la desconexion no depende directamente del valor de carga total. Si se reduce el numero de revoluciones, por ejemplo como consecuencia de un incremento ulterior de la carga total mas alla del primer valor lfmite, se puede emplear como criterio de desconexion el hecho de no llegar a un lfmite mmimo del numero de revoluciones. Tambien se pueden considerar el hecho de no alcanzar un lfmite mmimo de potencia u otro aspecto similar.
En el procedimiento segun la invencion se combinan varios aspectos. Procediendo a la vista del valor de carga total, basado en el valor de flujo transversal y en el valor de carga, a una estimacion de la carga real a la que esta expuesto el aerogenerador, se decide sobre la reduccion del numero de revoluciones del rotor en dependencia de un criterio muy cercano que se debe influenciar, en concreto la carga total del aerogenerador. Al contrario que en el estado de la tecnica, la reduccion del numero de revoluciones no depende unicamente de un solo criterio, que ciertamente es un indicador de la carga total del aerogenerador, pero que con frecuencia incluso da lugar a una reduccion del numero de revoluciones del rotor cuando la carga total del aerogenerador se encuentra todavfa dentro de una gama aceptable. Por lo tanto, el procedimiento segun la invencion permite emplear la medida de la reduccion del numero de revoluciones del rotor de forma mas acertada que la que permitia el estado de la tecnica.
La invencion ha reconocido ademas que, debido al flujo transversal, se pueden producir puntas de carga en el aerogenerador que pueden tener una influencia extraordinariamente negativa en la vida util del aerogenerador y en sus componentes. Las puntas de carga se producen, por ejemplo, cuando el aerogenerador funciona a potencia nominal o justo por debajo de la potencia nominal y cuando el viento cambia de repente a otra direccion de manera que incida en el rotor en un angulo inferior a los 45°, por ejemplo. La situacion es especialmente cntica si el cambio de direccion del viento va acompanado por un aumento de la velocidad del viento (rafaga). Una situacion como esta supone una carga tan fuerte para el aerogenerador que ni siquiera se puede aceptar por poco tiempo. Por medio de la carga total determinada segun la invencion del aerogenerador se pueden reconocer estas puntas de carga y se puede desconectar el aerogenerador. Bien es cierto que asf se produce tambien una perdida de produccion, pero la perdida causada por este motivo es pequena en comparacion con la que se hubiera producido como consecuencia de una vida util mas corta del aerogenerador. Tambien en esta situacion se puede reaccionar de forma mas acertada a los flujos transversales que de acuerdo con el estado de la tecnica.
En el estado de la tecnica ya se ha propuesto desconectar un aerogenerador en caso de fuertes flujos transversales (US 2006/0002791 A1). Sin embargo, el documento US 2006/000279 A1 nada tiene que ver con el objetivo de la invencion de reaccionar de forma acertada a los flujos transversales, puesto que carece de la idea de reaccionar de manera distinta a situaciones de carga diferentes.
La invencion permite en especial registrar con toda precision la carga total de un aerogenerador en la gama especialmente cntica de la velocidad nominal del viento, es decir de la velocidad del viento a la que el
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aerogenerador alcanza justo la potencia nominal, y emplear el aerogenerador en caso de fuerte flujo transversal, de modo que se eviten de forma segura cargas inadmisibles maximizando a la vez la produccion de ene^a, es decir. especialmente en la gama de velocidad nominal del viento el aerogenerador puede funcionar justo en sus lfmites de carga admisibles. Esto no era posible con los procedimientos conocidos hasta ahora.
En un caso sencillo del procedimiento segun la invencion el valor de carga se pone igual a 0, cuando el valor de medicion (por ejemplo el numero de revoluciones del rotor), en el que se basa el valor de carga, esta por debajo de un valor preestablecido (por ejemplo la mitad del numero de revoluciones nominal) y se pone igual a 1, cuando el valor de medicion supera el valor preestablecido. Por consiguiente, el valor de flujo transversal es igual a 0 cuando el valor de medicion que sirve de base (por ejemplo el angulo entre la direccion momentanea del viento y el eje del rotor) se encuentra por debajo de un primer valor preestablecido (por ejemplo 30°), siendo igual a 1 cuando el valor de medicion supera el primer valor preestablecido e igual a 2 cuando el valor de medicion supera un segundo valor preestablecido (por ejemplo 45°). El valor de carga total se puede calcular despues por multiplicacion del valor de carga por el valor de flujo transversal, y el numero de revoluciones se reduce si el valor de carga total es mayor o igual a 1, desconectandose el aerogenerador cuando el valor de carga total es mayor o igual a 2. Los valores 0, 1, 2 sirven unicamente a modo de ilustracion, consiguiendose el mismo efecto tecnico con otros numeros que incluso pueden presentar otras proporciones. En esta variante de realizacion, el efecto tecnico del procedimiento segun la invencion es comparable a un procedimiento en el que se combinan entre sf diferentes consultas logicas. Una reivindicacion independiente propia pone de manifiesto que el objeto de proteccion comprende tambien esta variante de realizacion.
El valor de flujo transversal se puede determinar alternativamente sobre la base de varias magnitudes representativas de la direccion del viento. Una primera magnitud (por ejemplo notificacion normal de valores de medicion de la direccion del viento) es caractenstica de los estados de carga que se pueden contrarrestar con una reduccion del numero de revoluciones del rotor. Una segunda magnitud (por ejemplo notificacion cuadrada de los valores de medicion de la direccion del viento) es caractenstica de los estados de carga en los que conviene desconectar el aerogenerador. El valor de flujo transversal se pone igual a 1 cuando la primera magnitud supera el primer valor lfmite preestablecido, e igual a 2 cuando la segunda magnitud rebasa un segundo valor lfmite preestablecido. No es necesario que el segundo valor lfmite preestablecido sea mayor que el primer valor lfmite preestablecido. El segundo valor lfmite preestablecido tambien puede ser mas pequeno o igual al primer valor lfmite preestablecido. En su efecto tecnico, este procedimiento tambien es similar a una combinacion de varias consultas logicas. Por medio de una reivindicacion independiente propia se pone de manifiesto que esta variante de realizacion esta incluida en el objeto de proteccion.
Las ventajas del procedimiento segun la invencion se acentuan todavfa mas cuando el valor de flujo transversal y el valor de carga no solo representan la superacion de algunos valores lfmite, sino cuando se determinan de modo que su valor resulte tanto mas alto cuanto mas alta sea la respectiva contribucion a la carga total del aerogenerador. El valor de carga total proporciona en este caso una imagen mas exacta de la carga total a la que esta sometido el aerogenerador.
Si el valor de carga se determina, por ejemplo, sobre la base del numero de revoluciones del rotor o de la potencia del generador, el valor de carga constituye unicamente un indicador general de la carga basica del aerogenerador. Si la carga basica es elevada y si de su valor de flujo transversal resulta adicionalmente que el viento incide de forma oblicua en el aerogenerador, el aerogenerador esta expuesto a una carga total que hace necesaria una reduccion del numero de revoluciones del rotor o una desconexion del aerogenerador. Si el procedimiento segun la invencion se pone en practica de esta manera, se depende de que el valor del flujo transversal sea un indicador exacto de que el viento llegue realmente de forma oblicua al aerogenerador. Sin embargo, se ha podido comprobar que en muchos casos no es ast Si la direccion del viento se mide con una veleta montada en el aerogenerador, los remolinos de aire pequenos y localmente limitados pueden dar lugar a que la veleta indique angulos de flujo transversal grandes. Si el valor de flujo transversal se basa en los valores de medicion de la direccion del viento de la veleta, indica en una situacion como esta un flujo transversal fuerte a pesar de que el rotor, en su conjunto, no esta expuesto a ningun flujo transversal. El valor de carga total es entonces tan grande que se reduce el numero de revoluciones del rotor o se desconecta el aerogenerador a pesar de que, en realidad, el aerogenerador solo esta expuesto a la carga basica. Esto provoca perdidas de produccion innecesarias.
La capacidad representativa del valor de carga total se puede perfeccionar determinando el valor de carga de manera que al mismo tiempo sea indicador de la exposicion del aerogenerador a un flujo transversal. Este proposito se consigue, por ejemplo, determinando el valor de carga por medio de una solicitacion de los componentes del aerogenerador. El concepto de solicitacion define una dilatacion, tension o deformacion en el material provocada por una fuerza que actua sobre el material desde fuera. La solicitacion puede ser cfclica y manifestarse en forma de vibracion. En verdad, las solicitaciones de los componentes de un aerogenerador tambien pueden tener otras causas, pero se ha podido observar que las solicitaciones se producen con frecuencia en relacion con un flujo transversal. Cuando tanto el valor de carga basado en una solicitacion, como el valor de flujo transversal son elevados, el valor de carga total resultante de los mismos es un importante indicador de que el aerogenerador realmente esta expuesto a una fuerte carga total debido al flujo transversal.
Hay solicitaciones que se pueden producir con una probabilidad especialmente alta en relacion con un flujo transversal. Se trata, por ejemplo, de solicitaciones en las que las palas del rotor se curvan durante un giro en
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determinadas posiciones angulares mas que en otras posiciones angulares. La curvatura se puede medir, por ejemplo, por medio de calibres extensometricos y el valor de carga se puede determinar a partir de los valores de medicion de los calibres extensometricos.
Cuando el valor de carga total refleja una situacion en la que el aerogenerador esta expuesto a una fuerte carga total por flujo transversal y en la que, al mismo tiempo, las palas del rotor se doblan en determinadas posiciones angulares mas que en otras posiciones angulares, es posible reducir la carga total del aerogenerador mediante ajustes dclicos. En los ajustes, las palas del rotor se ajustan periodicamente para reducir la carga, correspondiendo el penodo de ajuste al numero de revoluciones del rotor.
Otra contribucion a la reduccion de la carga del aerogenerador se puede hacer mediante una nueva orientacion del aerogenerador de manera que se reduzca la diferencia entre la direccion del viento y el eje del rotor. Si el aerogenerador se ha apagado despues de haber rebasado el valor de carga total el segundo valor lfmite, conviene iniciar la reorientacion inmediatamente despues de la desconexion. Si solamente se ha reducido el numero de revoluciones del rotor, se puede esperar durante un breve espacio de tiempo a que el viento vuelva a su direccion antes de reorientar el aerogenerador. Alternativamente se puede comenzar con la reorientacion de forma inmediata cuando el valor de carga total rebasa el primer valor lfmite. Incluso sin haberse rebasado un valor lfmite se puede decidir sobre la reorientacion del aerogenerador.
El aerogenerador esta expuesto a una carga especial cuando cambia la direccion del viento, aumentando al mismo tiempo su fuerza. Dado que un aumento de la fuerza del viento provoca a corto plazo un aumento del numero de revoluciones del rotor, esto se puede tener en cuenta determinando el valor de carga sobre la base de un incremento del numero de revoluciones. Si el sistema de control mantiene el numero de revoluciones a potencia nominal constante, el valor de carga se puede determinar, por ejemplo, sobre la base de un incremento del par de giro o de otra solicitacion.
Cuando el valor de carga total rebasa el primer valor lfmite, la reaccion prevista por el procedimiento segun la invencion puede consistir en que el numero de revoluciones del rotor se reduzca en un porcentaje fijo. El numero de revoluciones del rotor se puede reducir, por ejemplo, del 100% del numero de revoluciones nominal al 90% del numero de revoluciones nominal. Alternativamente, el numero de revoluciones se puede reducir de forma continua o en varias fases, de modo que cuanto mas rebasa el valor de carga total el primer valor lfmite, tanto mas se reduce por debajo del numero de revoluciones nominal. Si despues se supera tambien el segundo valor lfmite, se puede disparar una alarma de desconexion directa que provoca la desconexion del aerogenerador. Tambien es posible reducir el numero de revoluciones de modo que quede por debajo de un lfmite mmimo de revoluciones cuando el valor de carga total rebasa el segundo valor lfmite. Al pasar a un valor por debajo del lfmite mmimo de revoluciones, el aerogenerador se desconecta. Por consiguiente, el hecho de no alcanzar el lfmite del numero de revoluciones es una senal de desconexion vinculada indirectamente al segundo valor lfmite.
Ademas del numero de revoluciones se puede reducir la potencia del generador cuando el valor de carga total rebasa el primer valor lfmite. Se considera una reduccion en un porcentaje fijo, por ejemplo del 100% de la potencia nominal al 85% de la potencia nominal. Alternativamente, el numero de revoluciones se puede reducir de forma continua o en varias fases, respectivamente en funcion de la superacion del primer valor lfmite por parte del valor de carga total. Para evitar cambios bruscos en el funcionamiento del aerogenerador, la reduccion del numero de revoluciones o de la potencia se produce preferiblemente por reducciones del valor teorico en forma de rampa, es decir, reduciendo el valor teorico de revoluciones del l00% al 90% u 80% a traves de un tiempo de rampa determinado, por ejemplo de 5 s.
Para que la perdida de produccion sea lo mas reducida posible se pretende que los espacios de tiempo en los que el aerogenerador funciona a un numero de revoluciones reducido sean lo mas cortos posible. Sena posible volver a aumentar el numero de revoluciones del rotor inmediatamente despues de que el valor de carga total descienda por debajo del primer valor lfmite. Sin embargo, en caso de vientos irregulares esto podna dar lugar a que el numero de revoluciones del rotor suba y baje permanentemente. Con preferencia, la reduccion del numero de revoluciones solo se anula cuando el valor de carga total se mantiene por debajo del primer valor lfmite durante un tiempo preestablecido, especialmente de 20 segundos, preferiblemente de 10 segundos y con especial preferencia de 5 segundos. Alternativamente la reduccion del numero de revoluciones tambien se puede anular cuando el valor de carga total desciende en un porcentaje determinado por debajo del primer valor lfmite (histeresis). Si el viento sopla de manera muy irregular puede que sea preferible que el aerogenerador funcione durante un espacio de tiempo mas prolongado a un numero de revoluciones del rotor reducido. Esto se puede conseguir, por ejemplo, anulando durante un espacio de tiempo determinado solo cierto numero de reducciones del numero de revoluciones, por ejemplo un maximo de 10 reducciones del numero de revoluciones en 120 minutos, manteniendo el aerogenerador por lo demas durante otros 120 minutos con la reduccion del numero de revoluciones.
La instalacion segun la invencion comprende una primera unidad de valoracion para la determinacion de un valor de flujo transversal a partir de valores de medicion del instrumento para la medicion de la direccion del viento y una segunda unidad de valoracion para la determinacion de un valor de carga a partir de valores de medicion del sensor de carga. Se preve ademas un modulo de calculo que calcula un valor de carga total a partir del valor de carga y del valor de flujo transversal. El modulo de calculo aprovecha una relacion funcional conforme a la cual el valor de carga total (G) vana de forma monotona en dependencia del valor de carga (B) y en dependencia del valor de flujo transversal (S). La instalacion comprende finalmente una unidad de control que reduce el numero de revoluciones
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del rotor del aerogenerador cuando el valor de carga total desciende por debajo de un primer valor Ifmite, y que desconecta el aerogenerador al rebasarse adicionalmente un segundo valor Kmite dependiente de la carga total.
El sensor de carga puede ser un sensor para el numero de revoluciones del rotor o un sensor para la potencia del generador. El sensor de carga tambien puede ser un sensor para la carga, solicitacion y/o curvatura de las palas del rotor, un sensor para las aceleraciones o un sensor para vibraciones. El sensor de carga tambien puede ser un sensor para la carga, solicitacion o deformacion de la torre, del arbol del rotor, de las palas del rotor o de otros componentes del aerogenerador.
El instrumento para la medicion de la direccion del viento puede ser una veleta o un anemometro de ultrasonido montado en el aerogenerador o en otro lugar. En especial, los valores de medicion de la direccion del viento pueden proceder de otros aerogeneradores. Preferiblemente, el otro aerogenerador se encuentra, visto en direccion del viento, por delante del aerogenerador de la instalacion segun la invencion. Los instrumentos para la medicion de la direccion del viento se pueden disenar de modo que, ademas de la direccion horizontal del viento, puedan determinar tambien la direccion vertical del viento, por ejemplo mediante una veleta con eje de giro horizontal dispuesta lateralmente en la gondola.
La unidad de control se puede concebir de modo que reduzca directamente el numero de revoluciones o desconecte la instalacion al rebasarse el primer y el segundo valor lfmite. Alternativamente la unidad de control se puede disenar de manera que en primer lugar se espere durante un espacio de tiempo preestablecido. Para la medicion del espacio de tiempo se puede prever un contador convencional o un Up-/Down-Counter.
A continuacion, la invencion se describe a modo de ejemplo a la vista de variantes de realizacion ventajosas y con referencia a los dibujos adjuntos. Asf muestra la
Figura 1 una instalacion segun la invencion;
Figura 2 una representacion esquematica de elementos del aerogenerador de la figura 1; y
Figuras 3 - 5 ejemplos para la determinacion de valores de flujo transversal y valores de carga.
Un aerogenerador 10 de la figura 1 comprende una gondola 12 dispuesta en una torre 11 con un rotor 13. El rotor 13 comprende tres palas de rotor 14 cuyo paso se puede ajustar para regular el numero de revoluciones del rotor 13. En la gondola 12 se han montado un instrumento para la medicion de la direccion del viento en forma de veleta 15 asf como, en su caso, un instrumento para la medicion de la fuerza del viento no representado en forma de anemometro.
Delante del aerogenerador 10 se ha levantado un poste 16 en cuya punta se han dispuesto otra veleta 17 asf como un instrumento para la medicion de la fuerza del viento 18. Los valores de medicion del instrumento para la medicion de la direccion del viento 17 y del instrumento para la medicion de la fuerza del viento 18 se registran y se transmiten, a traves de un cable 19, al aerogenerador 10. Como alternativa al poste de medicion tambien se pueden emplear equipos apoyados en el suelo capaces de medir la velocidad del viento a la altura del cubo (por ejemplo Lidar o Sodar).
De acuerdo con la figura 2, en el aerogenerador 10 se dispone una unidad de valoracion 20 que determina un valor de flujo transversal a partir de los valores de medicion de las veletas 15 y 17. La unidad de valoracion 20 determina en primer lugar un valor medio entre los valores de medicion de la direccion del viento de las veleta 15 y de la veleta 17, asignando al valor medio asf obtenido un valor de flujo transversal S.
El aerogenerador 10 comprende ademas dos sensores de carga 21, 22 que registran valores de medicion de la carga momentanea del aerogenerador 10. El sensor de carga 21 puede ser, por ejemplo, un sensor para el numero de revoluciones del rotor y el sensor de carga 22 un sensor para la curvatura de las palas del rotor 14. Los valores de medicion de los sensores de carga 21, 22 se transmiten a una segunda unidad de valoracion 23. La unidad de valoracion 23 junta los valores de medicion de los sensores de carga 21,22 y les asigna un valor de carga B.
El valor de flujo transversal S determinado en la unidad de valoracion 20 y el valor de carga B determinado en la unidad de valoracion 23 se conducen a un modulo de calculo 24. El modulo de calculo 24 calcula, a partir del valor de flujo transversal S y del valor de carga B, por medio de una relacion funcional, un valor de carga total G. La relacion funcional es en este caso una multiplicacion de modo que el valor de carga total G es igual al producto del valor de flujo transversal S y del valor de carga B.
El valor de carga total G se transmite a la unidad de control 25 del aerogenerador 10. La unidad de control 25 comprende un contador 26 y un modulo de comparacion 27. En el modulo de comparacion 27 el valor de carga total G se compara permanentemente con un primer valor lfmite preestablecido y con un segundo valor lfmite preestablecido. El contador 26 determina el tiempo durante el cual el valor de carga total G esta por encima del primer valor lfmite o por encima del segundo valor lfmite.
La instalacion descrita se puede emplear, por ejemplo, para determinar el valor de flujo transversal S y el valor de carga B de manera que el valor de carga total G sea mayor que el primer valor lfmite cuando el aerogenerador funciona a un numero de revoluciones nominal y cuando el viento incide en el rotor 13 bajo un angulo a de mas de 30°. Si en la unidad de control 25 se comprueba que esta situacion se produce durante mas de 15 segundos, la unidad de control 25 reduce el numero de revoluciones del aerogenerador al 90% del numero de revoluciones
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nominal. El valor de carga total G rebasa el segundo valor Ifmite preestablecido cuando el aerogenerador 10 funciona al numero de revoluciones nominal y el viento incide en el rotor 13 bajo un angulo a de mas de 60°. Si en la unidad de control 25 se comprueba que esta situacion se produce durante mas de 2 segundos, la unidad de control 25 da la orden de desconectar el aerogenerador.
Alternativamente el valor de carga total G se puede determinar de manera que se supere el primer valor lfmite cuando el angulo de flujo transversal a es mayor que 30° y cuando el sensor de carga 21 avisa del aumento del numero de revoluciones del rotor durante un espacio de tiempo de mas de 3 segundos. Esto provoca en la unidad de control 25 a su vez la orden de reducir el numero de revoluciones del rotor al 90% del numero de revoluciones nominal. Cuando el aerogenerador se adapta al nuevo numero de revoluciones del rotor, se inicia el proceso de seguimiento del viento, es decir, el aerogenerador 10 se orienta hacia la nueva direccion del viento.
Si el contador 26 de la unidad de control 25 determina finalmente que el valor de carga total G se vuelve a mantener durante 5 segundos por debajo del primer valor lfmite, la unidad de control 25 da la orden de aumentar nuevamente el numero de revoluciones del rotor hasta el numero de revoluciones nominal.
Las figuras 3 a 5 ilustran otras variantes de realizacion del procedimiento segun la invencion. En la figura 3, la unidad de valoracion 20 se ha concebido de manera que asigne al valor de flujo transversal S (a), con un angulo de flujo transversal a entre 0° y 30°, el valor 0, con un angulo de flujo transversal a entre 30° y 45°, el valor 1 y con un angulo de flujo transversal a de mas de 45°, el valor 2. En la unidad de valoracion 23 se asigna al valor de carga B (w) el valor 0, cuando el numero de revoluciones del rotor w esta por debajo de la mitad del numero de revoluciones nominal wNenn, y el valor 1, cuando el numero de revoluciones del rotor w esta por encima de la mitad del numero de revoluciones nominal wNenn. En lugar de la mitad del numero de revoluciones nominal wNenn, tambien se pueden emplear con buenos resultados lfmites del 80% o 90% del numero de revoluciones nominal. El valor de carga total G (B, S) se calcula como producto del valor de carga B (w) y del valor de flujo transversal S (a). El primer valor lfmite tiene el valor 1, el segundo valor lfmite tiene el valor 2. El numero de revoluciones del rotor se reduce cuando el valor de carga total G (B, S) es mayor o igual a 1, desconectandose el aerogenerador 10 cuando el valor de carga total G (B, S) es mayor o igual a 2.
En la variante de realizacion de la figura 4 el valor de carga B (p) se determina en funcion de la potencia del generador p, siendo el valor de carga B (p) por debajo de la mitad de la potencia nominal pNenn igual a 0 y por encima de la mitad de la potencia nominal pNenn igual a 1. El valor de flujo transversal S (a) tiene, con a entre 40° y 60°, el valor de 1 y con a mayor que 60°, el valor de 2. El primer valor lfmite tiene el valor 1 y el segundo valor lfmite tiene el valor 2. En lugar de la mitad de la potencia nominal tambien se pueden emplear con buenos resultados lfmites del 65% y 80% de la potencia nominal.
En la figura 5 existe una relacion proporcional entre el valor de flujo transversal S (a) y el angulo de flujo transversal a. El valor de carga B (w) tiene el valor 0 cuando el numero de revoluciones del rotor w esta por debajo de la mitad del numero de revoluciones nominal WNenn. Entre la mitad del numero de revoluciones nominal WNenn y el numero de revoluciones nominal WNenn el valor de carga B (w) aumenta proporcionalmente con el numero de revoluciones del rotor w. Por encima del numero de revoluciones nominal wNenn, el valor de carga B (w) tiene el valor 4. El valor de carga total G (B, S) se calcula a su vez como producto del valor de flujo transversal S (a) y del valor de carga B (w). El primer valor lfmite tiene el valor 4, el segundo valor lfmite tiene el valor 6.
El primer valor lfmite se rebasa, por ejemplo, cuando el aerogenerador 10 funciona por encima del numero de revoluciones nominal (B (w) = 4) y el angulo de flujo transversal a esta justo por debajo de 30° (S (a) = 1). El primer valor lfmite tambien se supera cuando el aerogenerador 10 funciona al 90% del numero de revoluciones nominal wNenn (B (w) = 2) y el angulo de flujo transversal a es de unos 35° (S (a) = 2). El segundo valor lfmite se rebasa, por ejemplo, al 90% del numero de revoluciones nominal (B (w) = 2) y con un angulo de flujo transversal a es de 45° (S (a) = 3).
Para mayor claridad se eligieron aqrn los ejemplos sencillos en los que el valor de carga B depende unicamente del numero de revoluciones del rotor o de la potencia del generador. En otras variantes de realizacion el valor de carga B depende de valores de medicion que a su vez pueden ser un indicador para el flujo transversal. Los valores de medicion se refieren en este caso, por ejemplo, a vibraciones del aerogenerador 10, solicitaciones de los componentes del aerogenerador 10 o a la curvatura o solicitacion de las palas del rotor 14.
En otras variantes de realizacion el valor de carga se determina a traves de una combinacion de varios valores de medicion, por ejemplo tambien en forma de enlaces logicos UND o ODER de varias consultas de valores lfmite por medio de funciones matematicas complejas con varios parametros que reflejan las condiciones ffsicas de la carga en su conjunto como modelo matematico. Los modelos matematicos fundamentales para cargas totales se conocen en el estado de la tecnica y se han publicado, por ejemplo, en forma de programas de simulacion comerciales. Magnitudes de medicion preferidas son aqrn especialmente, ademas de las magnitudes de medicion antes citadas para las cargas, los parametros de funcionamiento como la potencia, el numero de revoluciones, el par de giro, el angulo de las palas, la actividad de ajuste (actividad del sistema de regulacion de las palas registrable, por ejemplo, a traves de la desviacion estandar del angulo de las palas) asf como los parametros ambientales como velocidad del viento, direccion del viento, intensidad de turbulencias, gradientes del viento, densidad del aire, temperatura. Una variante de realizacion especialmente sencilla de una combinacion de este tipo preve, por ejemplo, que se reduzca el numero de revoluciones del rotor cuando el numero de revoluciones del rotor es superior al 80%, en especial al
90%, del numero de revoluciones nominal y/o cuando la potencia supone mas del 65%, en especial del 80%, de la potencia nominal y si adicionalmente se rebasa un valor lfmite de flujo transversal.

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador (10) a velocidad de viento nominal con los siguientes pasos:
    a. Determinacion de un valor de flujo transversal (S) que representa la desviacion (a) entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor de un aerogenerador (10);
    b. determinacion de un valor de carga (B) determinado sobre la base de un aumento del numero de revoluciones del rotor o que representa un estado de carga del aerogenerador (10) provocado por un flujo transversal;
    c. calculo del valor de carga total (G) a partir del valor de carga (B) y del valor de flujo transversal (S), aprovechando una relacion funcional conforme a la cual el valor de carga total (G) cambia de forma monotona en dependencia del valor de carga (B) y en dependencia del valor de flujo transversal (S);
    d. reduccion del numero de revoluciones del rotor (w) del aerogenerador despues de que el valor de carga total (G) haya rebasado un primer valor lfmite;
    e. desconexion del aerogenerador (10) cuando se cumple la condicion del paso d) y cuando se rebasa directa o indirectamente un segundo valor lfmite que depende directa o indirectamente de la carga total del aerogenerador.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el aerogenerador se desconecta en el paso e) despues de rebasar el valor de carga total (G) un segundo valor lfmite, correspondiendo el segundo valor lfmite a una carga total mayor del aerogenerador que la del primer valor lfmite.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el aerogenerador se desconecta en el paso e) despues de haber rebasado un parametro del aerogenerador cambiado como consecuencia de la reduccion del numero de revoluciones del paso d) un valor lfmite preestablecido.
  4. 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el valor de carga (B) se determina
    sobre la base del numero de revoluciones del rotor (w) y/o de la potencia del generador (p).
  5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el valor de carga (B) se determina
    sobre la base de un valor de medicion que cambia cuando el aerogenerador (10) esta expuesto a un flujo
    transversal, refiriendose especialmente el valor de medicion a una solicitacion de un componente del aerogenerador (10), en especial tambien de las palas del rotor del aerogenerador (10).
  6. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que las palas del rotor (14) se ajustan periodicamente para reducir la carga, correspondiendo el penodo de ajuste al numero de revoluciones (w) del rotor (13).
  7. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el aerogenerador (10) se vuelve a orientar para reducir la diferencia entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor cuando el valor de carga total (G) esta por encima del segundo valor lfmite y/o del primer valor lfmite.
  8. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el numero de revoluciones del rotor (w) se reduce en el paso d) tanto mas cuanto mas supera el valor de carga total (G) el primer valor lfmite.
  9. 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el paso d) reduce la potencia del generador (p).
  10. 10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que la reduccion del numero de revoluciones llevada a cabo en el paso d) se puede anular cuando el valor de carga total (G) se mantiene, durante un espacio de tiempo preestablecido, especialmente de 20 s, preferiblemente de 10 s, con especial preferencia de 5 s, por debajo del primer valor lfmite.
  11. 11. Procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador (10) a velocidad de viento nominal con los siguientes pasos:
    a. Determinacion de un valor de flujo transversal (S) que representa la desviacion (a) entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor de un aerogenerador (10);
    b. determinacion de un valor de carga (B) determinado sobre la base de un aumento del numero de revoluciones del rotor o que representa un estado de carga del aerogenerador (10) provocado por un flujo transversal;
    c. comparacion del valor de flujo transversal (S) con un primer valor lfmite preestablecido y con un segundo valor lfmite preestablecido:
    d. comparacion del valor de carga (B) con un valor preestablecido;
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    e. reduccion del numero de revoluciones del rotor (w ) del aerogenerador (10) cuando el valor de carga (B) es mayor que el valor preestablecido y cuando el valor de flujo transversal (S) es mayor que el primer valor lfmite preestablecido;
    f. desconexion del aerogenerador (10) cuando el valor de carga (B) es mayor que el valor preestablecido y cuando el valor de flujo transversal (S) es mayor que el segundo valor lfmite preestablecido.
  12. 12. Procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador (10) a velocidad de viento nominal con los siguientes pasos:
    a. Determinacion de un primer y de un segundo valor de flujo transversal (S) que representa la desviacion (a) entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor de un aerogenerador (10);
    b. determinacion de un valor de carga (B) determinado sobre la base de un aumento del numero de revoluciones del rotor o que representa un estado de carga del aerogenerador (10) provocado por un flujo transversal;
    c. comparacion del primer valor de flujo transversal (S) con un primer valor lfmite preestablecido y comparacion del segundo valor de flujo transversal (S) con un segundo valor lfmite preestablecido:
    d. comparacion del valor de carga (B) con un valor preestablecido;
    e. reduccion del numero de revoluciones del rotor (w ) del aerogenerador (10) cuando el valor de carga (B) es mayor que el valor preestablecido y cuando el primer valor de flujo transversal (S) es mayor que el primer valor lfmite preestablecido;
    f. desconexion del aerogenerador (10) cuando el valor de carga (B) es mayor que el valor preestablecido y cuando el segundo valor de flujo transversal (S) es mayor que el segundo valor lfmite preestablecido.
  13. 13. Instalacion de un aerogenerador (10) y de un instrumento para la medicion de la direccion del viento (15, 17), presentando el aerogenerador (10) un sensor de carga (21,22), que comprende:
    a. una primera unidad de valoracion (20) para la determinacion de un valor de flujo transversal que representa la desviacion entre la direccion del viento y la direccion del eje del rotor del aerogenerador (10) a partir de valores de medicion del instrumento para la medicion de la direccion del viento (15, 17), determinandose el valor de flujo transversal (S) en la gama de la velocidad de viento nominal;
    b. una segunda unidad de valoracion (23) para la determinacion de un valor de carga (B) que representa el estado de carga del aerogenerador (10) a velocidad de viento nominal a partir de valores de medicion del sensor de carga (21,22), determinandose el valor de carga (B) sobre la base de un aumento del numero de revoluciones del rotor o representando el valor de carga (B) un estado de carga del aerogenerador (10) provocado por un flujo transversal;
    c. un modulo de calculo (24) para el calculo de un valor de carga total (G) a partir del valor de carga (B) y del valor de flujo transversal (S), aprovechando el modulo de calculo (24) una relacion funcional segun la cual el valor de carga total (G) cambia de forma monotona en dependencia del valor de carga (B) y en dependencia del valor de flujo transversal (S);
    d. una unidad de control (25) que reduce el numero de revoluciones del rotor (w) del aerogenerador (10) cuando el valor de carga total (G) supera un primer valor lfmite y que desconecta el aerogenerador (10) si se rebasa adicionalmente un segundo valor lfmite que depende directa o indirectamente de la carga total.
  14. 14. Instalacion segun la reivindicacion 14, caracterizada por que comprende una pluralidad de instrumentos para la medicion de la direccion del viento (15, 17) y por que la primera unidad de valoracion (20) saca el promedio entre los valores de medicion de la pluralidad de instrumentos para la medicion de la direccion del viento (15, 17).
  15. 15. Instalacion segun la reivindicacion 15 o 16, caracterizado por que como sensor de carga (21, 22) se preve un sensor para el numero de revoluciones del rotor, para la potencia del generador y/o para la carga, solicitacion o deformacion de la torre, del eje del rotor, la pala del rotor (14) u otro componente del aerogenerador (10).
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