ES2677647T3 - Sistema para control de paso - Google Patents

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Abstract

Sistema (2) adaptado para el control de paso eléctrico de una turbina eólica, cuyo sistema comprende al menos un primer subsistema cuyo primer subsistema (2) comprende al menos un primer motor (4) eléctrico, cuyo primer subsistema (2) comprende además un primer dispositivo (6) de control electrónico, cuyo primer motor (4) está eléctricamente acoplado al primer dispositivo (6) de control electrónico, cuyo primer dispositivo (6) de control electrónico está acoplado a una red (8) eléctrica , y a una red (81) de comunicación común, cuyo primer dispositivo (6) de control electrónico controla el funcionamiento del primer motor (4) eléctrico, cuyo primer motor (4) eléctrico comprende un primer eje, cuyo primer subsistema (2) comprende además un primer freno (11) y un primer embrague (12), cuyo primer eje pasa a través de al menos el primer freno (11) y a través del primer embrague (12) que acciona un primer mecanismo (14) de engranaje, cuyo primer mecanismo (14) de engranaje comprende al menos una primera rueda (16) dentada, cuya primera rueda (16) dentada impulsa un anillo (18) dentado, cuyo anillo (18) dentado se fija mecánicamente a la raíz (20) de una pala de turbina eólica para llevar a cabo la regulación de paso, donde el sistema comprende al menos un segundo subsistema, cuyo segundo subsistema comprende al menos un segundo motor (24) eléctrico, cuyo segundo motor (24) comprende un segundo eje, cuyo segundo subsistema comprende además al menos un segundo freno (31) y un segundo embrague (32) cuyo segundo eje atraviesa al menos el segundo freno (31) y a través del segundo embrague (32) acciona un segundo mecanismo (34) de engranaje, cuyo segundo mecanismo (34) de engranaje comprende al menos una segunda rueda (36) dentada, cuya segunda rueda (36) dentada acciona el anillo (18) dentado, caracterizado porque el segundo subsistema comprende además un segundo dispositivo (26) de control electrónico, cuyo segundo motor (24) eléctrico está acoplado eléctricamente al segundo dispositivo (26) de control electrónico, cuyo segundo dispositivo (26) de control electrónico está acoplado a la red (8) eléctrica y a la red (81) de comunicación común, cuyo segundo dispositivo (26) de control electrónico controla el funcionamiento del segundo motor (24), por lo cual el primer y el segundo subsistema están interconectados. porque el primer dispositivo (6) de control electrónico controla el segundo embrague (32), cuyo segundo dispositivo (26) de control electrónico controla el primer embrague (12).

Description

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DESCRIPCION
Sistema para control de paso Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un sistema adaptado para control de paso electrico principalmente para palas de turbina eolica, cuyo sistema comprende al menos un primer subsistema cuyo subsistema comprende al menos un primer motor electrico, cuyo motor esta acoplado electricamente a un primer dispositivo de control electronico, y una red electrica, cuyo dispositivo de control electronico controla el funcionamiento del motor electrico, cuyo motor electrico comprende un eje, cuyo eje esta a traves de un freno, y a traves de un embrague que acciona un mecanismo de engranaje, cuyo mecanismo de engranaje comprende al menos una rueda dentada, cuya rueda dentada impulsa un anillo dentado, cuyo anillo dentado se fija mecanicamente a la rafz de una pala de turbina eolica para llevar a cabo la regulacion de paso.
Antecedentes de la invencion
El control de paso de las palas de la turbina eolica se ha utilizado durante varios anos. Ambos servosistemas hidraulicos y electricos se han utilizado para el control de paso. El documento US 2011/243729 divulga algunos aspectos generales de un dispositivo para el ajuste de una pala de rotor montada pivotantemente de un convertidor de energfa eolica. El dispositivo comprende un primer impulsor y un segundo impulsor que cooperan para hacer girar la pala de rotor entre una posicion de funcionamiento y una posicion de bandolera. El dispositivo comprende ademas un primer bloqueo activable conectado a la pala de rotor que, en un estado activado, evita el giro de la pala de rotor a la posicion de funcionamiento, pero permite el giro de la pala de rotor a la posicion de bandolera. En aspectos adicionales, la invencion proporciona un convertidor de energfa eolica que comprende el dispositivo y un metodo para ajustar una pala de rotor que esta montada de manera pivotante en un cubo de rotor de un convertidor de energfa eolica.
Objeto de la invencion
Es un objetivo pendiente de la invencion mejorar la fiabilidad de un sistema de control de paso electrico para turbinas eolicas. Un objeto adicional de la solicitud de patente pendiente es aislar los fallos y continuar la operacion de modo normal si se produce un fallo en un sistema de control de paso electrico.
Descripcion de la invencion
Esto se puede lograr mediante un sistema como se divulga en la reivindicacion 1. De este modo, se puede lograr que dos motores electricos funcionando en paralelo impulsen el mismo anillo dentado para el control de paso de una pala de turbina eolica. Debido a que operan dos sistemas paralelos, la energfa se puede generar operando solo con un motor electrico. Pero la confiabilidad es extremadamente alta porque el fallo en una parte del sistema podna permitir que el otro sistema funcione a una velocidad mas lenta, pero aun asf ser completamente operativo. Esta creciente confiabilidad es muy importante en los parques eolicos marinos donde el servicio es diffcil y probablemente no sea posible obtenerlo en poco tiempo, por lo que un fallo en un sistema de control de paso puede llevar a la falta de operacion de la turbina eolica, tal vez por semanas. Mediante el acoplamiento paralelo de dos dispositivos electronicos de control y junto con los motores, todo el sistema de control para la regulacion de paso cambiara la situacion en la que una parte del sistema tenga un fallo. Por supuesto, en algunos sistemas, donde la regulacion rapida del paso en la direccion del neutro es necesaria, puede haber limitaciones en el modo de operacion si parte de un sistema de control no esta en funcionamiento. Por lo tanto, deben aceptarse algunas limitaciones en la operacion de la turbina eolica, si una parte de un sistema de regulacion de paso no esta en operacion. Tal vez la turbina eolica no podra funcionar con la velocidad maxima del viento, pero tendra un lfmite inferior para el apagado que por la operacion habitual en la que ambos sistemas de paso estan operando. Mediante la conexion cruzada del control del embrague, la primera parte del sistema puede comunicarse con el embrague del otro sistema. Y la segunda parte del sistema podra comunicarse con el embrague del primer sistema. De este modo, los dispositivos de control electronico pueden tener informacion sobre la situacion y, por lo tanto, tambien la posicion del embrague en el otro lado. En un sistema de fallo en uno de los sistemas de control o en uno de los motores, es posible que el dispositivo de control electronico operativo abra el embrague en el otro lado y de esa manera se haga cargo de todo el comando y lleve a cabo la regulacion tradicional con un dispositivo de control electronico y un motor. De este modo, se mejora aun mas la fiabilidad total del sistema.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, el primer dispositivo de control electronico y el segundo dispositivo de control electronico pueden llevar a cabo la comunicacion sobre de una lmea de comunicacion comun.
Mediante el sistema de comunicacion entre los dispositivos de control electronico es posible que los sistemas funcionen mas o menos sincronicamente, lo que podna ser bastante importante para permitir que dos motores diferentes conduzcan en el mismo anillo dentado. Si no se lleva a cabo la sincronizacion, la energfa de uno de los
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motores probablemente se utilizana para impulsar el otro motor a una velocidad mayor no deseada y, por lo tanto, simplemente habna una perdida de ene^a en lugar de lograr una operacion en paralelo. La comunicacion comun tambien brinda la posibilidad de que la informacion de fallo se pueda comunicar entre los dos dispositivos de control electronico. Tambien de esta manera, uno de los dispositivos de control electronico puede comunicarse en sentido opuesto y hacerse cargo del comando y llevar a cabo el control por sf mismo.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, el sistema puede comprender al menos un tercer subsistema, cuyo tercer subsistema comprende un tercer motor, cuyo tercer dispositivo de control electronico esta acoplado a la red electrica, cuyo tercer dispositivo de control electronico controla el funcionamiento del tercer motor cuyo tercer motor comprende un tercer eje, cuyo eje esta conectado a un freno, cuyo tercer eje atraviesa un tercer embrague que acciona un tercer mecanismo de engranaje, cuyo tercer mecanismo de engranaje comprende al menos una segunda rueda dentada, cuya segunda rueda dentada impulsa el anillo dentado . En lugar de multiplicar el sistema por un factor dos, tambien es posible multiplicar por un factor tres o incluso mas. Al aumentar el numero de motores y dispositivos de control electronico, podna ser posible distribuir el control de paso en un mayor numero de dispositivos electronicos mas pequenos que controlan motores mas pequenos. De esta manera, podna ser posible construir un sistema de control de paso electronico estandar que pueda usarse en turbinas eolicas de diferentes tamanos, donde el numero de sistemas acoplados en paralelo depende de la energfa necesaria para el control de paso. De esta forma, se puede llevar a cabo un control relativamente barato y confiable.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, el tercer dispositivo de control electronico puede llevar a cabo el control del primer o del segundo embrague, cuyo primer o segundo dispositivo de control electronico lleva a cabo el control del tercer embrague. Como se divulgo previamente, los diferentes sistemas pueden controlar otros embragues.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, el primer dispositivo de control electronico, el segundo dispositivo de control electronico y el tercer dispositivo de control electronico pueden llevar a cabo la comunicacion a traves de una lmea de comunicacion comun. La lmea de comunicacion, por supuesto, tambien estara conectada al tercero, cuarto, quinto o a muchos sistemas que funcionan en paralelo.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, cada uno de los motores puede conectarse a codificadores, cuyos codificadores se comunican con los dispositivos de control electronico relacionados. Los codificadores son necesarios al menos para la sincronizacion de los diferentes motores a fin de que funcionen de manera sincronizada entre sf. Pero tambien para el dispositivo de control electronico, las senales de codificacion son importantes para controlar la energfa que se debe usar para conducir el motor.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, cada uno de los dispositivos de control electronico se puede conectar a un almacenamiento de energfa de emergencia, cuyo almacenamiento de energfa se puede acoplar en paralelo. De este modo, se puede lograr que los almacenamientos de energfa se puedan cargar de forma continua siempre que haya una fuente de alimentacion de la red electrica. En situaciones donde, por ejemplo, fallo la red electrica, es posible que los dispositivos de control electronico sigan activos y por motores, embragues y engranajes para convertir el paso de una pala de una turbina eolica en una posicion neutral donde la pala de la turbina eolica debe colocarse en todas las situaciones de apagado. Se prefiere que el almacenamiento de energfa directamente acoplado a los dispositivos de control electronico tambien se acople paralelamente de modo que puedan suministrarse en comun en situaciones de emergencia, donde, por ejemplo, uno de los dispositivos de control electronico o uno de los motores no funciona debido a un fallo. En esa situacion, es positivo que partes todavfa existentes del sistema puedan funcionar tambien con la energfa que ya se ha almacenado en uno de los depositos de energfa extra. Se pueden usar muchos tipos diferentes de batenas, pero en el futuro el almacenamiento de energfa de capacitores probablemente sea el tipo de almacenamiento de energfa mas efectivo y que tenga suficiente energfa almacenada. En una realizacion preferida de la invencion, el almacenamiento de energfa puede ser cualquier almacenamiento a presion de lfquido o gas a partir del cual sea posible el almacenamiento de energfa, la energfa para el apagado de emergencia del control de paso es posible.
En una realizacion preferida adicional de la invencion, es posible que el embrague se coloque entre el engranaje y el anillo dentado. Son posibles muchas construcciones diferentes para el embrague, pero un embrague muy simple liberara la rueda dentada del anillo dentado mediante un accionador y de esa manera desacoplara la conexion entre la rueda dentada y el anillo dentado. Este embrague primitivo sera suficiente en muchas situaciones de emergencia, donde uno de los componentes en conexion con uno de los motores fallara. Ese podna ser el dispositivo de control electronico, el motor o tal vez el freno. En todas estas situaciones, es posible que la rotacion del motor se bloquee, mas o menos mecanica o tal vez electricamente y la rotacion de ese motor por el anillo dentado tendra al menos un consumo de energfa que es innecesario. Por lo tanto, es muy importante que el embrague de alguna manera pueda desconectar cualquier conexion a la unidad del motor
Descripcion de los dibujos
La figura 1 divulga una posible realizacion de la invencion.
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La Fig. 2 muestra una posible realizacion adicional de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 1 muestra un sistema 2 para la regulacion de paso de una pala de turbina eolica. El sistema muestra un primer motor 4, cuyo motor esta conectado a un dispositivo 6 de control electronico, que esta conectado electricamente a una red 8 electrica. El primer motor 4 es a traves de un freno 11 y adicionalmente a traves de un embrague 12 que acciona un mecanismo 14 de engranaje. El mecanismo 14 de engranaje acciona una rueda 16 dentada, cuya rueda 16 dentada esta conectada a un anillo 18 dentado, cuyo anillo 18 esta fijado a la rafz 22 de una pala de turbina eolica. Ademas, la fig. 1 muestra un segundo motor 24, cuyo motor 24 esta conectado por la lmea 90 de conexion al dispositivo 26 de control electronico. Este dispositivo 6 de control electronico se abastece adicionalmente desde la red 8 electrica y a una red 81 de comunicaciones de turbina eolica comun. El motor 24 esta conectado a un embrague 32 en un mecanismo 34 de engranaje. Este mecanismo de engranaje esta impulsando una rueda 36 dentada, cuya rueda 36 dentada esta conectada al anillo 18 dentado. Ademas, la fig. 1 indica codificadores 60, cuyos codificadores estan conectados a los dispositivos 6 o 26 de control electronico. Ademas esta indicado el almacenamiento 68 de energfa de emergencia conectado al dispositivo 6 y 26 de energfa electronico.
Ademas, el dispositivo 6 de control electronico y el dispositivo 26 de control electronico estan conectados por una lmea 80 de comunicacion. Por 86 se indica la conexion de energfa entre el dispositivo 6 de control electronico y el motor 4. Por 88 se indica una lmea de control que esta llevando a cabo la comunicacion de informacion de control desde el dispositivo 6 de control electronico hacia el embrague 12. Ademas, una lmea 92 esta conectada desde el dispositivo 26 de control electronico hacia el embrague 32. Ademas, las comunicaciones de embrague se llevan a cabo desde el dispositivo 6 de control electronico por la lmea 92 al embrague 32. Ademas, una lmea 84 de comunicacion esta conectada al segundo dispositivo 26 de control electronico y al primer embrague 12.
En funcionamiento, tanto el motor 4 como el motor 24 podran girar el anillo 18 dentado. Eso significa que las diferentes partes de los sistemas estan operando en paralelo completo. Naturalmente, esto aumentara la energfa total que puede suministrarse al anillo 18 dentado, pero el principal beneficio de esta invencion es en situaciones de emergencia o fallo, por ejemplo, uno de los motores 4 o 24 tiene un fallo o uno de los dispositivos 6 o 26 de control electronico tiene un fallo. Ademas, es posible que uno de los frenos 11, 31 o 61 pueda tener un fallo de modo que el freno quede bloqueado. Entonces es muy importante que el embrague se coloque despues del freno para que el embrague pueda desconectar toda la seccion donde el freno tiene un fallo. De lo contrario, el freno podna detener cualquier control de paso. Por lo tanto, la posibilidad de tener el embrague en conexion con el freno posibilita una desconexion mecanica total. De esta forma, conduce a una mejora adicional de la fiabilidad del sistema de control de paso.
En esa situacion, los otros dispositivos de control electronico, que todavfa estan operativos tomaran el mando del embrague del otro motor y abriran el embrague de manera que el motor o dispositivo de control electronico que no funciona no tenga influencia sobre el anillo 18 dentado. En esa situacion, el sistema puede continuar funcionando incluso en un modo de fallo. La unica limitacion es que la energfa total sera limitada. En situaciones de fallo donde por ejemplo ocurre un fallo en la red electrica, que podna ocurrir en situaciones donde una turbina eolica es forzada a apagar el almacenamiento 68 de energfa, suministrara a los dispositivos 6 y 26 electronicos de control para que puedan seguir llevando a cabo el control de los motores 4, 24 y de ese modo se lleva a cabo una parada de la turbina eolica, incluso despues de un fallo de energfa total de la red. En una situacion en la que uno de los dispositivos 6 o 26 electronicos tiene un fallo o uno de los motores 4, 24 tiene un fallo, es posible que los almacenamientos 68 de energfa esten acoplados en paralelo, de modo que en situaciones donde una parte del sistema no funciona debido a un fallo, la potencia almacenada en el almacenamiento de energfa todavfa se pueda usar en el dispositivo de operacion fijo.
La Fig. 2 muestra principalmente las mismas caractensticas que en la fig. 1, pero con la gran diferencia de que ahora el sistema comprende tres sistemas paralelos.
La figura 2 muestra un tercer motor 54, que es accionado por un dispositivo 56 de control electronico, cuyo motor esta conectado a un embrague 62 en un mecanismo 64 de engranaje. Ademas, una rueda 66 dentada indicada detras del anillo 18 dentado esta conectada a este anillo 18 dentado y tambien puede llevar a cabo la rotacion del anillo 18 dentado. La lmea 94 de comunicacion desde el dispositivo 56 de control electronico esta conectada al embrague 12. Ademas, hay una lmea 93 de comunicacion conectada desde el dispositivo 26 de control electronico al embrague 62.
Es posible una operacion adicional a prueba de fallos en situaciones donde el sistema de control de paso se forma tres veces. Tres motores de operacion paralelos y dispositivos de control electronico proporcionaran una confiabilidad muy alta para el sistema. Esto puede ser muy importante para las turbinas eolicas marinas, donde el servicio es cntico y solo se puede llevar a cabo si hay barcos o helicopteros disponibles y cuando la situacion meteorologica permite el servicio. Por lo tanto, la fiabilidad del sistema de control de paso es extremadamente importante. Es posible en algunos sistemas, tal vez incluso para colocar mas de los tres motores indicados
conectados al mismo anillo 18 giratorio. En esas situaciones, incluso se pueden utilizar sistemas de motor mas pequenos y la fiabilidad sera extremadamente alta si, por ejemplo, ocho unidades funcionan en paralelo, donde, por ejemplo, cuatro de ellas funcionan principalmente para llevar a cabo una operacion normal, pero siempre que dos de ellas esten en funcionamiento, tal vez todavfa sea posible cierto control de paso, pero con algunas limitaciones en el 5 funcionamiento de la turbina eolica.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema (2) adaptado para el control de paso electrico de una turbina eolica, cuyo sistema comprende al menos un primer subsistema cuyo primer subsistema (2) comprende al menos un primer motor (4) electrico, cuyo primer subsistema (2) comprende ademas un primer dispositivo (6) de control electronico, cuyo primer motor (4) esta electricamente acoplado al primer dispositivo (6) de control electronico, cuyo primer dispositivo (6) de control electronico esta acoplado a una red (8) electrica , y a una red (81) de comunicacion comun, cuyo primer dispositivo (6) de control electronico controla el funcionamiento del primer motor (4) electrico, cuyo primer motor (4) electrico comprende un primer eje, cuyo primer subsistema (2) comprende ademas un primer freno (11) y un primer embrague (12), cuyo primer eje pasa a traves de al menos el primer freno (11) y a traves del primer embrague (12) que acciona un primer mecanismo (14) de engranaje, cuyo primer mecanismo (14) de engranaje comprende al menos una primera rueda (16) dentada, cuya primera rueda (16) dentada impulsa un anillo (18) dentado, cuyo anillo (18) dentado se fija mecanicamente a la rafz (20) de una pala de turbina eolica para llevar a cabo la regulacion de paso, donde el sistema comprende al menos un segundo subsistema, cuyo segundo subsistema comprende al menos un segundo motor (24) electrico, cuyo segundo motor (24) comprende un segundo eje, cuyo segundo subsistema comprende ademas al menos un segundo freno (31) y un segundo embrague (32) cuyo segundo eje atraviesa al menos el segundo freno (31) y a traves del segundo embrague (32) acciona un segundo mecanismo (34) de engranaje, cuyo segundo mecanismo (34) de engranaje comprende al menos una segunda rueda (36) dentada, cuya segunda rueda (36) dentada acciona el anillo (18) dentado, caracterizado porque el segundo subsistema comprende ademas un segundo dispositivo (26) de control electronico, cuyo segundo motor (24) electrico esta acoplado electricamente al segundo dispositivo (26) de control electronico, cuyo segundo dispositivo (26) de control electronico esta acoplado a la red (8) electrica y a la red (81) de comunicacion comun, cuyo segundo dispositivo (26) de control electronico controla el funcionamiento del segundo motor (24), por lo cual el primer y el segundo subsistema estan interconectados.
    porque el primer
    dispositivo (6) de control electronico controla el segundo embrague (32), cuyo segundo dispositivo (26) de control electronico controla el primer embrague (12).
  2. 2. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el primer dispositivo (6) de control electronico y el segundo dispositivo (26) de control electronico se comunican a traves de una lmea (80) de comunicacion comun o a traves de redes (81) de comunicacion de turbina eolica comunes.
  3. 3. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el sistema (2) comprende al menos un tercer subsistema, cuyo tercer subsistema comprende un tercer motor (54), cuyo tercer subsistema comprende ademas un tercer dispositivo (56) de control electronico conectado a la red (8) de energfa, y a la red (81) de comunicacion de turbina eolica comun, cuyo tercer dispositivo (56) de control electronico controla el funcionamiento del tercer motor (54), cuyo tercer motor (54) comprende un tercer eje, cuyo tercer subsistema comprende ademas un tercer freno
    (61) y un tercer embrague (62) cuyo tercer eje atraviesa al menos el tercer freno (61) y a traves del tercer embrague
    (62) acciona un tercer mecanismo (64) de engranaje, cuyo tercer mecanismo (64) de engranaje comprende al menos una tercera rueda (66) dentada, cuya tercera rueda (66) dentada acciona el anillo (18) dentado.
  4. 4. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado porque el tercer dispositivo (56) de control electronico controla el primer o el segundo embrague (12) (32), cuyo primero o segundo dispositivo (6) (26) de control electronico controlan el tercer embrague. (62)
  5. 5. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado porque el primer dispositivo (6) de control electronico, el segundo dispositivo (26) de control electronico y el tercer dispositivo (56) de control electronico se comunican a traves de una red (80,81) de comunicacion comun.
  6. 6. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque cada uno de los motores (4, 24, 54) esta conectado a los codificadores (60), cuyos codificadores se comunican con los dispositivos (6, 26, 56) de control electronico.
  7. 7. Sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque cada uno de los dispositivos (6, 26, 56) de control electronico esta conectado al almacenamiento (68) de energfa para el suministro de energfa de emergencia a los motores, cuyos almacenamientos (68) de energfa estan acoplados en paralelo.
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