ES2694009T3

ES2694009T3 - Método de operación de una turbina eólica

Info

Publication number: ES2694009T3
Application number: ES14816123.5T
Authority: ES
Inventors: Fabio Caponetti; Thomas KRÜGER; Ian Couchman; Ilias Konstantinos ARISTON; Martin BRØDSGAARD; Jacob Deleuran GRUNNET; Jesper Sandberg Thomsen; Peter MORTENSEN SIGFRED
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2018-12-17
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: CN105980703B; US20160377058A1; US10619623B2; CN105980703A; DK3080446T3; EP3080446B1; EP3080446A1; WO2015086024A1

Abstract

Un método para operar una turbina eólica (102), comprendiendo la turbina eólica (102) una torre (108) y un rotor con al menos una pala (110) del rotor, estando el rotor conectado a la torre (108) y adaptado para accionar un generador, en el que un ángulo de paso de cada pala (110) del rotor se puede ajustar, comprendiendo el método detectar una oscilación de la torre (108), y habilitar selectivamente la amortiguación de oscilaciones de la torre (108), caracterizado por que habilitar selectivamente la amortiguación de la oscilación comprende - determinar un requisito para amortiguar la oscilación, - determinar un efecto resultante de amortiguación si se selecciona habilitar la amortiguación de la oscilación de la torre, y - seleccionar permitir la amortiguación de la oscilación basándose en el requisito determinado de amortiguación y en el efecto de amortiguación determinado resultante.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Metodo de operacion de una turbina eolica Antecedentes de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo para operar una turbina eolica con el fin de amortiguar las oscilaciones de una torre de la turbina eolica y un dispositivo de control que realiza el metodo.

Descripcion de la tecnica relacionada

Una turbina eolica como se conoce en la tecnica comprende una torre de turbina eolica y un rotor. El rotor se coloca en la parte superior de la torre y comprende un buje que sostiene un numero de palas del rotor. Cada pala del rotor tiene un eje de pala que se extiende a lo largo de la dimension mas grande de la pala, la longitud de la pala. El eje de pala se extiende perpendicularmente o torcido con respecto al eje de rotor. El rotor se adapta para accionar un generador. Una turbina eolica ejemplar con una configuracion de rotor de eje horizontal se ilustra en la Figura 1. Tales turbinas eolicas se refieren comunmente a turbinas eolicas de eje horizontal. En la mayona de los casos, el eje se orienta hacia el lado de la torre cuyo lado se expone al viento, el lado a barlovento, en todo momento.

Ambos, la torre y las palas del rotor son propensas a oscilaciones. Tales oscilaciones pueden ser debidas a las fuerzas de rotor dclicas y a faltas de homogeneidad en un campo de viento. Particularmente, los desequilibrios en un rotor conducen a una excitacion y fuerzas perpendiculares al eje de rotor. El campo de viento puede no ser homogeneo, puesto que los obstaculos en frente de la turbina eolica ralentizan parcialmente el viento. Cuando las palas del rotor barren el area detras de un obstaculo, el rotor queda expuesto a fuerzas mas bajas que las otras palas del rotor. Ademas, debido a las fuerzas de friccion sobre el terreno, el viento en areas mas altas tiene por lo general velocidades de viento mas altas que el viento mas proximo al terreno. Una mayor velocidad del viento conduce a fuerzas adicionales sobre la pala del rotor.

En esencia, la pala del rotor experimenta dos fuerzas de viento. Una primera fuerza es debido a la resistencia del aire de la pala del rotor y se dirige en paralelo al viento. Esta fuerza de arrastre conduce a momentos de inclinacion y guinada en el rotor y, por tanto, si no es equilibrada por las otras palas del rotor, a una fuerza lateral sobre la torre. Una segunda fuerza es perpendicular a un eje de pala y al eje de rotor y se debe a las propiedades aerodinamicas de la pala del rotor. Esta fuerza aerodinamica proporciona un momento alrededor del eje de rotor y convencionalmente hace que el rotor gire. Si la fuerza aerodinamica se acopla de forma simetrica al eje de rotor por las fuerzas aerodinamicas de las otras palas del rotor, sus direcciones y magnitudes se compensan entre sf de tal manera que no hay fuerza lateral resultante sobre el eje de rotor. Sin embargo, si las fuerzas aerodinamicas no estan equilibradas, una fuerza resultante sobre el eje de rotor actua perpendicularmente sobre el eje de rotor. Tal fuerza resultante puede conducir a una oscilacion lateral de la torre, particularmente si es variable en el tiempo.

Por ejemplo, cada vez que una pala de turbina eolica barre el area mas alta del area del rotor, donde prevalecen las velocidades de viento mas altas, una fuerza aerodinamica resultante sobre el eje de rotor se producira con una frecuencia de la frecuencia de giro del rotor multiplicada por el numero de las palas del rotor, por ejemplo, tres veces la frecuencia de giro del rotor. Las fuerzas laterales debido a desequilibrios mecanicos del rotor tendran particularmente una frecuencia igual a la frecuencia de giro del rotor. Ademas, la fuerza de arrastre sobre la pala del rotor provoca una fuerza de precesion en el rotor giratorio, fuerza de precesion que en el ejemplo dado se dirige perpendicularmente al eje de rotor y paralela al terreno.

Por supuesto, puesto que la torre se cubre del viento cada vez que una pala realiza un barrido, el cambio frecuente resultante de la resistencia aerodinamica general de la torre puede conducir tambien a una oscilacion longitudinal paralela al viento. Diversos otros efectos tales como un cambio en el campo de viento o accion de amortiguacion negativa de un control de paso colectivo son conocidos por el experto en la materia y pueden del mismo modo dar lugar a oscilaciones longitudinales.

La fuerza aerodinamica que una pala del rotor produce se debe esencialmente a su forma de ala y a su angulo actual con respecto al viento. Si bien la forma de la pala del rotor apenas vana, el buje se adapta para pasar el angulo de pala del rotor con respecto al viento de tal manera que el angulo se pueda optimizar por medio de un dispositivo de control de paso de pala. El ajuste del paso de palas influye, a continuacion, en las fuerzas aerodinamicas y de arrastre en las palas del rotor. El ajuste del paso de palas se realiza, por lo general, alrededor de un eje que esta en paralelo al eje de la pala. El ajuste se realiza por una unidad de control de paso de palas basandose en un paso de referencia colectivo, tambien conocido como angulo de paso de referencia colectivo, para todas las palas.

Por lo general, un ajuste de paso de palas se optimiza para maximizar la obtencion de energfa, sobre todo en tiempos de escasez de energfa o cuando la fuerza del viento no es suficiente para producir la potencia nominal, o el ajuste de paso de palas se adapta para proporcionar un nivel de potencia constante o par motor del generador lo mas estable posible. Para este fin, una velocidad de giro del rotor se ajusta de acuerdo con un criterio de optimizacion actual mediante el ajuste de los angulos de pala.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

El ajuste del paso de palas para ajustar las fuerzas de arrastre y aerodinamicas se puede utilizar tambien para contrarrestar las oscilaciones de la torre. En particular, un ajuste colectivo del paso de palas se puede utilizar para contrarrestar las oscilaciones paralelas del viento, es dedr, oscilaciones longitudinales. Para el ajuste de paso de palas colectivo cada pala del rotor se ajusta mediante un angulo de paso igual.

Un ajuste de paso de palas individuales se puede utilizar para contrarrestar la oscilacion lateral de la torre. El ajuste de paso de palas individuales proporciona diferentes angulos para cada pala del rotor. Esto ajusta una fuerza lateral resultante mediante un ajuste correspondiente de las fuerzas aerodinamicas. El paso de palas para el ajuste de paso de palas individuales se vana dependiendo de, entre otras cosas, una fase de una oscilacion o una posicion angular de la pala del rotor durante un giro.

En realizaciones adicionales de un sistema de amortiguacion de oscilaciones, la velocidad de giro del rotor se ajusta de modo que las fuerzas de giro inducidas en la estructura de turbina eolica o un giro del rotor tienen frecuencias diferentes a una frecuencia natural de la torre o en otras partes de la estructura de turbina eolica. En algunas realizaciones, la velocidad de giro se ajusta mediante el ajuste del angulo de paso de las palas.

Sin embargo, recientemente se ha encontrado que estos ajustes anteriormente presentados imparten una obtencion de energfa de la turbina eolica y causa el desgaste de los cojinetes de pala de cada pala del rotor.

El documento EP 2 225 461 B1 divulga un metodo para operar un sistema generador de turbina eolica, en el que el sistema de generador de turbina eolica incluye una torre y un rotor con al menos dos palas del rotor conectadas a la torre, en el que cada pala del rotor se puede ajustar alrededor de un eje de pala del rotor respectivo para un angulo de ajuste de pala del rotor predeterminado, en el que el angulo de ajuste de pala del rotor se altera de forma individual para cada pala del rotor para amortiguar las oscilaciones laterales de la torre.

El documento WO 2007/053 031 A1 se refiere a un metodo para la amortiguacion de vibraciones de la torre en una turbina eolica, en particular, en una instalacion de turbina eolica flotante. Las vibraciones de la torre se amortiguan por, ademas de controlar con el controlador en el intervalo de potencia o RPM constante de la turbina eolica, un incremento que se anade al angulo de pala de las palas de turbina eolica basandose en las velocidades de torre para contrarrestar las vibraciones propias.

Los ejemplos adicionales de un metodo para amortiguar vibraciones en una turbina eolica se proporcionan en los documentos WO 2007/089136 A2 y EP 2 463 517 A1.

Un objeto de la presente invencion es superar los inconvenientes de los metodos y sistemas establecidos anteriormente.

Sumario de la invencion

Aunque la invencion se define en las reivindicaciones independientes, otros aspectos adicionales de la invencion se exponen en las reivindicaciones dependientes, la siguiente descripcion y los dibujos.

De acuerdo con un primer aspecto, la invencion proporciona un metodo para operar una turbina eolica, comprendiendo la turbina eolica una torre y un rotor con al menos una pala del rotor, estando el rotor conectado a la torre y adaptandose para accionar un generador, en el que un angulo de paso de cada pala del rotor se puede ajustar. El metodo comprende la deteccion de una oscilacion de la torre, y habilitar la amortiguacion de la oscilacion de la torre. Habilitar la amortiguacion de oscilaciones comprende determinar un requisito para amortiguar la oscilacion, determinar un efecto resultante de amortiguacion bajo la condicion de que la amortiguacion de oscilaciones de la torre estara habilitada, y permitir amortiguar la oscilacion basandose en el requisito determinado para la amortiguacion y en el efecto de amortiguacion resultante determinado.

De acuerdo con un segundo aspecto, la invencion proporciona ademas una turbina eolica que comprende una torre y un rotor con al menos una pala del rotor, estando el rotor conectado a la torre y adaptandose para accionar un generador, en el que un angulo de paso de cada pala del rotor se puede ajustar. La turbina eolica comprende ademas un miembro de deteccion adaptado para detectar una oscilacion de la torre, y un miembro de amortiguacion adaptado para amortiguar la oscilacion de la torre.

La turbina eolica comprende tambien un miembro de habilitacion que se adapta para permitir la amortiguacion de oscilaciones, un miembro de requisito adaptado para determinar un requisito para amortiguar la oscilacion, y un miembro de efecto de amortiguacion adaptado para determinar un efecto de amortiguacion resultante. El miembro de activacion se adapta para permitir la amortiguacion de oscilaciones basandose en una combinacion de la salida del miembro de requisito y el miembro de efecto de amortiguacion.

Las realizaciones de la invencion se definen tambien en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripcion de los dibujos

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Las realizaciones de la presente invencion se explican por ejemplo con respecto a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 ilustra una turbina eolica de acuerdo con el estado de la tecnica, como se ve desde la parte delantera, la Figura 2 ilustra un diagrama de flujo de un sistema de control para un ajuste de la pala del rotor de acuerdo con la invencion,

la Figura 3A muestra un sub-bloque del sistema de control de acuerdo con la Figura 2,

la Figura 3B ilustra un diagrama de flujo alternativo de un sub-bloque del sistema de control de acuerdo con la Figura 2,

la Figura 4 ilustra un sub-bloque de la logica de control de acuerdo con las Figuras 3A y 3B, la Figura 5 ilustra un diagrama de flujo adicional de sub-bloques del sistema de control de acuerdo con la Figura 2.

Descripcion detallada de las realizaciones

La Figura 1 muestra una turbina eolica 102 con una gondola 104, y un buje 106 del rotor montado de forma pivotante en la gondola 104 mediante un eje de rotor. El eje de rotor se extiende desde el buje 106 del rotor que esta alejado del espectador y, por lo tanto, no se muestra. La gondola 104 se monta en una torre de turbina eolica 108 a traves de una junta giratoria. La torre de turbina eolica 108 se conecta a tierra en su base en el extremo opuesto a la gondola 104. El buje 106 del rotor de la turbina eolica incluye tres palas de turbina eolica 110 unidas al buje 106 del rotor. El buje 106 del rotor se adapta para girar alrededor de su eje de giro, que esta alineado con un eje de giro del eje de rotor, de manera que las palas 110 del rotor barren un plano de giro sustancialmente perpendicular a los ejes de giro. Los ejes de giro son esencialmente paralelos con respecto al terreno, es decir, paralelos o inclinados por un angulo de inclinacion de algunos grados con respecto al terreno. El angulo de inclinacion es el angulo del eje de giro del eje de rotor de la turbina eolica con respecto al terreno.

Para contrarrestar las oscilaciones laterales, las palas del rotor pueden pasar individualmente para generar fuerzas laterales apropiadas. Las fuerzas laterales se generan utilizando un accionador de paso dclico. Los pasos de

referencia , para tres palas del rotor tienen la forma:

01 = 0o + 0C cos (<p)

02 = dQ + dc cos Op-^)

03 = 00 + 0C cos (<p - y)

(1)

donde $0 es un paso de referencia colectivo, $0 es la amplitud cfclica que tiene que ajustarse con el fin de crear una fuerza lateral requerida, y y es un angulo de giro del rotor. En una realizacion, y tiene su origen en el angulo de vertice inferior del giro, detal manera que

tiene su maximo con la pala del rotor en el angulo de vertice inferior y su mmimo en el angulo de vertice superior. Si el maximo se ha girado a un angulo de giro diferente, y puede reemplazarse por despiazamento= y - yp donde yp indica un angulo de desplazamiento de fase, de manera que tiene su maximo en el desplazamiento de fase del angulo yp. Bajo condiciones constantes, con el fin de generar una fuerza lateral constante, la amplitud dclica dc debe elegirse para ser constante. Cuando se utiliza la fuerza lateral para la amortiguacion activa de la torre, tiene que ser periodica con la frecuencia propia fe de la torre:

0C = 0Crnax cos (2nfet) (2)

Cada pala de un rotor induce una fuerza de pala individual Fx en una direccion perpendicular a la pala respectiva y lateral al viento que se puede derivar de la potencia Prot del rotor:

Fx =

donde Ra es el radio en el que las fuerzas aerodinamicas atacan, y w es una velocidad de giro del rotor. Con la aproximacion Ra = R/2, donde R es el radio del rotor, esto se convierte en

r1 _ 2pRot rx = ------------------

x 3^R

(3)

La Fuerza lateral total Flateral es una adicion geometrica de las fuerzas de pala individuales Fx

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Flateral Fx,\ COS(^) + Fx,2 COS(^ 3 ) + Fx,3 COS(^ 3 )

Como se ha indicado anteriormente, y puede ser reemplazado por ydespiazamento= y - yp donde yp indica un angulo de desplazamiento de fase, y se puede ajustar para dirigir la fuerza lateral total Flateral. En condiciones ideales, las fuerzas individuales tienen la misma magnitud, y la fuerza lateral resultante es cero. Al variar el angulo de paso, las fuerzas laterales cambian en consecuencia:

FX = FX, o+5 (d-d0)

Al aplicar la funcion de paso dclico a partir de (1), los terminos constantes desaparecen y solo la parte dclica de la fuerza lateral contribuye. Esto da como resultado

^ 3 dFx o

Flateral 2.dd

(5)

Junto con la sensibilidad lateral

dFx 2 dP dd 3 mR dd

esto da como resultado la funcion de sensibilidad

Flateral 1 ^.P

dc mR dd

(6)

que indica una dependencia de una fuerza lateral Flateral con respecto a una amplitud dclica dc, una variacion de la potencia P del rotor con respecto al angulo de paso 0 y la velocidad de giro w.

Para contrarrestar las oscilaciones longitudinales, el paso de referencia colectivo se ajusta para proporcionar mas o menos fuerza de resistencia aerodinamica estatica o dinamica y evitar asf las condiciones que causan oscilaciones longitudinales o que proporcionan una contrafuerza de amortiguacion.

Sin embargo, las oscilaciones laterales pueden tambien contrarrestarse mediante el ajuste de la salida del generador. Para ello se controla la corriente electrica en el generador.

Cuando se reduce la corriente electrica un par contrario del rotor disminuye y se habilita que el rotor gire mas rapido. Como una reaccion a partir del par contrario disminuido, se reduce una fuerza inducida por el par motor del generador lateral en la torre alrededor de su base. Asimismo, cuando aumenta la corriente electrica, el par contrario del rotor aumenta y la fuerza inducida por el par motor del generador lateral en la torre alrededor de su base aumenta. Al variar el par contrario con el tiempo en funcion del patron dclico de la oscilacion lateral, la fuerza inducida por el par motor del generador resultante se puede controlar para debilitar la oscilacion lateral. En otras palabras, el par contrario se puede variar con el fin de oponerse a la oscilacion lateral, por ejemplo, medirse con un acelerometro.

Mediante la variacion de la corriente electrica, la velocidad de giro del rotor se vana en consecuencia como se ha mencionado anteriormente. Esto tambien conduce a una variacion de una resistencia aerodinamica del rotor. La variacion se puede ajustar para contrarrestar una oscilacion longitudinal.

En condiciones de viento debajo de la velocidad nominal del viento, se ha encontrado que una capacidad de amortiguacion de las oscilaciones laterales por el ajuste fuerza inducida por el par motor del generador es generalmente mayor que una capacidad de amortiguacion mediante el ajuste de la fuerza de paso. Sin embargo, en condiciones de viento por encima de la velocidad nominal del viento, la capacidad de amortiguacion de las oscilaciones laterales mediante el ajuste de la fuerza de paso es generalmente mayor que la capacidad de amortiguacion por el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador.

Antes de proceder mas con la descripcion detallada de las realizaciones de la invencion, se describen algunos aspectos generales del metodo. Un metodo para operar una turbina eolica, comprendiendo la turbina eolica una torre y un rotor con al menos una pala del rotor, estando el rotor conectado a la torre y adaptado para accionar un generador, en el que un angulo de paso de cada pala del rotor se puede ajustar, comprende detectar una oscilacion de la torre, y permitir selectivamente amortiguar la oscilacion de la torre. Permitir la amortiguacion de oscilaciones comprende determinar un requisito para amortiguar la oscilacion, determinar un efecto resultante de amortiguacion si se habilita

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

la seleccion de amortiguacion de oscilaciones de la torre, y seleccionar permitir la amortiguacion de oscilaciones basandose en el requisito determinado de amortiguacion y en el efecto de amortiguacion determinado resultante.

La determinacion del efecto de amortiguacion resultante se puede expresar como una viabilidad para amortiguar las oscilaciones si se selecciona habilitar la amortiguacion de oscilaciones de la torre, de manera que la seleccion que habilita la amortiguacion de oscilaciones se basa en el requisito determinado de la amortiguacion y en la viabilidad determinada de amortiguacion. La viabilidad de amortiguacion puede expresar la posibilidad de que el efecto de amortiguacion de la accion de amortiguacion seleccionada de lugar a una amortiguacion determinada, requerida o deseada de la torre.

En algunas realizaciones determinar un requisito de amortiguacion de la oscilacion se basa en que al menos una de una oscilacion detectada de la torre alcanza un umbral de oscilacion, una indicacion de si un algoritmo de control de amortiguacion de oscilaciones diferente esta operando, tal como un algoritmo de control de amortiguacion de la oscilacion lateral diferente, una indicacion de si un amortiguador de torre pasivo esta operando, una carga en la turbina eolica si se selecciona habilitar la amortiguacion de la oscilacion de la torre, una relacion entre una velocidad del viento actual y una velocidad nominal del viento, y una prediccion de la oscilacion lateral de la torre.

Si un amortiguador de torre pasivo esta operando, tal como un pendulo en aceite instalado dentro de la torre, tanto amortiguacion activa como amortiguacion pasiva se pueden utilizar al mismo tiempo, o la amortiguacion activa puede seleccionarse para no activarse, por ejemplo, si el requisito de amortiguacion se cumple por el amortiguador pasivo, y/o si el efecto de amortiguacion resultante del amortiguador activo no se tiene que habilitar. Un amortiguador pasivo puede proporcionar seguridad para cuando la turbina no puede producir (o no esta conectada a la red) mientras que el amortiguador activo puede anadir niveles adicionales de amortiguacion para extender la vida util de la estructura y mitigar los riesgos pertinentes (como que el pendulo golpee las paredes de la torre). El amortiguador pasivo es normalmente mas eficaz en la region de baja velocidad del viento, mientras que la eficacia de la amortiguacion lateral aumenta a velocidades de viento cada vez mayores. Los efectos de los dos medios de amortiguacion son aditivos y dan como resultado un mayor nivel de amortiguacion.

En algunas realizaciones determinar el efecto de amortiguacion resultante se basa en al menos una de una fuerza lateral resultante que se puede generar mediante el ajuste individual del angulo de paso, una diferencia entre los

angulos de paso de palas del rotor y los angulos de paso optimos, sensibilidad de la fuerza de paso (dF/dO) una relacion entre una potencia actual y una potencia nominal, una relacion entre una velocidad del viento actual y una velocidad nominal del viento, una fuerza lateral resultante que se puede generar por el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador, y un punto de operacion de la turbina eolica.

En realizaciones, las palas de la turbina pueden comprender aletas. En tales realizaciones, la seleccion que habilita amortiguar las oscilaciones puede incluir la activacion de las aletas.

En algunas realizaciones el requisito de amortiguacion determinado y el efecto de amortiguacion determinado resultante se combinan para generar un valor de clasificacion de la habilitacion, y la amortiguacion de oscilaciones se habilita de acuerdo con el valor de la clasificacion de la habilitacion, el valor de la clasificacion de la habilitacion proporcionandose como uno de dos valores distintos, un primer valor que no habilita la amortiguacion de oscilaciones y un segundo valor que habilita una amortiguacion de oscilaciones completa.

En algunas realizaciones el requisito de amortiguacion determinado y el efecto de amortiguacion determinado resultante se combinan para generar un valor de clasificacion de la habilitacion, y la amortiguacion de oscilaciones se habilita de acuerdo con el valor de la clasificacion de la habilitacion, el valor de la clasificacion de la habilitacion proporcionandose como uno de al menos tres valores distintos, un primer valor que no habilita la amortiguacion de oscilaciones, un segundo valor que habilita una amortiguacion de oscilaciones completa y un valor adicional que proporciona una clasificacion distinta de la habilitacion de amortiguacion de oscilaciones entre ninguna amortiguacion de oscilaciones y amortiguacion de oscilaciones completa. En realizaciones adicionales el valor de clasificacion de la habilitacion se proporciona como uno de un numero infinitesimal de distintos valores, o es una funcion continua entre el primer valor que no habilita la amortiguacion de oscilaciones y el segundo valor que habilita la amortiguacion de oscilaciones completa.

En algunas realizaciones, el requisito de amortiguacion puede basarse tambien en una entrada que limita la amortiguacion de oscilaciones, o inhabilita incluso la amortiguacion de oscilaciones. Esto puede implementarse mediante la limitacion del valor de la clasificacion de la habilitacion a un nivel espedfico, incluyendo el cero. En una situacion en la que una pluralidad de acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre puede habilitarse selectivamente, el requisito de amortiguacion puede basarse en una entrada que limita o desactiva la amortiguacion de oscilaciones de una accion de amortiguacion de oscilaciones espedfica o dada de la torre. En particular, puede ser deseable limitar o desactivar la amortiguacion de oscilaciones mediante el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador, puesto que las variaciones forzadas del par motor del generador pueden propagarse en la red electrica de manera indeseada, o incluso prohibida con el fin de cumplir con los codigos de red dados.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En algunas realizaciones la oscilacion de la torre es una oscilacion lateral. En otras realizaciones, la oscilacion de la torre es una oscilacion de proa-popa.

En realizaciones adicionales, la amortiguacion de la oscilacion lateral comprende el ajuste del angulo de paso individual.

En realizaciones adicionales, la amortiguacion de la oscilacion lateral comprende ajustar el par motor del generador.

En realizaciones adicionales, la amortiguacion por ajuste del angulo de paso individual se realiza con el fin de reducir una accion de control de un algoritmo de control de amortiguacion de la oscilacion lateral diferente.

En algunas realizaciones, la oscilacion de la torre es una oscilacion longitudinal.

En algunas realizaciones, la carga en la turbina eolica si se selecciona habilitar la amortiguacion de la oscilacion de la torre incluye un momento de inclinacion del cojinete principal y/o una tasa de acumulacion de fatiga del cojinete de la pala.

En algunas realizaciones, la oscilacion de la torre se predice mediante la medicion de un momento hacia los bordes y derivando el momento hacia los bordes a traves del tiempo con el fin de recibir una indicacion de su desarrollo y/o mediante la medicion de un campo de viento en un area alrededor de la turbina eolica. El termino “hacia los bordes” indica una direccion tangencial a una curva de giro de un punto sobre una pala del rotor alrededor del eje de rotor. Por lo tanto, el momento hacia los bordes es un momento sobre el eje de rotor y se puede medir a partir de una deformacion de la pala o una torsion del eje de rotor. En algunas realizaciones los datos relativos al campo de viento se recogen a partir de mediciones y representaciones de las turbinas eolicas adyacentes y de las previsiones meteorologicas para el area de la turbina eolica particular.

En algunas realizaciones, el algoritmo de control de amortiguacion de la oscilacion lateral diferente ajusta una velocidad de giro del rotor de tal manera que las oscilaciones inducidas del rotor tienen una frecuencia diferente de una frecuencia natural de la torre.

En algunas realizaciones, el punto de operacion se define por al menos una de una velocidad del viento, un paso de referencia colectivo, una potencia producida por el generador, la potencia nominal, un par generado y una velocidad del generador.

En algunas realizaciones, el punto de operacion se define por un par del grupo que consiste en una velocidad del viento, un paso de referencia colectivo, una potencia producida por el generador, la potencia nominal, un par generado y una velocidad del generador.

En realizaciones adicionales el efecto de amortiguacion, que puede generarse a partir de un ajuste de paso de palas individuales particular y en un punto de operacion particular, se calcula antes de operar la turbina eolica y se almacena en una tabla de busqueda. En algunas realizaciones, el efecto de amortiguacion se basa particularmente en una fuerza lateral.

En algunas realizaciones habilitar el ajuste individual del angulo de paso comprende una habilitacion suavizada del ajuste individual del angulo de paso.

En algunas realizaciones, el metodo comprende ademas determinar la capacidad de amortiguar la oscilacion lateral por medio del ajuste del paso mediante la evaluacion de una diferencia entre el angulo de paso optimo para cada pala del rotor y el angulo de paso actual de cada pala del rotor, determinar si una capacidad de amortiguacion adicional por medio de ajuste de angulo de paso se requiere, y si se requiere la capacidad de amortiguacion adicional, aumentar la diferencia entre el angulo de paso optimo y el angulo de paso actual.

En algunas realizaciones, la seleccion de habilitar la amortiguacion de la oscilacion se basa en el requisito de amortiguacion determinado y en el efecto de amortiguacion resultante determinado, comprende determinar una aceleracion de la torre y un lfmite de alarma de aceleracion, y determinar, basandose en la aceleracion de la torre y en el lfmite de alarma de aceleracion, una senal de distancia de alarma de aceleracion de la distancia de la aceleracion de la torre a un lfmite de alarma.

En algunas realizaciones, la oscilacion de la torre es una oscilacion lateral, y la amortiguacion de la oscilacion lateral comprende un ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador. El ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador comprende variar un par contrario del generador a lo largo del tiempo en funcion de un patron dclico de la oscilacion lateral para proporcionar una fuerza inducida por el par motor del generador que reduce la oscilacion lateral.

En realizaciones el metodo puede comprender ademas el almacenamiento accesible para un controlador de los datos de control de turbina eolica para una pluralidad de acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, seleccionar

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

al menos una de las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre para las que se almacenan los datos de control, y amortiguar la oscilacion de la torre con la al menos una accion de amortiguacion de oscilaciones de la torre seleccionada.

Las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para las que se almacenan datos de control, pueden comprender la amortiguacion gracias al ajuste del angulo de las palas. En el caso de que la oscilacion de la torre sea una oscilacion lateral, el ajuste del angulo de paso de palas genera fuerzas laterales que actuan en contra de la oscilacion lateral.

Las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para las que se almacenan datos de control, pueden comprender el ajuste de una velocidad de giro del rotor de tal manera que las oscilaciones inducidas por el rotor tienen una frecuencia diferente de una frecuencia natural de la torre.

Las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para las que se almacenan datos de control, pueden comprender un ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador. En el caso de que la oscilacion de la torre sea una oscilacion lateral, el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador puede variar un par contrario del generador con el tiempo en funcion de un patron dclico de la oscilacion lateral para proporcionar una fuerza inducida por el par motor del generador que reduce la oscilacion lateral.

La al menos una de las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para la que se almacenan datos de control, puede seleccionarse basandose en el requisito de amortiguacion determinado y en el efecto de amortiguacion resultante determinado.

En algunas realizaciones del metodo, el angulo de paso optimo, la condicion de viento y/o el requisito de salida del generador determinan un paso de referencia colectivo y el angulo de paso actual se ajusta de acuerdo con el paso de referencia colectivo. En realizaciones adicionales el angulo de paso actual de cada pala del rotor se vana adicionalmente como una funcion de un angulo de giro del rotor. En realizaciones adicionales, el angulo de paso actual de cada pala del rotor se vana adicionalmente para proporcionar una fuerza lateral resultante.

En algunas realizaciones el angulo de paso optimo para cada pala del rotor es una funcion de la condicion del viento, un par motor del generador y/o un angulo de giro de la pala del rotor particular.

En algunas realizaciones, el efecto de amortiguacion resultante determinado se basa en la determinacion de la capacidad de amortiguacion.

A continuacion se describira particularmente una activacion de la amortiguacion de la oscilacion lateral controlada por el paso de palas individuales. Sin embargo, los principios se aplican igualmente para la amortiguacion de oscilaciones mediante el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador.

La Figura 2 muestra una logica de control 200 que comprende un modulo de controlador de amortiguacion lateral 201 y un modulo de decision de activacion 202. El modulo de controlador de amortiguacion lateral 201 genera angulos de paso de desplazamiento 201o individualmente para cada pala. Una unidad de control de paso de palas 205 combina los angulos de paso de desplazamiento con pasos de referencia $0 procedentes de una unidad de curva de paso 206. En algunas realizaciones la unidad de control de paso de palas 205 combina los angulos de paso de desplazamiento con pasos de referencia $0 sumando los pasos de referencia $0y los angulos de paso de desplazamiento. La unidad de control de paso de palas 205 envfa los angulos de paso combinados a los controladores de paso de nivel bajo 207 que controlan las unidades de paso de palas 208 respectivas. Los angulos de paso de desplazamiento 201o se proporcionan para desplazar una referencia de paso dada de cada pala 110 del rotor para contrarrestar una oscilacion de la turbina eolica en una direccion lateral al viento. En algunas realizaciones, el paso de referencia dado se proporciona basandose en una curva de paso optima. Sin embargo, en condiciones de viento por encima de la velocidad nominal del viento el paso de referencia se ajusta para suministrar una salida de potencia proxima a una salida de potencia nominal.

El modulo de decision de activacion 202 comprende una unidad de decision de activacion 210. La unidad de decision de activacion 210 recibe varios parametros como sus entradas 210i y emite una indicacion 210o de si la amortiguacion de oscilaciones controlada por el paso de palas individuales se realizara y/o de en que medida se realizara la amortiguacion de oscilaciones medida. Por ejemplo, un valor de salida de la unidad de decision de activacion 210 es entre el valor logico de “cero” y el valor logico de “uno” que indica que ninguna amortiguacion de oscilaciones controlada por el paso de palas se debe realizar y que se realizara la amortiguacion de oscilaciones controlada por el paso de palas al completo, respectivamente. En una realizacion, el modulo de decision de activacion 202 comprende tambien una unidad de suavizado 203. La unidad de suavizado 203 proporciona una transicion continua de la salida de la unidad de decision de activacion 210 y, particularmente, evita pasos entre valores de salida consecutivos, es decir, una salida suavizada de la unidad de decision de activacion 210. En una realizacion, la unidad de suavizado 203 proporciona una funcion de pendiente proporcional a la salida de la unidad de decision de activacion 210 como una salida. En otras realizaciones la unidad de suavizado 203 proporciona tambien una histeresis de la decision de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

activacion, de manera que una decision de activacion se mantiene durante un penodo de tiempo prolongado, incluso si los parametros que conducen a la decision de activacion cambian en una forma en que una decision de activacion se revisa poco despues de que se ha liberado la decision de activacion. En realizaciones adicionales, tal histeresis se realiza en la unidad de decision de activacion 210.

La salida 202o del modulo de decision de activacion 202 se combina con las salidas 201o del controlador de amortiguacion lateral 201. En la realizacion representada, la salida 201o del controlador de amortiguacion lateral 201 se multiplica con una salida de valor de la ganancia por el modulo de decision de activacion 202 en los multiplicadores 204, en el que cada uno de los multiplicadores procesa un angulo de paso de desplazamiento de una pala 110 del rotor respectiva. En esta realizacion se supone que una modificacion del angulo de paso de desplazamiento es proporcional a una modificacion de la fuerza lateral resultante. Sin embargo, en otras realizaciones la salida 202o del modulo de decision de activacion 202 se combina con las salidas 201o del controlador de amortiguacion lateral 201 de una manera que la modificacion de la fuerza lateral tambien es realmente proporcional a la salida 202o del modulo de decision de activacion 202.

En consecuencia, si el controlador de amortiguacion lateral 201 proporciona angulos de paso de desplazamiento 201o y el modulo de decision de activacion 202 proporciona un valor de ganancia que indica que se debe realizar una activacion, por ejemplo, mediante la salida de logica “uno”, los angulos de paso de desplazamiento se multiplican por “uno” y, por tanto, permanecen sin modificaciones. Los angulos de paso de desplazamiento no modificados se proporcionan como las salidas 204o de los multiplicadores 204 a la unidad de control de paso de palas 205. En la unidad de control de paso de palas 205 los angulos de paso de desplazamiento no modificados 204o se anaden a las

referencias de paso colectivas $0 procedentes de la unidad de curva de paso 206 antes de enviarse como referencias de angulo de paso de cada pala del rotor a los controladores de paso de nivel bajo 207. Los controladores de paso de nivel bajo ajustan las unidades de control de paso de palas 208 para cada pala del rotor en consecuencia.

Sin embargo, si el modulo de decision de activacion 202 proporciona un valor de ganancia que indica que ninguna activacion de la amortiguacion se debe realizar, por ejemplo, mediante la emision de una logica “cero”, los angulos de paso de desplazamiento se multiplican por “cero” y no se proporcionan angulos de paso de desplazamiento a la unidad de ajuste de paso de palas 205. Los controladores de paso de nivel bajo 207 reciben las referencias de paso procedentes de la unidad de curva de paso 206.

En algunas realizaciones, la curva de paso optima se determina mediante la evaluacion de una curva de paso que proporciona una potencia maxima de salida. En las realizaciones, la curva de paso optima es un mapeo que proporciona un angulo de paso fijo para una velocidad del viento dada por debajo de una potencia nominal del generador y/o las velocidades de viento nominales inferiores. En realizaciones adicionales, la curva de paso optima es un mapeo que proporciona un angulo de paso establecido para cada pareja de velocidad del viento y par motor del generador. El conjunto de angulo de paso determina un angulo de paso respectivo para cada pala del rotor en un angulo de giro respectivo. En algunas realizaciones, la curva de paso optima se calcula fuera de lmea. En realizaciones adicionales la curva de paso optima se determina o verifica por ensayos en las turbinas eolicas en operacion. Particularmente, la curva de paso optima se evalua para producir una potencia maxima de un viento determinado por las condiciones del viento a partir de condiciones de calma a la velocidad nominal del viento. En realizaciones adicionales, la curva de paso optima se evalua para proporcionar un par rotor maximo o un ruido mmimo. En condiciones de viento por encima de la velocidad nominal del viento, el conjunto de angulo de paso se ajusta para proporcionar una potencia cerca de una salida de potencia nominal.

En realizaciones donde los modulos de decision de activacion proporcionan un valor de ganancia que indica que solo algo de amortiguacion se realiza, por ejemplo, emitiendo un valor mayor que “cero” y menor que “uno”, el angulo de paso de desplazamiento 201o se multiplica por el valor de ganancia y se modifica en consecuencia. A continuacion, se proporciona el angulo de paso de desplazamiento reducido en las salidas 204o de los multiplicadores 204 para que la unidad de control de paso de palas 205 ajuste las palas 110 del rotor de tal manera que solo se realiza algo de amortiguacion. En realizaciones adicionales, el angulo de paso de desplazamiento 201o se modifica de tal manera que la fuerza lateral resultante es proporcional al valor de ganancia.

La Figura 3A ilustra una realizacion de la unidad de decision de activacion 210a que comprende una unidad de requisito 211 y unidad de estimacion de fuerza 213. La unidad de requisito 211 recibe diversos parametros como su entrada 211i relativa a al menos una de las oscilaciones actuales y su amplitud, una estimacion de las cargas incurridas en la estructura de la turbina, una estimacion de si la amortiguacion podna ser necesaria en un futuro proximo, una indicacion de si un algoritmo de amortiguacion de oscilaciones diferente al del control de paso de palas individuales se esta realizando actualmente, y una indicacion de si una velocidad del viento esta por encima de una cierta porcion de una velocidad nominal del viento en diversas realizaciones. La unidad de requisito 211 emitira una indicacion de si se deben amortiguar las oscilaciones.

En una realizacion, cada uno de estos parametros recibira un valor logico “uno” o “cero”, dependiendo de si su valor hace la amortiguacion deseable o no, respectivamente. En una realizacion particular todos los valores se combinan en una Funcion OR de tal manera que si un valor indica que la amortiguacion de oscilaciones sera deseable, la unidad

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

de requisito 211 emitira tal deseo. En una realizacion diferente, todos estos valores se suman y se dividen entre el numero de parametros de tal manera que un numero entre “cero” y “uno” se proporciona como una salida de la unidad de requisito 211. En esta realizacion, un requisito para amortiguar se emitira si el numero esta por encima de un cierto umbral. En realizaciones adicionales, cada valor se considera de acuerdo con un factor de ponderacion para dar prioridad a ciertos parametros. La unidad de requisito 211 indicara el requisito de amortiguar mediante la salida de una logica “uno”. Si no se requiere amortiguacion, la unidad de requisito 211 emitira una logica “cero”.

En algunas realizaciones, un miembro de umbral de oscilacion 2111 indica parametros que caracterizan una oscilacion de la torre 108. En realizaciones adicionales, para determinar las oscilaciones, un valor de la rafz cuadrada medio de una aceleracion de torre lateral se utiliza por el miembro de umbral de oscilacion. En realizaciones particulares el miembro de umbral de oscilacion compara la rafz cuadrada media de la aceleracion con un umbral de oscilacion predeterminado. Si se alcanza el umbral de oscilacion, el miembro de umbral de oscilacion emite una logica “uno”. Mientras la oscilacion no alcanza el umbral de oscilacion, el miembro de umbral de oscilacion emite una logica “cero”.

En algunas realizaciones, un miembro de estimacion de carga 2112 proporciona una estimacion de las cargas sobre los componentes de la turbina eolica de amortiguar las oscilaciones laterales ajustando individualmente los angulos de paso. Particularmente, se consideran los componentes de la turbina eolica, que son particularmente propensos a grandes cargas. Tales componentes propensos a grandes cargas son cojinetes de las palas en el buje 106 del rotor y un cojinete principal que proporciona una conexion entre la torre 108 y la gondola 104. Tal estimacion podna basarse por ejemplo en una indicacion de descomposicion de un componente particular hasta un punto actual en el tiempo y podna correlacionarse con acciones de amortiguacion hasta ese punto en el tiempo para deducir una prediccion de la carga debido a un efecto de amortiguacion. Por ejemplo, una tasa de acumulacion de la fatiga del cojinete de pala en un punto actual en el tiempo podna estar correlacionada con movimiento de paso. Si la tasa de acumulacion indica una sensibilidad particular a un movimiento de paso particular, el miembro de estimacion de carga 2112 emite un nivel “cero” para indicar que ninguna amortiguacion de ajuste de paso individual es deseable si se exige el movimiento de paso particular. Si la tasa de acumulacion indica que una sensibilidad a un movimiento de paso particular es inferior a un umbral determinado, el miembro de estimacion de carga 2112 emite una logica “uno”. Para este ejemplo, la tasa de acumulacion de la fatiga del cojinete de pala en un punto dado en el tiempo se calcula como el buje del momento en la base de la pala resultante multiplicado por una velocidad de paso. Una cierta aceleracion de la torre sera tolerada antes de habilitar la amortiguacion por ajuste de paso individual, si la sensibilidad del cojinete de pala al movimiento de paso particular es tan alta que una tasa de cafda estimada del cojinete de pala debida a dicho movimiento de paso particular excede una tasa de cafda predeterminada del cojinete de pala en mas de un valor de tolerancia de la tasa de cafda.

En algunas realizaciones, un miembro de prediccion de oscilacion 2113 se adapta para deducir una estimacion relativa a una oscilacion de la torre en el futuro proximo y para determinar si la amortiguacion en un futuro proximo es deseable. El miembro de prediccion de oscilacion recupera los datos de una aceleracion actual o fuerza en la torre, en particular en una direccion lateral. Si tal aceleracion actua lateralmente sobre la torre, el miembro de prediccion de oscilacion detectara la aceleracion y sobre esta base podra predecir si una oscilacion se acumulara basandose en un modelo de la torre. Si una fuerza actua lateralmente en la torre, el miembro de prediccion de oscilacion proporcionara igualmente una estimacion de oscilacion basada en el modelo de la torre y tendra, particularmente, en cuenta si la fuerza vana con el tiempo. En una realizacion, el modelo de la torre comprende en particular la primera torre de frecuencia natural. Si la fuerza o aceleracion vana a una frecuencia lo suficientemente cerca de la frecuencia natural, de tal manera que las oscilaciones laterales pueden acumularse, el miembro de prediccion de oscilacion emite una logica “uno” para evitar que las oscilaciones se acumulan. Si la fuerza o aceleracion vana en una distancia de frecuencia de la frecuencia natural y los efectos de amortiguacion pasivos evitan que las oscilaciones se acumulen, el miembro de prediccion de oscilacion emite una logica “cero”.

En algunas realizaciones, un miembro de medicion 2114 del viento indica si y en que medida una velocidad del viento esta por encima de una cierta porcion de una velocidad nominal del viento. El miembro de medicion 2114 del viento emite una logica “uno” a la unidad de requisito 211 si la velocidad del viento esta por encima de la porcion determinada de la velocidad nominal del viento, de otro modo una logica “cero”. En ciertas realizaciones, la porcion determinada corresponde a la mitad de una velocidad nominal del viento.

En algunas realizaciones, un modulo de amortiguacion de oscilaciones alternativo 2115 se adapta para realizar un metodo de amortiguacion de oscilaciones alternativo que no se basa en una disposicion de la fuerza basada en el control de paso de palas individuales. En algunas realizaciones, un metodo de amortiguacion de oscilaciones alternativo de este tipo ajusta una velocidad de giro del rotor. En estas realizaciones el modulo de amortiguacion de oscilaciones alternativo 2115 ajusta la velocidad de giro de tal manera que una frecuencia de giro es diferente de una frecuencia natural de la torre. Si la frecuencia de giro es diferente de la frecuencia natural, la amortiguacion natural de la torre, por ejemplo, debido a la friccion en la estructura, proporciona suficiente amortiguacion de tal manera que las oscilaciones se evitan. A veces esto obstaculizara la operacion optima de la turbina eolica. En algunas realizaciones, el metodo de amortiguacion de oscilaciones alternativo incluye una reduccion del punto de ajuste de la velocidad de giro, y puede operar a todas las velocidades de viento.

El control de la fuerza inducida por el par motor del generador como se ha descrito anteriormente constituye un metodo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

de amortiguacion de oscilaciones alternativo adicional. Como se ha indicado, al variar el par contrario a lo largo del tiempo en funcion de la configuracion dclica de la oscilacion lateral, la fuerza inducida por el par motor del generador resultante se puede controlar para debilitar la oscilacion lateral. La fuerza inducida por el par motor del generador proporcionada por las variaciones de par puede estimarse como

imagen1

A P

donde AP es la amplitud de los cambios de potencia resultantes de las variaciones del par, w es la velocidad del rotor, y heff es la altura de la torre eficaz, que es aproximadamente el 60 % de la altura de la torre actual.

En algunas realizaciones, si el metodo de amortiguacion alternativo esta operando actualmente, el modulo de amortiguacion de oscilaciones alternativo 2115 comunicara una logica “uno” a la unidad de requisito 211, y de otra manera una logica “cero”. La amortiguacion mediante el ajuste individual de las palas de paso se realiza con el fin de reducir una accion de control del metodo de amortiguacion de oscilaciones alternativo.

Sin embargo, la aplicacion del ajuste de palas individuales no excluye los metodos de amortiguacion de oscilaciones alternativos. Mas bien, en algunas realizaciones, el metodo de amortiguacion de oscilaciones alternativo puede operar al mismo tiempo como una amortiguacion controlada del paso de palas individuales.

La unidad de estimacion de fuerza 213 recibe un punto de operacion de la turbina eolica como una entrada 213i y proporciona una indicacion de si se puede generar suficiente fuerza como una salida 213o. Su funcion se describira mas adelante con referencia a la Figura 4. En algunas realizaciones la unidad de estimacion de fuerza 213 indicara que la fuerza suficiente se puede generar por la salida de una logica “uno”. De lo contrario, la unidad de estimacion de fuerza emitira una logica “cero”.

Las salidas 211o, 213o de la unidad de requisito 211 y de la unidad de estimacion de fuerza 213 se combinan entre sr En la realizacion representada en la Figura 3A, un multiplicador 215 combina las salidas 211o, 213o de la unidad de requisito 211 y la unidad de estimacion de fuerza 213 por una multiplicacion, de modo que si ambas, la unidad de requisito 211 y la fuerza de estimacion unidad 213 emiten una logica “uno”, la salida 210o de la unidad de decision de activacion 210a es una logica “uno”. Sin embargo, si una o ambas de las salidas de la unidad de requisito 211 y la unidad de estimacion de fuerza 213 corresponde a una logica “cero”, la salida 210o de la unidad 210a de decision de activacion sena una logica “cero”. En realizaciones adicionales un resultado similar se consigue con una compuerta “Y” logica. En todavfa otras realizaciones un resultado similar se consigue con una compuerta “O” logica, detal manera que la amortiguacion se habilita si al menos una salida es una logica “uno”. Todavfa otras realizaciones proporcionan que si una predeterminada de la unidad de requisito 211 o la unidad de estimacion de fuerza 213 emiten una indicacion de que la amortiguacion se debe realizar mientras la otra unidad respectiva tiene o no que solicitar la amortiguacion, la salida de la unidad decision de activacion 210a indicara que la amortiguacion se debe realizar. Por ejemplo, si la unidad de requisito 211 esta predeterminada e indica que la amortiguacion es deseable, la unidad de decision de activacion 210a emite que la amortiguacion de oscilacion controlada por el paso de palas individuales se debera habilitar, a pesar de que la unidad de estimacion de fuerza 213 indique que solo se puede generar fuerza insuficiente y que una oscilacion o su acumulacion no se pueden evitar por completo. Sin embargo, en este ejemplo la unidad de requisito 211 se dispone, de tal manera que solo las condiciones seleccionadas conducen a la amortiguacion sin tener en cuenta la unidad de estimacion de fuerza 213. De esta manera, se pueden reducir los danos inducidos por la oscilacion de la torre 108 y se puede mantener la operacion de la turbina eolica mientras se producen algunas oscilaciones, pero solo hasta un cierto lfmite.

La Figura 3B ilustra una realizacion alternativa de la unidad de decision de activacion 210b. La unidad de decision de activacion comprende una unidad de evaluacion de requisito 212 y una unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214. La unidad de evaluacion de requisito 212 recibe una entrada correspondiente a las entradas de la unidad de requisito 211 y emite un valor que indica una evaluacion de la necesidad de amortiguar las oscilaciones. En algunas realizaciones la unidad de evaluacion de requisito 212 se adapta para proporcionar al menos tres valores distintos que indican una clasificacion de cuan deseable sena una amortiguacion de oscilaciones. Por ejemplo, los al menos tres valores distintos se refieren a un primer valor que indica que no se desea la amortiguacion de oscilaciones, un segundo valor que indica que se desea alguna amortiguacion de oscilaciones y un tercer valor que indica que se desea toda la amortiguacion de oscilaciones posible. En algunas realizaciones, la unidad de evaluacion de requisito 212 se adapta para proporcionar una funcion continua entre un primer valor que no habilita la amortiguacion de la oscilacion y un segundo valor que habilita la amortiguacion de oscilaciones competa.

Las entradas de la unidad de evaluacion de requisito 212 comprenden al menos una de oscilaciones reales y su amplitud de un miembro de oscilacion 2121, una estimacion de las cargas incurridas en la estructura de la turbina de un miembro de estimacion de carga 2122, una estimacion de cuanta amortiguacion en un futuro proximo podna llegar a ser necesaria a partir de un miembro de prediccion de oscilacion 2123, una evaluacion relativa a una relacion de la velocidad del viento actual y una velocidad nominal del viento de un miembro de medicion 2124 del viento, y una indicacion de si y/o que tan fuerte un algoritmo de amortiguacion de oscilaciones que es diferente de un control de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

paso de palas individuals se esta realizando actualmente en un modulo de amortiguacion de oscilacion alternativo 2125.

El miembro de oscilacion 2121, el miembro de estimacion de carga 2122, el miembro de prediccion de oscilacion 2123, el miembro de medicion 2124 del viento y el modulo de amortiguacion de oscilacion alternativo 2125 procesan informacion de manera similar a los miembros correspondientes descritos anteriormente. En algunas realizaciones la unidad de evaluacion de requisito 212 y al menos uno de los miembros se adaptan para comunicartres o mas valores distintos del al menos uno de los miembros, indicando los tres o mas valores distintos tres o mas intensidades diferentes del parametro correspondiente.

Puesto que al menos uno de los parametros se indica con al menos tres valores distintos, algunas realizaciones permiten declaraciones relativas a una combinacion de los parametros que indican hasta que medida se debe realizar la amortiguacion de oscilaciones controlada por el paso de palas individuales. Por ejemplo, si el miembro de oscilacion 2121 indica un cierto requisito para amortiguar y el miembro de estimacion de carga 2122 indica que la amortiguacion de oscilaciones no incurrira en grandes cargas en este momento, pero el miembro de prediccion de oscilacion 2123 indica que las oscilaciones disminuiran de todos modos dentro de poco debido a un campo de viento alrededor de la turbina eolica, la unidad de evaluacion de requisito 212 emite un requisito reducido o incluso ningun requisito para amortiguar las oscilaciones en el momento y de este modo ahorra tiempo de vida de la estructura de los cojinetes de paso.

La unidad de evaluacion de requisito 212 procesa los valores. En algunas realizaciones la unidad de evaluacion de requisito 212 combina los valores respectivos con factores de peso para unificar los valores y permitir poner los valores en una relacion mutua. Esto es porque los parametros indican condiciones desiguales tales como velocidad del viento, oscilacion y carga estructural, que de otro modo no pueden combinarse o compararse facilmente, si se requiere una declaracion significativa. En tales realizaciones, una vez que los valores respectivos se unifican, los mismos, en realizaciones adicionales, se resumen o introducen simplemente en una funcion o una logica de control para su procesamiento. En las realizaciones, la salida de la unidad de evaluacion de requisito 212 indica un requisito graduado para proporcionar amortiguacion de oscilaciones controlada por el paso de palas individuales. En realizaciones adicionales, la unidad de evaluacion de requisitos 212 solo indica si se requiere o no una amortiguacion de oscilaciones controlada por el paso de palas individuales.

La unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214 recibe el punto de operacion como una entrada 214i y proporciona una indicacion de una evaluacion de estimacion de una magnitud de fuerza estimada que contrarresta las oscilaciones como una salida. El funcionamiento de la unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214 se explicara con referencia a la Figura 4 mas adelante. En algunas realizaciones, la salida de la unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214 se adapta para proporcionar al menos tres valores distintos que indican una magnitud de fuerza que puede ser generada por paso de pala individual. Por ejemplo, los al menos tres valores distintos que indican una magnitud de fuerza se refieren a un primer valor que indica que ninguna fuerza puede ser generada, un segundo valor que indica que parte de la fuerza requerida puede ser generada y untercer valor que indica quetoda la fuerza requerida puede ser generada.

Las salidas de la unidad de evaluacion de requisito 212 y la unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214 se introducen en una tabla de busqueda 216. La tabla de busqueda 216 proporciona una salida 210o de la unidad de decision de activacion 210b como una funcion de cada pareja del requisito evaluado para proporcionar amortiguacion de oscilaciones controlada por el paso de palas individuales y la indicacion de una evaluacion de la magnitud de la fuerza estimada. En diversas realizaciones, la salida de la unidad de decision de activacion 210b se adapta para proporcionar al menos dos valores distintos, un primer valor que no habilita la amortiguacion de oscilaciones y un segundo valor que habilita la amortiguacion de oscilaciones completa. En realizaciones adicionales, la salida de la unidad de decision de activacion 210b se adapta para proporcionar al menos tres valores distintos, en el que un primer valor no habilita la amortiguacion de oscilaciones, un segundo valor habilita algo pero no toda la amortiguacion de oscilaciones, y un tercer valor habilita la amortiguacion de oscilaciones completa. Ademas valores distintos proporcionan clasificaciones adicionales de amortiguacion de oscilaciones. La tabla de busqueda 216 puede ser o bien estatica en el tiempo o puede adaptarse por un operario o por un algoritmo de aprendizaje o cualquier otra funcion teniendo en cuenta un cambio de la turbina eolica en el tiempo o un hallazgo de mejores parametros de control.

La Figura 4 muestra una realizacion de la unidad de estimacion de fuerza 213 y de la unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214. En una primera realizacion correspondiente a la unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214 de la Figura 3B, una tabla de busqueda 218 se proporciona con un primer miembro de entrada 2181 y un segundo miembro de entrada 2182. El primer y segundo miembros de entrada 2181, 2182 proporcionan un par de valores, par que define un punto de operacion de la turbina eolica. En realizaciones adicionales, uno, tres o mas miembros de entrada se proporcionan para definir el punto de operacion. En realizaciones adicionales se consideran senales adicionales que definen la operacion de la turbina eolica.

En algunas realizaciones, el punto de operacion se define por un par de senales del grupo que comprende la velocidad del viento, la referencia de paso colectiva $0, la energfa producida, la potencia nominal, el par generado y la velocidad

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

del generador. A partir de este par de senales, una fuerza generada a partir de un ajuste de paso individual se puede calcular fuera de lmea y se puede escribir en la tabla de busqueda 218. La tabla de busqueda 218 emite una indicacion de la cantidad de fuerza lateral que se puede generar a partir de un ajuste de paso individual. En una realizacion correspondiente a la unidad de estimacion de fuerza 213, la tabla de busqueda 218 emite simplemente una logica “uno” que indica que una fuerza suficiente puede ser generada, o logica “cero” que indica que una fuerza suficiente no se puede generar. En otras realizaciones correspondientes a la unidad de evaluacion de estimacion de fuerza 214, la tabla de busqueda 218 se adapta para emitir tres o mas valores diferentes dependiendo de cuanta fuerza se pueda generar.

En una realizacion, en condiciones por encima de una potencia nominal, es decir, una potencia nominal para la que se disena la turbina eolica, la unidad de estimacion de fuerza 213 recibe la referencia de paso colectiva $0 como se proporciona a la unidad de control de paso de palas 205. La unidad de estimacion de fuerza 213 compara ademas la referencia de paso colectiva $0 con la curva de paso optima. Si una diferencia entre la referencia de paso colectiva

$0 y la curva de paso optima es mayor que un parametro predeterminado, la unidad de estimacion de fuerza aproxima que el ajuste individual del angulo de paso de cada pala del rotor puede generar fuerza suficiente. Esto es porque en esta realizacion se genera la curva de paso optima para proporcionar una potencia maxima para las condiciones por debajo y por encima de la potencia nominal a una velocidad nominal del viento, es decir, las velocidades nominales del viento para las que la turbina eolica esta disenada, mientras que la referencia de paso colectiva se adapta a una velocidad del viento actual, en particular, por encima de la velocidad nominal del viento. Por encima de la velocidad nominal del viento, la referencia de paso colectiva se ajusta para proporcionar una potencia constante que corresponde a la potencia nominal, incluso si la velocidad del viento permite una potencia mucho mayor. En tales condiciones, la

referencia de paso colectiva $0 proporciona una mejor sensibilidad de paso de palas individuales adicionales sin afectar a la potencia de salida. Por lo tanto, la referencia de paso colectiva es diferente de la curva de paso optima particularmente por encima de las velocidades del viento nominales. En esta realizacion, la tabla de busqueda tiene una estructura particularmente simple, puesto que solo se comparan los angulos de paso y no se requiere otra adaptacion de parametros para una evaluacion significativa.

En la realizacion representada, un conmutador219 se dispone en la salida de la tabla de busqueda 218. La realizacion corresponde, en particular, a la unidad de estimacion de fuerza 213 y proporciona una logica “uno” o una logica “cero” como una salida 213o de la unidad de estimacion de fuerza 213, si la fuerza suficiente se puede generar o no, respectivamente. En realizaciones adicionales, el conmutador 219 se adapta para emitir tres valores distintos para indicar una clasificacion de la estimacion de la fuerza. En una realizacion, el conmutador 219 proporciona tambien una histeresis para evitar que la salida 213o conmute entre el valor logico de “cero” y el valor logico de “uno” con una frecuencia desfavorable.

En una realizacion, el par de senales comprende una potencia producida y la referencia de paso colectiva $0. La referencia de potencia se proporciona en la salida de un controlador de carga parcial. El controlador de carga parcial controla, por lo general, la velocidad de giro de la turbina mediante la seleccion del par contrario apropiado de modo que la eficacia de la turbina se maximiza, en particular, en condiciones de viento por debajo de la velocidad nominal del viento, que esta en condiciones de carga parcial. En algunas realizaciones, las salidas se filtran con un filtro de paso bajo. En particular, un filtrado de paso bajo de las salidas se puede utilizar para evitar una alta frecuencia de los cambios de salida de la tabla de busqueda o el conmutador 219.

La Figura 5 muestra una realizacion adicional del modulo de decision de activacion 202 en mas detalle. En la realizacion la unidad de decision de activacion 210 comprende un miembro de acondicionamiento 311 del valor de requisito y un miembro de acondicionamiento 313 del valor de viabilidad. Con fines ilustrativos, los miembros y las estructuras adicionales en la Figura 5 estan delimitados entre sf por lmeas de puntos.

El miembro de acondicionamiento 311 del valor de requisito comprende al menos una unidad de procesamiento de aceleracion y un miembro de evaluacion de perdida de potencia 3115. El miembro de acondicionamiento 311 del valor de requisito recibe como su entrada un valor de aceleracion de la torre de un miembro de medicion de aceleracion 3111 de la torre, un valor que indica un dano estimado de la turbina eolica 102 de un indicador de danos 3112, una referencia de potencia nominal de un miembro de referencia de potencia nominal 3113, y una referencia de potencia activa de un miembro de referencia de potencia activa 3114.

La aceleracion de la torre se introduce en la unidad de procesamiento de aceleracion que comprende un filtro de aceleracion 311a, un miembro de rafz cuadrada media de aceleracion 311b y/o un estimador de danos 311c. En algunas realizaciones, la aceleracion de la torre se procesa por un solo filtro de aceleracion 311a, el miembro de rafz cuadrada media de aceleracion 311b y el estimador de danos 311c. En otras realizaciones, dos o mas de las unidades de procesamiento de aceleracion 311a, 311b, 311c se combinan para el procesamiento de la aceleracion de la torre.

El filtro de aceleracion 311a aplica el filtrado de la aceleracion de la torre para emitir una porcion preferida de la senal de aceleracion de la torre. En algunas realizaciones el filtro de aceleracion 311a es un filtro de paso bajo que emite porciones de senales de aceleracion de la torre proximas a y por debajo de una primera senal de frecuencia propia de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

la torre. En realizaciones adicionales, el filtro de aceleracion 311a es un filtro de paso bajo que emite senales de aceracion de la torre proximas a y por debajo de una frecuencia de giro nominal del rotor. En adicionales, el filtro de aceleracion 311a es un filtro de paso de banda que emite porciones de senales de la torre proximas a la primera frecuencia propia de la torre o la frecuencia de giro nominal del rotor. En adicionales, las porciones armonicas mas altas de la senal de aceleracion de la torre se emiten.

El miembro de rafz cuadrada media de aceleracion 311b calcula y emite una senal de rafz cuadrada media de la senal de aceleracion de la torre para amplificar las amplitudes de senal mas grandes, suprimir el ruido de la senal de aceleracion de la torre y emitir una senal de baja varianza a lo largo del tiempo para cambiar periodicamente la senal de aceleracion de la torre.

El estimador de danos 311c recibe la aceleracion de la torre asf como el valor que indica un dano estimado a partir del indicador de danos 3112. El indicador de danos 3112 recibe varios parametros de carga de los componentes de la turbina eolica 102 y, en algunas realizaciones, tiene en cuenta las propiedades mecanicas de los componentes. En particular, los parametros de carga incluyen ciclos y/o magnitudes de carga anteriores. El estimador de danos 311c utiliza la informacion para evaluar el desgaste de los componentes bajo las aceleraciones actuales. En algunas realizaciones, la evaluacion del desgaste se basa en el historial de los componentes, incluyendo el uso de vida tal como se describe en el documento WO 2013/044925, que se incorpora por referencia en la presente memoria, para indicar una fatiga de los componentes.

La referencia de potencia nominal y la referencia de potencia activa se introducen en el miembro de evaluacion de perdida de potencia 3115. La referencia de potencia nominal indica una potencia maxima que la turbina puede producir, es decir, potencia a la que la turbina limita la eficacia aerodinamica al pasar hacia fuera. En condiciones normales la referencia de potencia nominal es igual que una placa de identificacion del generador. Sin embargo, cualquiera de la propia turbina o una fuente externa pueden reducir la capacidad de la turbina, es decir, pueden reducir la potencia de salida maxima. La referencia de potencia activa indica la potencia de salida del generador de la turbina eolica 102. La referencia de potencia activa es en carga parcial menor que la referencia de potencia nominal. A la velocidad nominal del viento y por encima de la referencia de potencia activa se limita hacia arriba por la referencia de potencia nominal. El miembro de evaluacion de perdida de potencia 3115 estima una perdida de potencia debida al ajuste de la velocidad de giro de tal manera que una frecuencia de giro es diferente de la frecuencia propia de la torre 102.

Cada una de las salidas del filtro de aceleracion 311a, el miembro de rafz cuadrada media de aceleracion 311b, el estimador de danos 311c y el miembro de evaluacion de perdida de potencia 3115 se proporcionan a la primera, segunda, tercera y cuarta funcion de activacion de deslizamiento 3118a, 3118b, 3118c, 3118d respectivas comprendidas tambien en el miembro de acondicionamiento 311 del valor de requisito.

El procesamiento de la entrada respectiva se ilustra en un diagrama de funcion de activacion de deslizamiento 3008. La funcion de activacion de deslizamiento 3008 recibe la entrada, por ejemplo, una aceleracion de la torre filtrada. La entrada se compara con los valores OffBelow y OnAbove, donde OffBelow es mas pequeno que OnAbove. Si la entrada es menor que OffBelow, la funcion de activacion de deslizamiento 3118a arroja un “cero”. Si la entrada es mayor que OffBelow, pero mas pequeno que OnAbove, la funcion de activacion de deslizamiento 3118a arroja un valor mayor que “cero” pero menor que “uno”. En una realizacion, la salida se calcula en este caso de acuerdo con la salida = entrada/(OnAbove - OffBelow).

En realizaciones adicionales se aplican otras funciones de interpolacion que incluyen funciones no lineales. Si la entrada es mayor que OnAbove, la funcion de activacion de deslizamiento 3118a arroja un “uno”. Los valores para OffBelow y OnAbove para cada funcion de activacion de deslizamiento son independientes entre sf.

Las salidas de la funcion de activacion de deslizamiento 3118a, 3118b, 3118c, 3118d respectiva se proporcionan en un primer selector de maximo 3151 de una unidad de combinacion 315. El primer selector de maximo 3151 compara los valores de salida de las funciones de activacion de deslizamiento 3118a, 3118b, 3118c, 3118d entre sf y proporciona el valor de salida mas grande entre ellos a la salida del primer selector de maximo 3151. La salida del primer selector de maximo 3151 representa una necesidad de amortiguar las oscilaciones de la torre en un intervalo entre e incluyendo “cero” y “uno”.

En diversas realizaciones el miembro de acondicionamiento 313 del valor de viabilidad comprende un estimador de amortiguacion de par 3135, un estimador de amortiguacion de paso 3136 y una filtro 3137 de la velocidad del viento. En realizaciones adicionales, el miembro de acondicionamiento 313 del valor de viabilidad recibe como entrada la referencia de potencia nominal del miembro de referencia de potencia nominal 3113, y la referencia de potencia activa de miembro de referencia de potencia activa 3114. En realizaciones adicionales, el miembro de acondicionamiento 313 del valor de viabilidad recibe un angulo de paso optimo de acuerdo con la curva de paso optima a partir de una unidad de curva de paso optima 3131, un angulo de paso de referencia de un miembro de paso de referencia 3132, una velocidad del viento medida a partir de un miembro de medicion 3133 del viento y una velocidad estimada del viento de un miembro de estimacion de viento 3134. En otras realizaciones el miembro de acondicionamiento 313 del valor de viabilidad comprende una primera funcion de activacion de deslizamiento invertida 3138a, y quinta y sexta funciones de activacion de deslizamiento 3138b, 3138c.

porciones de realizaciones de aceracion realizaciones

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

En diversas realizaciones, la referencia de potencia nominal y la referencia de potencia activa se introducen en el estimador de amortiguacion de par 3135. El estimador de amortiguacion de par 3135 estima una capacidad de amortiguacion de las vibraciones de la torre a partir de una variacion del par motor del generador, por ejemplo, en la forma de una sensibilidad de la fuerza inducida por el par motor del generador (dF/dP). El par motor del generador se ajusta mediante el ajuste de una potencia de salida del generador y acelera o desacelera asf el rotor. Al acelerar o desacelerar el rotor una fuerza lateral sobre la torre vana selectivamente, permitiendo la neutralizacion de las vibraciones laterales de la torre. El estimador de amortiguacion de par 3135 compara la referencia de potencia nominal y la referencia de la potencia activa del generador y determina un intervalo en el que la potencia de salida se puede variar. A partir de este intervalo, el estimador de amortiguacion de par 3135 estima la capacidad de amortiguacion resultante por medio de este metodo y proporciona la estimacion resultante de la primera funcion de activacion de deslizamiento invertida 3138a. La primera funcion de activacion de deslizamiento invertida 3138a arroja un “uno” para los valores de entrada por debajo de un umbral inferior, y arroja un “cero” para los valores de entrada por encima de un umbral superior. Para valores entre los mismos, la primera funcion de activacion de deslizamiento invertida 3138a calcula una salida de acuerdo con una funcion de interpolacion lineal o no lineal.

En realizaciones de acuerdo con la realizacion representada, el estimador de amortiguacion de paso 3136 recibe el angulo de paso optimo y el angulo de paso de referencia como una entrada. De la entrada, el estimador de amortiguacion de paso 3136 deduce una capacidad para amortiguar las vibraciones de la torre por medio del ajuste

de paso, por ejemplo, en forma de sensibilidad de la fuerza de paso ^ Se ha encontrado que una sensibilidad

de la fuerza de paso es particularmente baja, cuando un angulo de paso de referencia esta cerca de un angulo de paso optimo.

Cuando el angulo de paso de referencia es diferente del angulo de paso optimo, la sensibilidad de la fuerza de paso es mayor. A veces esto se debe a una sensibilidad de la fuerza de paso que es significativa en las condiciones del viento por encima de la velocidad nominal del viento y menos significativa en condiciones por debajo de la velocidad nominal del viento. El angulo de paso optimo se evalua y aplica para las condiciones de viento por debajo de la velocidad nominal del viento para producir tanta potencia como sea posible para una determinada velocidad del viento. El angulo de paso de referencia por encima de la velocidad nominal del viento suministra una potencia de salida constante incluso en variaciones del viento. Por lo tanto, cuando el angulo de paso de referencia corresponde al angulo de paso optimo, de hecho, las condiciones de viento estan por debajo de las nominales y la sensibilidad de la fuerza de paso es baja.

Por lo tanto, el estimador de amortiguacion de paso 3136 calcula una capacidad de amortiguacion mediante la comparacion del angulo de paso optimo con el angulo de paso de referencia, y proporciona la estimacion resultante de la quinta funcion de activacion de deslizamiento 3138b y a otras funciones tal como se explica a continuacion.

En realizaciones adicionales, las funciones de sensibilidad en la forma de una sensibilidad de la fuerza inducida por el par motor del generador y en forma de sensibilidad de la fuerza de paso se estiman por la propia turbina mediante el uso de un punto de operacion. De forma similar al punto de operacion descrito anteriormente, el punto de operacion se define por un valor del grupo de velocidad medida del viento, velocidad estimada del viento, referencia de potencia activa, potencia nominal, velocidad del rotor, posicion del rotor, error de guinada (medido o estimado), par motor del generador y velocidad del generador, o una combinacion de dos o mas de los valores de este grupo. En algunas realizaciones tal estimacion se basa en los datos recogidos antes de la operacion de la turbina eolica.

En realizaciones adicionales, la velocidad del viento medida y la velocidad estimada del viento se introducen en el filtro de velocidad 3137 del viento. El filtro de velocidad 3137 del viento combina la entrada, por ejemplo, mediante el calculo de un valor medio, y filtra su combinacion, por ejemplo, en un filtro de paso bajo.

El filtro de velocidad 3137 del viento proporciona la salida resultante a la sexta funcion de activacion de deslizamiento 3138c.

Cada una de la quinta y sexta funciones de activacion de deslizamiento 3138b, 3138c procesa la entrada como se ha explicado anteriormente con respecto al diagrama de la funcion de activacion de deslizamiento 3008. La salida de cada funcion de activacion de deslizamiento 3138b, 3138c y de la primera funcion de activacion de deslizamiento invertida 3138a se proporciona para un primer selector de mmimo 3152 de la unidad de combinacion 315. El primer selector de mmimo 3152 compara los valores de salida de las funciones de activacion de deslizamiento 3138b, 3138c y de la primera funcion activacion de deslizamiento invertida 3138a entre sf y proporciona el valor de salida mas pequeno entre los mismos en la salida del selector de mmimo 3152. La salida del primer selector de mmimo 3152 representa una viabilidad para amortiguar las oscilaciones de la torre en un intervalo entre e incluyendo “cero” y “uno”.

En algunas realizaciones, la viabilidad de amortiguacion puede estar basada en una deteccion de una condicion de formacion de hielo en el rotor. Tal condicion podna disminuir la capacidad de la turbina para crear una fuerza lateral con paso individual para contrarrestar las oscilaciones laterales de la torre.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Las salidas del primer selector de maximo 3151 y del primer selector de mmimo 3152 se combinan en un segundo selector de mmimo 3153. El segundo selector de mmimo 3153 proporciona la salida mas pequena entre la necesidad de amortiguar y la viabilidad de amortiguacion. La salida del segundo selector de mmimo 3153 representa un nivel de activacion en un intervalo entre e incluyendo “cero” y “uno”.

En algunas realizaciones, el nivel de activacion se introduce en un multiplicador 3154. El multiplicador 3154 recibe un programa de ganancia de un programador de ganancia 321 del controlador. El multiplicador 3154 multiplica el nivel de activacion con el programa de ganancia y emite una ganancia de activacion. El programador de ganancia 321 del controlador proporciona el programa de ganancia como una funcion de la sensibilidad de la fuerza de paso calculada en el estimador de amortiguacion de paso 3136 con el fin de normalizar la salida del multiplicador 3154 a traves de todas las velocidades del viento. Por lo tanto, a pesar de que la sensibilidad de la fuerza de paso vana en un intervalo de velocidades del viento, la ganancia de la activacion no vana con la velocidad del viento.

En algunas realizaciones se proporciona el valor de ganancia de activacion a un limitador de capacidad 303. El limitador de capacidad 303 emite una ganancia de control correspondiente a la salida 202o de la unidad de decision de activacion 202. El limitador de capacidad 303 corresponde a la unidad de suavizado 203 y evita los cambios bruscos en una ganancia de control. En realizaciones que incluyen el programador de ganancia, una prediccion de las oscilaciones de la torre es de menor importancia.

En algunas realizaciones, el modulo de decision de activacion 202 comprende adicionalmente un miembro de seguridad estructural 312. El miembro de seguridad estructural 312 comprende en diversas realizaciones un comparador de aceleracion 3126 y/o un estimador de desgaste 3127. El miembro de seguridad estructural 312 recibe como entrada la aceleracion de la torre del miembro de medicion de aceleracion 3111 de la torre, un lfmite de alarma de aceleracion de un miembro de lfmite de alarma 3121, una carga de pala tal como una carga de pala a lo largo de la aleta de un miembro de carga de pala 3122, una posicion de paso, una velocidad de paso y una aceleracion de paso de un miembro de estado de paso 3123 y una fuerza de empuje de un miembro de fuerza de empuje 3124. En realizaciones adicionales, el miembro de seguridad estructural 312 comprende segundas y terceras funciones de activacion de deslizamiento invertidas 3128a, 3128b.

El comparador de aceleracion 3126 recibe la aceleracion de la torre y el lfmite de alarma de aceleracion como una entrada. A partir de la entrada, el comparador de aceleracion 3126 calcula una senal de distancia de alarma de aceleracion desde la distancia de la aceleracion de la torre hasta el lfmite de alarma como salida. En algunas realizaciones, la senal de distancia se filtra antes de emitirse, por ejemplo en un filtro de paso bajo o un filtro de paso de banda. La senal de distancia se proporciona a la segunda funcion de activacion de deslizamiento invertida 3128a. La segunda funcion de activacion de deslizamiento invertida 3128a arrojara particularmente un valor logico de “uno”, si la distancia de alarma de aceleracion es demasiado pequena, y un valor logico de “cero” si la distancia de alarma de aceleracion es lo suficientemente grande.

El estimador de desgaste 3127 recibe en diversas realizaciones la carga de pala, la posicion de paso, la velocidad de paso, la aceleracion de paso y/o la fuerza de empuje como una entrada. El estimador de desgaste 3127 estima a partir de la entrada de un accionador el desgaste experimentado por los accionadores de paso ajustando los angulos de paso de las palas 110 del rotor debido al ajuste de paso actual y/o inminente. En diversas realizaciones el desgaste del accionador determinado toma en cuenta el desgaste del accionador anterior, actual y/o inminente. El estimador de desgaste 3127 proporciona la senal de desgaste del accionador a la tercera funcion de activacion invertida 3128b. La tercera funcion de activacion invertida 3128b arrojara particularmente un valor logico de “uno”, si el desgaste del accionador estimado es pequeno, y un valor logico de “cero” si el desgaste del accionador estimado es lo suficientemente grande.

La segunda y tercera funciones de activacion de deslizamiento invertidas 3128a, 3128b procesa la entrada como se ha explicado anteriormente con respecto a la primera funcion de activacion de deslizamiento invertida 3138a. Los valores de salida de la segunda y tercera funciones de activacion de deslizamiento invertidas 3128a, 3128b se proporcionan a un segundo selector de maximo 3129. El segundo selector de maximo 3129 compara los valores de salida de la segunda y tercera funciones de activacion de deslizamiento invertidas 3128a, 3128b entre sf y proporciona el valor de salida mas grande como una senal de seguridad estructural.

La senal de seguridad estructural se proporciona en el primer selector de mmimo 3152 de la unidad de combinacion 315. El primer selector de mmimo 3152 incluye la senal de seguridad estructural en su comparacion de valores de salida a partir del miembro de acondicionamiento 313 del valor de viabilidad.

El miembro de seguridad estructural 312 indica en realidad que se desea amortiguacion y, por tanto, podna en otras realizaciones ser una parte del miembro de acondicionamiento 311 del valor de requisito. Sin embargo, mediante la combinacion de la senal de seguridad estructural en el primer selector de mmimo 3152 con los valores de salida del miembro de acondicionamiento 313 del valor de viabilidad, una indicacion de la viabilidad de amortiguacion se aumentara, si el miembro de seguridad estructural 312 indica un requisito planteado y aumenta potencialmente una habilitacion de amortiguacion. De esta manera, incluso si una sensibilidad de la fuerza de paso es demasiado baja para atenuar eficazmente las oscilaciones de la torre, la aceleracion de la torre se aparta del lfmite de alarma y una operacion de la turbina eolica se puede mantener.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Como se ha indicado anteriormente, la sensibilidad de la fuerza de paso es especialmente baja si el angulo de paso de referencia esta cerca del angulo de paso optimo. Por lo tanto, en algunas realizaciones la capacidad estimada de amortiguacion por medio del ajuste del paso como se determina en el estimador de amortiguacion de paso 3136 y/o la senal de distancia de alarma de aceleracion se proporcionan a un expansor 322 de la capacidad de amortiguacion. El expansor 322 de la capacidad de amortiguacion determina si una capacidad adicional de amortiguacion por medio del ajuste del paso se requiere, por ejemplo, basandose en la senal de distancia de alarma de aceleracion. Para generar la capacidad adicional, el expansor 322 de la capacidad de amortiguacion instruye a la unidad de control de paso de palas 205 para anadir un angulo de paso de desplazamiento colectivo a las referencias de paso colectivas a

, de tal manera que una distancia de los angulos de paso de referencia hasta los angulos de paso optimos y asi la sensibilidad de la fuerza de paso se incrementan. Por lo tanto, es posible mejorar la capacidad de amortiguacion por medio del ajuste de la fuerza de paso.

Sin embargo, esta capacidad adicional de amortiguacion se negocia para una operacion mas optima de la turbina eolica y en muchos casos para una magnitud de potencia que no se genera.

El experto entiende que un valor logico de “uno” y un valor logico de “cero”, como se ha utilizado anteriormente pueden igualmente arrojarse en los casos opuestos en funcion de una definicion y una convencion tal como se utiliza en un modulo correspondiente.

Cabe senalar que, por ejemplo, por razones estadfsticas, el metodo puede comprender la estimacion de lo que la oscilacion de la torre habna sido si no se hubiera seleccionado la amortiguacion.

Signos de referencia

102 turbina eolica

104 gondola

106 buje del rotor

108 torre de la turbina eolica

110 palas del rotor

200 logica de control de amortiguacion

201 controlador de amortiguacion lateral

201o angulo de paso de desplazamiento

202 modulo de decision de activacion

202o salida del modulo de decision de activacion

203 unidad de suavizado

204 multiplicadores

204o salida de los multiplicadores

205 unidad de control de paso de palas

206 unidad de curva de paso

207 controlador del paso de nivel bajo

208 unidad de paso de palas

210, 210a, 210b unidad de decision de activacion 210i entrada de la unidad de decision de activacion 210o salida de la unidad de decision de activacion

211 unidad de requisito

2110 salida de la unidad de requisito

212 unidad de evaluacion de requisito

213 unidad de estimacion de fuerza

213i entrada de la unidad de estimacion de fuerza 213o salida de la unidad de estimacion de fuerza

214 unidad de evaluacion estimacion de fuerza

214i entrada de la unidad de evaluacion de estimacion de fuerza

215 multiplicador

216 tabla de busqueda

218 tabla de busqueda

219 conmutador

2111 miembro de umbral de oscilacion

2112 miembro de estimacion de carga

2113 miembro de prediccion de oscilacion

2114 miembro de medicion del viento

2115 modulo de amortiguacion de oscilacion alternativo

2121 miembro de oscilacion

2122 miembro de estimacion de carga

2123 miembro de prediccion de oscilacion

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2124 miembro de medicion del viento

2125 modulo de amortiguacion de oscilacion alternativo

2181 primer miembro de entrada

2182 segundo miembro de entrada

303 limitador de capacidad

3008 diagrama de funcion de activacion de deslizamiento

311 miembro de acondicionamiento del valor de requisito 311a filtro de aceleracion

311b miembro de rafz cuadrada media de aceleracion 311c estimadorde danos 311c

3111 miembro de medicion de aceleracion de la torre

3112 observador danos

3113 miembro de referencia de potencia nominal

3114 miembro de referencia de potencia activa

3115 miembro de evaluacion de la perdida de potencia 3118a funcion de activacion de deslizamiento

3118b funcion de activacion de deslizamiento 3118c funcion de activacion de deslizamiento 3118d funcion de activacion de deslizamiento

312 miembro de seguridad estructural

3121 miembro de lfmite de alarma

3122 miembro de carga de pala

3123 miembro de estado de paso

3124 miembro de fuerza de empuje

3126 comparadorde aceleracion

3127 estimador de desgaste

3128a funcion de activacion de deslizamiento 3128b funcion de activacion de deslizamiento 3129 segundo selector de maximo

313 miembro de acondicionamiento del valor de viabilidad

3131 unidad de curva de paso optima

3132 miembro de paso de referencia

3133 miembro de medicion del viento

3134 miembro de estimacion del viento

3135 estimador de amortiguacion de par

3136 estimador de amortiguacion de paso

3137 filtro de velocidad del viento

3138a funcion de activacion de deslizamiento invertida 3138b funcion de activacion de deslizamiento 3138c funcion de activacion de deslizamiento 315 unidad de combinacion

3151 primer selector de maximo

3152 primer selector de mmimo

3153 segundo selector de mmimo

3154 multiplicador

321 programador de ganancia del controlador

322 expansor de la capacidad de amortiguacion

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para operar una turbina eolica (102), comprendiendo la turbina eolica (102) una torre (108) y un rotor con al menos una pala (110) del rotor, estando el rotor conectado a la torre (108) y adaptado para accionar un generador, en el que un angulo de paso de cada pala (110) del rotor se puede ajustar, comprendiendo el metodo

detectar una oscilacion de la torre (108), y

habilitar selectivamente la amortiguacion de oscilaciones de la torre (108), caracterizado por que

habilitar selectivamente la amortiguacion de la oscilacion comprende

- determinar un requisito para amortiguar la oscilacion,

- determinar un efecto resultante de amortiguacion si se selecciona habilitar la amortiguacion de la oscilacion de la torre, y

- seleccionar permitir la amortiguacion de la oscilacion basandose en el requisito determinado de amortiguacion y en el efecto de amortiguacion determinado resultante.
2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que determinar un requisito de amortiguacion de la oscilacion se basa en al menos una de que

- una oscilacion detectada de la torre (108) alcanza un umbral de oscilacion,

- una indicacion de si un algoritmo de control de amortiguacion de oscilaciones diferente esta operando,

- una indicacion de si un amortiguador de torre pasivo esta operando,

- una carga en la turbina eolica (102) si se selecciona habilitar la amortiguacion de la oscilacion de la torre,

- una relacion entre una velocidad del viento actual y una velocidad nominal del viento, y

- una prediccion de la oscilacion lateral de la torre (108).
3. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que determinar el efecto resultante de amortiguacion se basa en al menos una de

- una fuerza lateral resultante que puede ser generada mediante el ajuste individual del angulo de paso;

- una diferencia entre los angulos de paso de palas (110) del rotor y angulos de paso optimos;

- sensibilidad a la fuerza de paso (dF dd)■

- una relacion entre una potencia actual y una potencia nominal;

- una relacion entre una velocidad del viento actual y una velocidad nominal del viento,

- una fuerza lateral resultante que puede generarse mediante el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador, y

- un punto de operacion de la turbina eolica (102).
4. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el requisito de amortiguacion determinado y el efecto de amortiguacion resultante determinado se combinan para generar un valor de clasificacion de la habilitacion, y la amortiguacion de oscilaciones se habilita de acuerdo con el valor de la clasificacion de la habilitacion, proporcionandose el valor de la clasificacion de la habilitacion como uno de al menos tres valores distintos, un primer valor que habilita la no amortiguacion de oscilaciones, un segundo valor que habilita una amortiguacion de oscilaciones completa y un valor adicional que proporciona una clasificacion distinta de habilitar la amortiguacion de oscilaciones entre ninguna amortiguacion de oscilaciones y una amortiguacion de oscilaciones completa.
5. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la oscilacion de la torre (108) es una oscilacion lateral.
6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que la amortiguacion de la oscilacion lateral comprende el ajuste del angulo de paso individual, y en el que habilitar el ajuste del angulo de paso individual comprende una habilitacion suavizada del ajuste individual del angulo de paso.
7. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 6, en el que la amortiguacion mediante el ajuste del angulo de paso individual se realiza con el fin de reducir una accion de control de un algoritmo de control de oscilacion lateral de amortiguacion diferente.
8. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la carga en la turbina eolica (102) si se selecciona habilitar la amortiguacion de la oscilacion de la torre incluye un momento de inclinacion del cojinete principal y/o una tasa de acumulacion de fatiga en el cojinete de pala.
9. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la oscilacion de la torre (108) se predice mediante la medicion de un momento hacia los bordes y derivando el momento hacia los bordes en el tiempo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

con el fin de recibir una indicacion de su desarrollo y/o midiendo un campo de viento en un area alrededor de la turbina eolica.
10. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que el algoritmo de control de amortiguacion de oscilacion lateral diferente ajusta una velocidad de giro del rotor de tal manera que las oscilaciones inducidas por el rotor tienen una frecuencia diferente de una frecuencia natural de la torre.
11. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que el efecto de amortiguacion, que puede generarse a partir de un ajuste del paso de palas individuales particular y en un punto de operacion particular, se calcula antes de operar la turbina eolica (102) y se almacena en una tabla de busqueda (218).
12. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende ademas

- proporcionar un angulo de paso optimo para cada pala (110) del rotor,

- detectar una oscilacion lateral de la torre (108),

- ajustar un angulo de paso actual de cada pala (110) del rotor como una funcion del angulo de paso optimo, una condicion de viento y/o un requisito de salida del generador,

- determinar una capacidad de amortiguar la oscilacion lateral por medio del ajuste del paso mediante la evaluacion de una diferencia entre el angulo de paso optimo para cada pala (110) del rotor y el angulo de paso actual de cada pala (110) del rotor,

- determinar si una capacidad adicional de amortiguacion por medio del ajuste del paso se requiere, y

si se requiere la capacidad adicional de amortiguacion, aumentar la diferencia entre el angulo de paso optimo y el angulo de paso actual.
13. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que seleccionar habilitar la amortiguacion de oscilacion, basandose en el requisito de amortiguacion determinado y en el efecto de amortiguacion resultante determinado, comprende determinar una aceleracion de la torre y un lfmite de alarma de aceleracion, y determinar, basandose en la aceleracion de la torre y el lfmite de alarma de aceleracion, una senal de distancia de alarma de aceleracion desde la distancia de la aceleracion de la torre hasta un lfmite de alarma.
14. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones, en el que la oscilacion de la torre (108) es una oscilacion lateral, y la amortiguacion de la oscilacion lateral comprende el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador.
15. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 14, en el que el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador comprende variar un par contrario del generador a lo largo del tiempo en funcion de un patron dclico de la oscilacion lateral para proporcionar una fuerza inducida por el par motor del generador que reduce la oscilacion lateral.
16. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende

- almacenar, accesible para un controlador de la turbina eolica, datos de control para una pluralidad de acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre,

- seleccionar al menos una de la acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre para las que se almacenan datos de control, y

- amortiguar la oscilacion de la torre (108) con la seleccionada al menos una de la accion de amortiguacion de oscilaciones de la torre.
17. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 16, en el que las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para las que se almacenan datos de control, comprenden amortiguacion por medio del ajuste del angulo de paso de palas.
18. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que la oscilacion de la torre (108) es una oscilacion lateral, y el ajuste del angulo de paso de palas genera fuerzas laterales que contrarrestan la oscilacion lateral.
19. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16-18, en el que la oscilacion de la torre (108) es una oscilacion lateral, y las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para las que se almacenan datos de control, comprenden el ajuste de una velocidad de giro del rotor de tal manera que las oscilaciones inducidas por el rotor tienen una frecuencia diferente de una frecuencia natural de la torre.
20. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16-19, en el que la oscilacion de la torre (108) es una oscilacion lateral, y las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para las que se almacenan datos de control, comprenden el ajuste de la fuerza inducida por el par motor del generador.
21. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16-20, que comprende

- seleccionar al menos una de las acciones de amortiguacion de oscilaciones de la torre, para las que se almacenan datos de control, en base al requisito de amortiguacion determinado y al efecto de amortiguacion resultante

determinado.
22. Una turbina eolica que comprende una torre (108) y un rotor con al menos una pala (110) del rotor, estando el rotor conectado a la torre (108) y adaptado para accionar un generador, en el que un angulo de paso de cada pala (110) 5 del rotor se puede ajustar, comprendiendo la turbina eolica (102):

- un miembro de deteccion (2111, 2121) adaptado para detectar una oscilacion de la torre (108), y

- un miembro de amortiguacion (201) adaptado para amortiguar la oscilacion de la torre (108), caracterizado por que la turbina eolica comprende ademas

10 - un miembro de habilitacion (202, 204) que esta adaptado para permitir la amortiguacion de oscilaciones,

- un miembro de requisito (211, 212, 311, 312) adaptado para determinar un requisito para amortiguar la oscilacion, y

- un miembro de efecto de amortiguacion (213, 214, 313) adaptado para determinar un efecto de amortiguacion resultante,

en el que el miembro de habilitacion (202, 204) esta adaptado para habilitar la amortiguacion de oscilaciones 15 basandose en una combinacion de la salida del miembro de requisito (211, 212, 311, 312) y el miembro de efecto de amortiguacion (213, 214, 313).