ES2904678T3

ES2904678T3 - Sistema y procedimiento para controlar una turbina eólica en base a condiciones de superficie identificadas de las palas de rotor

Info

Publication number: ES2904678T3
Application number: ES14155535T
Authority: ES
Inventors: Andreas Herrig; Saskia Gerarda Honhoff
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: EP2772643A3; BR102014003222A8; BR102014003222A2; BR102014003222B1; EP2772643B1; EP2772643A2; IN2014CH00894A; US20140241878A1; US9759068B2; DK2772643T3

Abstract

Un procedimiento (100) para controlar una turbina eólica (10) en base a una condición de superficie identificada de una pala de rotor (22) de la turbina eólica (10), comprendiendo el procedimiento: ajustar activamente una entrada operativa de la turbina eólica (10); monitorizar (102) un parámetro operativo de la turbina eólica (10) para obtener datos de parámetro relacionados con el parámetro operativo a medida que cambia la entrada operativa de la turbina eólica por la etapa de ajuste; analizar (104) los datos de parámetro para identificar un estado de rugosidad de la pala de rotor (22) que comprende comparar los datos de parámetro con datos de parámetro limpios predeterminados relacionados con el parámetro operativo; y realizar (106) una acción correctiva cuando se ha identificado que una superficie de la pala de rotor (22) está aerodinámicamente rugosa, en el que realizar (106) la acción correctiva comprende ajustar al menos uno de un ángulo de pitch o una velocidad específica de la pala de rotor (22) para recuperar la reducción de la AEP (producción anual de energía) provocada por el estado de rugosidad potenciando el rendimiento de las palas de rotor (22) y/o la turbina eólica (10) a pesar de la existencia del estado de rugosidad.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para controlar una turbina eólica en base a condiciones de superficie identificadas de las palas de rotor

[0001] La presente materia objeto se refiere, en general, a turbinas eólicas y, más en particular, a un sistema y procedimiento para controlar una turbina eólica en base a condiciones de superficie identificadas de las palas de rotor.

[0002] En general, una turbina eólica incluye una torre, una góndola montada en la torre y un rotor acoplado a la góndola. El rotor incluye típicamente un buje rotatorio y una pluralidad de palas de rotor acopladas a y que se extienden hacia fuera del buje. Cada pala de rotor puede estar espaciada alrededor del buje para facilitar la rotación del rotor para posibilitar que la energía cinética se transfiera del viento a energía mecánica útil y, posteriormente, energía eléctrica.

[0003] Durante el funcionamiento de una turbina eólica, la superficie exterior de las palas de rotor a menudo se ensucia o se vuelve rugosa con el tiempo. Por ejemplo, el polvo, el polen, los insectos y/u otros desechos a menudo se pueden acumular a lo largo de la otra superficie de una pala de rotor, en particular contiguo al borde de ataque de la pala de rotor. Además, a menudo se pueden formar diversos depósitos a lo largo de la superficie exterior de una pala de rotor, tales como cristales de sal, hielo (véase, por ejemplo, el documento US 2005/0276696) y/o similares, teniendo, de este modo, un efecto de engrosamiento en las palas de rotor. Además, también se puede provocar la rugosidad superficial de las palas de rotor debido a la erosión (por ejemplo, erosión por arena) y otros daños de la pala (por ejemplo, daños provocados por impactos de aves), así como debido a defectos de fabricación.

[0004] Cuando las palas de rotor se vuelven aerodinámicamente rugosas debido a suciedad y/u otros factores, la cantidad de potencia generada por la turbina eólica (y, por tanto, su producción anual de energía (AEP)) disminuye significativamente. Esto se debe principalmente al rendimiento de pala reducido (por ejemplo, características de sustentación reducidas, resistencia incrementada, parada más temprana, etc.) que resulta cuando la rugosidad superficial incrementada provoca que el punto de transición de flujo laminar a flujo turbulento a través de la pala de rotor se mueva a barlovento (“upstream”) hacia el borde de ataque, que además da como resultado un incremento del cizallamiento de pared y del espesor de la capa límite. Además de dicha reducción en el rendimiento, una rugosidad superficial incrementada también puede dar como resultado un incremento significativo en la cantidad de ruido generado por las palas de rotor.

[0005] En consecuencia, un sistema y procedimiento para controlar una turbina eólica en respuesta a las condiciones de superficie de pala identificadas (por ejemplo, una rugosidad superficial incrementada) que permita incrementar la AEP de una turbina eólica y/o reducir la cantidad de ruido generado por las palas de rotor a pesar de la presencia de superficies de palas aerodinámicamente rugosas, serían bien recibidos en la tecnología.

[0006] Diversos aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden resultar evidentes a partir de la descripción o se pueden aprender a través de la práctica de la invención.

[0007] La presente invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.

[0008] Diversos rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en, y constituyen una parte de, la presente memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para exponer los principios de la invención. En los dibujos:

La FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica;

la FIG. 2 ilustra una vista interna simplificada de un modo de realización de una góndola de una turbina eólica;

la FIG. 3 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de componentes adecuados que se pueden incluir dentro de un controlador de una turbina eólica;

la FIG. 4 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para controlar una turbina eólica en respuesta a las condiciones de superficie identificadas de las palas de rotor de acuerdo con los aspectos de la presente materia objeto;

la FIG. 5 proporciona una representación gráfica de un ejemplo de cómo se pueden obtener datos de parámetro para un parámetro operativo de una turbina eólica a medida que cambia una entrada operativa de la turbina eólica;

^{la FIG.}6 ^{proporciona una representación gráfica de una recopilación de datos de ejemplo para una pluralidad}de conjuntos de datos que mapean la respuesta dinámica de un parámetro operativo particular a cambios en una entrada operativa específica para palas de rotor aerodinámicamente limpias;

la FIG. 7 proporciona una representación gráfica de una recopilación de datos de ejemplo para una pluralidad de conjuntos de datos que mapean la respuesta dinámica de un parámetro operativo particular a cambios en una entrada operativa específica para palas de rotor aerodinámicamente rugosas;

^{la FIG.}8 ^{proporciona una representación gráfica de las líneas de tendencia promedio para las recopilaciones de datos de ejemplo mostradas en las FIGS.}6 ^{y 7; y}

la FIG. 9 ilustra una vista en perspectiva de una pala de rotor que tiene diversos modos de realización de sensores de rugosidad superficial instalados en la misma.

[0009] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que uno o más ejemplos se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0010] En general, la presente materia objeto está dirigida a un sistema y procedimiento para controlar una turbina eólica en respuesta a las condiciones de superficie identificadas de las palas de rotor. Específicamente, en varios modos de realización, la presente materia objeto está dirigida a un procedimiento para detectar indirectamente un estado de rugosidad de las palas de rotor y, en base a dicho estado de rugosidad, controlar la turbina eólica para adaptarse a cualquier rugosidad superficial de las palas de rotor. Por ejemplo, se pueden usar diversos sensores para monitorizar uno o más parámetros operativos de la turbina eólica (por ejemplo, flexión del eje, flexión de la pala, flexión de la torre, potencia, velocidad del generador, par de torsión del generador, vibración de la torre/buje/pala, ruido de la pala y/o similares) cuando una o más entradas operativas de la turbina eólica (por ejemplo, ángulo de pitch, ángulo de orientación ("yaw angle”), velocidad del generador, par de torsión del generador, condiciones del viento, tales como velocidad del viento y/o condición del viento) se ajustan activamente o cambian de otro modo. Como tal, se puede monitorizar la respuesta dinámica de los parámetros operativos a los cambios en las entradas operativas para permitir que se obtenga una cantidad significativa de datos de parámetro para cada combinación de parámetro(s) operativo(s)/entrada(s) operativa(s). Por ejemplo, se pueden obtener inicialmente los datos de parámetro para una combinación de parámetro(s)/entrada(s) particular cuando es conocido o se anticipa que las palas de rotor están aerodinámicamente limpias, lo que puede permitir que dichos datos de parámetro limpios se usen como valor de referencia para analizar los datos obtenidos posteriormente. Específicamente, cuando se obtienen datos de parámetro adicionales para la combinación de parámetro(s)/entrada(s) particular, se pueden comparar con los datos de parámetro limpios. Si los nuevos datos de parámetro difieren de los datos de parámetro limpios en una cantidad significativa (por ejemplo, más allá de un umbral adecuado), se puede suponer o determinar que las palas han pasado de un estado aerodinámicamente limpio a un estado aerodinámicamente rugoso debido a suciedad, erosión, daño de las palas, etc. En dicho caso, se puede realizar una acción correctiva adecuada (por ejemplo, pitcheando las palas de rotor y/o modificando el funcionamiento del generador) para optimizar el funcionamiento de la turbina eólica para el estado de rugosidad actual de las palas de rotor, permitiendo, de este modo, potenciar el rendimiento global de la turbina eólica.

[0011] Se debe apreciar que, como se usa en el presente documento, el término "aerodinámicamente limpio" se puede referir a una condición de superficie para una pala de rotor en la que no existe rugosidad superficial (es decir, una pala aerodinámicamente lisa) y/o a una condición de superficie en la que, aunque existe algo de rugosidad superficial en la pala de rotor, no es suficiente para tener un impacto significativo en el rendimiento de la pala (por ejemplo, en casos en los que solo una pequeña porción de la superficie de la pala esté rugosa y/o cuando las variaciones de superficie a través de la superficie de la pala son menores que una cantidad dada, tal como menos de 0,5 milímetros). De forma similar, el término "aerodinámicamente rugoso" se puede referir a una condición de superficie para una pala de rotor en la que la rugosidad de superficie en la pala es suficiente para tener un impacto significativo en el rendimiento de la pala y, por tanto, la superficie de la pala de rotor ya no se puede considerar aerodinámicamente limpia.

[0012] En referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10. Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye, en general, una torre 12 que se extiende desde una cimentación 14, una góndola 16 montada en la torre 12 y un rotor 18 acoplado a la góndola 16. El rotor ^{18 incluye un buje rotatorio}20 ^{y al menos una pala de rotor}22 ^{acoplada a y que se extiende hacia fuera del buje}20. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el rotor 18 incluye tres palas de rotor 22. Sin embargo, en un modo de realización alternativo, el rotor 18 puede incluir más o menos de tres palas de rotor 22. Cada pala de rotor 22 ^{puede estar espaciada alrededor del buje}20 ^{para facilitar la rotación del rotor 18 para posibilitar que la energía}cinética se transfiera del viento a energía mecánica útil y, posteriormente, energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 20 puede estar acoplado de forma rotatoria a un generador eléctrico 24 (FIG. 2) situado dentro de la góndola 16 para permitir que se produzca energía eléctrica.

[0013] La turbina eólica 10 también puede incluir un sistema de control de turbina o un controlador 26 de turbina centralizado dentro de la góndola 16. En general, el controlador 26 puede comprender un ordenador u otra unidad de procesamiento adecuada. Por tanto, en varios modos de realización, el controlador 26 puede incluir instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan, configuran el controlador 26 para realizar diversas funciones diferentes, tales como recibir, transmitir y/o ejecutar señales de control de turbina eólica. De este modo, el controlador 26 puede estar configurado, en general, para controlar los diversos modos operativos (por ejemplo, secuencias de arranque o de apagado) y/o componentes de la turbina eólica 10. Por ejemplo, el ^{controlador 26 puede estar configurado para ajustar el pitch de pala o el ángulo de pitch de cada pala de rotor}22 ^{(es decir, un ángulo que determina una perspectiva de la pala}22 ^{con respecto a la dirección del viento) alrededor de su eje de pitch 28 para controlar la velocidad de rotación de la pala de rotor}22 ^{y/o la salida de potencia generada}por la turbina eléctrica 10. Específicamente, en varios modos de realización, el controlador 26 puede controlar el ^{ángulo de pitch de las palas de rotor}22^{, individual o simultáneamente, transmitiendo señales de control adecuadas}directa o indirectamente (por ejemplo, por medio de un controlador de pitch 30 (FIG. 2)) a uno o más mecanismos ^{de ajuste de pitch 32 (FIG.}2^{) de la turbina eólica}10^{. De forma similar, el controlador 26 puede estar configurado}para ajustar el ángulo de orientación de la góndola 16 (es decir, un ángulo que determina una perspectiva de la góndola 16 en relación con la dirección del viento) alrededor de un eje de orientación 34 de la turbina eólica 10. Por ejemplo, el controlador 26 puede transmitir señales de control adecuadas a uno o más mecanismos de accionamiento de orientación 36 (FIG. 2) de la turbina eólica 10 para controlar automáticamente el ángulo de orientación.

[0014] En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra una vista interna simplificada de un modo de realización de la góndola 16 de la turbina eólica 10 mostrada en la FIG. 1. Como se muestra, un generador 24 puede estar dispuesto dentro de la góndola 16. En general, el generador 24 puede estar acoplado al rotor 18 para producir potencia eléctrica a partir de la energía de rotación generada por el rotor 18. Por ejemplo, como se muestra en el modo de realización ilustrado, el rotor 18 puede incluir un eje de rotor 38 acoplado al buje 20 para su rotación con el mismo. El eje de rotor 38 puede, a su vez, estar acoplado de forma rotatoria a un eje de generador 40 del generador 24 a través de una multiplicadora 42. Como se entiende en general, el eje de rotor 38 puede proporcionar una entrada de par de torsión alto y velocidad baja a la multiplicadora 42 en respuesta a la rotación de las palas de rotor 22 y del buje 20. La multiplicadora 42 puede estar configurada entonces para convertir la entrada de par de torsión alto y velocidad baja en una salida de par de torsión bajo y velocidad alta para accionar el eje de generador 40 y, por tanto, el generador 24.

[0015] Adicionalmente, como se indica anteriormente, el controlador 26 también puede estar ubicado dentro de la góndola 16 (por ejemplo, dentro de una caja o panel de control). Sin embargo, en otros modos de realización, el ^{controlador 26 puede estar ubicado dentro de cualquier otro componente de la turbina eólica}10 ^{o en una ubicación}fuera de la turbina eólica (por ejemplo, cuando el controlador 26 está configurado como un controlador de parque para controlar una pluralidad de turbinas eólicas). Como se entiende en general, el controlador 26 puede estar ^{acoplado de forma comunicativa a cualquier número de los componentes de la turbina eólica}10 ^{para controlar el}funcionamiento de dichos componentes. Por ejemplo, como se indica anteriormente, el controlador 26 puede estar acoplado de forma comunicativa a cada mecanismo de ajuste de pitch 32 de la turbina eólica 10 (uno para cada pala de rotor 22) por medio de un controlador de pitch 30 para facilitar la rotación de cada pala de rotor 22 sobre su eje de pitch 28.

[0016] En general, cada mecanismo de ajuste de pitch 32 puede incluir cualesquiera componentes adecuados y puede tener cualquier configuración adecuada que permita que el mecanismo de ajuste de pitch 32 funcione como se describe en el presente documento. Por ejemplo, en varios modos de realización, cada mecanismo de ajuste de pitch 32 puede incluir un motor de accionamiento de pitch 44 (por ejemplo, cualquier motor eléctrico adecuado), una multiplicadora de accionamiento de pitch 46 y un piñón de accionamiento de pitch 48. En dichos modos de realización, el motor de accionamiento de pitch 44 puede estar acoplado a la multiplicadora de accionamiento de pitch 46 de modo que el motor de accionamiento de pitch 44 imparta fuerza mecánica a la multiplicadora de accionamiento de pitch 46. De forma similar, la multiplicadora de accionamiento de pitch 46 puede estar acoplada al piñón de accionamiento de pitch 48 para su rotación con el mismo. El piñón de accionamiento de pitch 48 puede, a su vez, estar en acoplamiento de rotación con un rodamiento de pitch 50 acoplado entre el buje 20 y una pala de rotor 22 correspondiente de modo que la rotación del piñón de accionamiento de pitch 48 provoca la rotación del rodamiento de pitch 50. Por tanto, en dichos modos de realización, la rotación del motor de accionamiento de pitch 44 acciona la multiplicadora de accionamiento de pitch 46 y el piñón de accionamiento de pitch 48, haciendo rotar, de este modo, el rodamiento de pitch 50 y la pala de rotor 22 alrededor del eje de pitch 28.

[0017] En modos de realización alternativos, se debe apreciar que cada mecanismo de ajuste de pitch 32 puede ^{tener cualquier otra configuración adecuada que facilite la rotación de una pala de rotor}22 ^{alrededor de su eje de} pitch 28. Por ejemplo, son conocidos mecanismos de ajuste de pitch 32 que incluyen un dispositivo accionado hidráulico o neumático (por ejemplo, un cilindro hidráulico o neumático) configurado para transmitir energía de rotación al rodamiento de pitch 50, provocando, de este modo, que la pala de rotor 22 rote alrededor de su eje de pitch 28. Por tanto, en varios modos de realización, en lugar del motor de accionamiento de pitch eléctrico 44 descrito anteriormente, cada mecanismo de ajuste de pitch 32 puede incluir un dispositivo accionado hidráulico o neumático que utilice presión de fluido para aplicar un par de torsión al rodamiento de pitch 50.

[0018] La turbina eólica 10 también puede incluir uno o más mecanismos de accionamiento de orientación 36 para ajustar el ángulo de orientación de la góndola 16. En diversos modos de realización, de forma similar a los mecanismos de ajuste de pitch 32, cada mecanismo de accionamiento de orientación 36 puede incluir un motor de accionamiento de orientación 52 (por ejemplo, cualquier motor eléctrico adecuado), una multiplicadora de accionamiento de orientación 54 y un piñón de accionamiento de orientación 56 acoplados conjuntamente para una rotación simultánea. Sin embargo, en otros modos de realización, cada mecanismo de accionamiento de orientación 36 puede tener cualquier otra configuración adecuada, tal como accionándose de forma hidráulica o neumática. En cualquier caso, el/los mecanismo(s) de accionamiento de orientación 36 puede(n) estar configurado(s) para ajustar el ángulo de orientación engranando de forma rotatoria el piñón de accionamiento de orientación 56 con un rodamiento de orientación 58 adecuado (también denominado engranaje de anillo giratorio ^{o de anillo de torre) de la turbina eólica}10^{, permitiendo, de este modo, que la góndola 16 gire alrededor del eje de}orientación 34 (FIG. 1) en relación con el viento.

[0019] Se debe apreciar que, controlando los diversos componentes de la turbina eólica 10, el controlador 26 puede estar configurado para ajustar automáticamente el funcionamiento de la turbina eólica 10. Por ejemplo, como se indica anteriormente, el controlador 26 puede estar configurado para transmitir señales de control adecuadas a los mecanismos de ajuste de pitch 32 (por medio del controlador de pitch 30) para ajustar automáticamente el ángulo de pitch de las palas de rotor 22. De forma similar, el controlador 26 puede estar configurado para transmitir señales de control adecuadas al/a los mecanismo(s) de accionamiento de orientación 36 para permitir que el ángulo de orientación de la góndola 16 se ajuste automáticamente. Además, el controlador 26 puede estar acoplado de forma comunicativa a otros diversos componentes de turbina eólica para controlar diferentes aspectos del funcionamiento de la turbina eólica. Por ejemplo, el controlador 26 puede estar acoplado de forma comunicativa al generador 24 para permitir el ajuste automático del par de torsión del generador, la velocidad del generador y/o cualesquiera otros aspectos de funcionamiento adecuados del generador 24.

[0020] Además, la turbina eólica 10 también puede incluir uno o más sensores para monitorizar diversos parámetros operativos de la turbina eólica 10. Por ejemplo, en varios modos de realización, la turbina eólica 10 puede incluir uno o más sensores de eje 60 configurados para monitorizar uno o más parámetros operativos relacionados con el eje de la turbina eólica 10, tales como las cargas que actúan sobre el eje de rotor 38 (por ejemplo, empuje, flexión y/o cargas de par de torsión), la deformación del eje de rotor 38 (por ejemplo, incluyendo la flexión del eje), la velocidad de rotación del eje de rotor 38 y/o similares. Por tanto, los sensores de eje 60 adecuados pueden incluir, por ejemplo, uno o más sensores de carga (por ejemplo, galgas extensiométricas, sensores de presión), sensores ópticos (por ejemplo, sensores de proximidad, sensores láser, sensores de fibra óptica, cámaras, sensores LIDAR), sensores de radar, acelerómetros, sensores magnéticos, sensores de velocidad, unidades de medición microinerciales (MIMU) y/o similares.

[0021] La turbina eólica 10 también puede incluir uno o más sensores de pala 62 (FIGS. 1 y 2) configurados para ^{monitorizar uno o más parámetros operativos relacionados con las palas de la turbina eólica}10^{, tales como las cargas que actúan sobre las palas}22 ^{(por ejemplo, cargas de flexión), la deformación de las palas}22 ^{(por ejemplo, incluyendo la flexión, torsión y/o similares de las palas), la vibración de las palas}22^{, el ruido generado por las palas}22, el ángulo de pitch de las palas 22, la velocidad de rotación de las palas 22 y/o similares. Por tanto, los sensores de pala 62 adecuados pueden incluir, por ejemplo, uno o más sensores de carga (por ejemplo, galgas extensiométricas, sensores de presión), sensores ópticos (por ejemplo, sensores de proximidad, sensores láser, sensores de fibra óptica, cámaras y sensores LIDAR), sensores de radar, acelerómetros, sensores magnéticos, sensores de velocidad, sensores de ángulo de ataque, sensores de vibración, sensores de ruido (por ejemplo, micrófonos), unidades de medición microinerciales (MIMU) y/o similares. Como se describirá a continuación con referencia a la FIG. 9, las palas de rotor 22 también pueden incluir uno o más sensores de rugosidad 200, 202, 204 configurados para monitorizar directamente la rugosidad superficial de las palas 22.

[0022] Además, la turbina eólica 10 puede incluir uno o más sensores de generador 64 configurados para ^{monitorizar uno o más parámetros operativos relacionados con el generador de la turbina eólica}10^{, tales como la}salida de potencia del generador 24, la velocidad de rotación del generador 24, el par de torsión del generador y/o similares. Por tanto, los sensores de generador 64 adecuados pueden incluir, por ejemplo, sensores de potencia (por ejemplo, sensores de tensión, sensores de corriente), sensores de par de torsión, sensores de velocidad y/o similares.

[0023] Además, la turbina eólica 10 también puede incluir otros diversos sensores para monitorizar otros numerosos parámetros operativos de turbina. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 2, la turbina eólica 10 ^{puede incluir uno o más sensores de torre}66 ^{(por ejemplo, un sensor(es) de carga, tal(es) como una galga(s)}extensiométrica(s), un acelerómetro(s), MIMU, etc.) para monitorizar diversos parámetros operativos relacionados ^{con la torre, tales como las cargas que actúan sobre la torre}12^{, la deformación de la torre}12 ^{(por ejemplo, flexión}y/o torsión de la torre), vibraciones de la torre y/o similares. Además, la turbina eólica 10 puede incluir uno o más ^{sensores de viento}68 ^{(por ejemplo, un anemómetro(s)) para monitorizar una o más condiciones de viento de la}turbina eólica 10, tales como la velocidad del viento y/o la dirección del viento. De forma similar, la turbina eólica 10 puede incluir uno o más sensores de buje 70 (por ejemplo, un sensor(es) de carga, un acelerómetro(s), etc.) para monitorizar diversos parámetros operativos relacionados con el buje (por ejemplo, las cargas transmitidas a través del buje 20, vibraciones del buje y/o similares) y/o uno o más sensores de góndola 72 (por ejemplo, un sensor(es) de carga, un acelerómetro(s), etc.) para monitorizar uno o más parámetros operativos relacionados con la góndola (por ejemplo, las cargas transmitidas a través de la góndola 16, las vibraciones de la góndola y/o ^{similares). Por supuesto, la turbina eólica}10 ^{puede incluir además otros diversos sensores adecuados para}monitorizar cualesquiera otros parámetros operativos adecuados de la turbina eólica 10. Se debe apreciar que los diversos sensores descritos en el presente documento pueden corresponder a sensores preexistentes de una ^{turbina eólica}10 ^{y/o sensores que se han instalado específicamente dentro de la turbina eólica}10 ^{para permitir}que se vigilen uno o más parámetros operativos.

[0024] También se debe apreciar que, como se usa en el presente documento, el término "monitorizar" y ^{variaciones del mismo indican que los diversos sensores de la turbina eólica}10 ^{pueden estar configurados para}proporcionar una medición directa de los parámetros operativos que se monitorizan o una medición indirecta de dichos parámetros operativos. Por tanto, los sensores se pueden usar, por ejemplo, para generar señales que se relacionan con el parámetro operativo que se está monitorizando, que a continuación se puede utilizar por el controlador 26 para determinar el parámetro operativo real.

[0025] En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de componentes adecuados que se pueden incluir dentro del controlador 26 de turbina (y/o el controlador de pitch 30) de acuerdo con los aspectos de la presente materia objeto. Como se muestra, el controlador 26 puede incluir uno o más procesadores 74 y dispositivos de memoria 76 asociados configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares divulgados en el presente documento). Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados que se refieren en la técnica que están incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables. Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 76 puede(n) comprender en general elemento(s) de memoria, incluyendo, pero sin limitarse a, medio legible por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disco flexible, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 76 se puede(n) configurar, en general, para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 74, configuran el controlador 26 para realizar diversas funciones que incluyen, pero sin limitarse a, monitorizar uno o más parámetros operativos de la ^{turbina eólica 10 en base a señales recibidas desde los sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72, transmitir señales de}control adecuadas para implementar acciones correctivas en respuesta a la identificación de palas de rotor ^{aerodinámicamente rugosas}22 ^{y otras diversas funciones implementadas por ordenador adecuadas.}

[0026] Adicionalmente, el controlador 26 puede incluir también un módulo de comunicaciones 78 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 26 y los diversos componentes de la turbina eólica 10. Por ejemplo, el módulo de comunicaciones 78 puede servir como interfaz para permitir que el controlador de turbina 26 transmita señales de control a cada mecanismo de ajuste de pitch 32 para controlar el ángulo de pitch de las palas de rotor 22. Además, el módulo de comunicaciones 78 puede incluir una interfaz de sensor 80 (por ejemplo, uno o más ^{convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde los sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72 se conviertan en señales que se puedan entender y procesar por los procesadores 58.}

^[0027] ^{Se debe apreciar que los sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72 se pueden acoplar de forma comunicativa al}módulo de comunicaciones 78 usando cualquier medio adecuado. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3, los ^{sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72 están acoplados a la interfaz de sensor 80 por medio de una conexión por cable. Sin embargo, en otros modos de realización, los sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72 se pueden acoplar a la}interfaz de sensor 64 por medio de una conexión inalámbrica, tal como usando cualquier protocolo de comunicaciones inalámbricas adecuado conocido en la técnica.

[0028] En referencia ahora a la FIG. 4, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un ^{procedimiento}100 ^{para controlar una turbina eólica}10 ^{en base a una condición de superficie identificada de una}pala de rotor 22 de acuerdo con los aspectos de la presente materia objeto. En general, el procedimiento 100 ^{puede permitir que se detecte indirectamente la rugosidad superficial de las palas de rotor}22 ^{monitorizando uno o}más parámetros operativos de la turbina eólica (por ejemplo, deformación del eje, deformación de la pala, deformación de la torre, salida de potencia, velocidad del generador, par de torsión del generador, vibración de la pala/buje/torre, ruido de la pala, derivadas de cualesquiera parámetros operativos, tales como la velocidad del generador y/o derivadas del par de torsión y/o similares). A continuación, la rugosidad superficial identificada se puede usar como base para realizar acciones correctivas para modificar el funcionamiento de la turbina eólica para adaptarse al estado de rugosidad actual de las palas de rotor 22. Por ejemplo, a medida que la superficie de las palas se vuelve aerodinámicamente rugosa debido a suciedad, erosión, daños, etc., diversas propiedades ^{aerodinámicas de las palas de rotor}22^{, tales como el coeficiente de sustentación, coeficiente de resistencia,}proporción de sustentación con respecto a resistencia, ángulo de parada, etc., se ven afectados, lo que a su vez puede provocar variaciones en los parámetros operativos de la turbina eólica. 10. Por tanto, monitorizando uno o más parámetros operativos de la turbina eólica, se puede detectar la rugosidad superficial o la falta de la misma identificando determinados cambios en los parámetros operativos. Tras la detección de una cantidad dada de rugosidad superficial, se puede modificar el funcionamiento de la turbina eólica (por ejemplo, ajustando el ángulo de pitch y/o la velocidad específica (“tip speed ratio”) de las palas de rotor) para reducir el impacto de dicha rugosidad sobre el rendimiento de turbina global.

[0029] Como se muestra en la FIG. 4, en 102, se pueden monitorizar uno o más parámetros operativos de la ^{turbina eólica}10 ^{a medida que cambian una o más entradas operativas de la turbina, permitiendo, de este modo,}obtener datos de parámetro correspondientes a la respuesta dinámica del/de los parámetro(s) operativo(s) a los cambios en la(s) entrada(s) operativa(s). Como se usa en el presente documento, el término "entrada operativa" ^{se refiere a cualquier variable de funcionamiento adecuada de una turbina eólica}10 ^{que, cuando se varía, da como}resultado un cambio en uno o más de los parámetros operativos de la turbina eólica 10. Por ejemplo, las entradas operativas pueden incluir, pero no se limitan a, entradas que se pueden controlar activa o automáticamente, tales ^{como el ángulo de pitch de las palas de rotor}22^{, el ángulo de orientación de la góndola 16, la velocidad de rotación de uno o más componentes de la turbina eólica}10 ^{(por ejemplo, velocidad del rotor o velocidad del generador),}par de torsión del generador y/o similares, y otras diversas entradas operativas, tales como condiciones del viento (por ejemplo, velocidad del viento y/o dirección del viento).

[0030] En varios modos de realización, se pueden ajustar activamente una o más de las entradas operativas (por ^{ejemplo, pitcheando activamente las palas de rotor}22^{, orientando la góndola 16 y/o controlando la velocidad de}funcionamiento y/o el par de torsión del generador 24) mientras se monitorizan uno o más parámetros operativos ^{usando los diversos sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72 descritos anteriormente para permitir que se obtengan los}datos de parámetro relacionados con el/los parámetro(s) operativo(s). De forma alternativa, para entradas operativas pasivas (por ejemplo, velocidad del viento y/o dirección del viento), el/los parámetro(s) operativo(s) se puede(n) monitorizar simplemente mientras que dicha(s) entrada(s) cambia(n) para obtener datos de parámetro relacionados con el/los parámetro(s) operativo(s). En cualquier caso, los datos de parámetro obtenidos de los ^{sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72 a continuación se pueden transmitir al controlador 26 para su análisis y/o}almacenamiento posterior. Se debe apreciar que, en varios modos de realización, se pueden obtener los datos de ^{parámetro mientras la turbina eólica}10 ^{está en operación.}

[0031] La FIG. 5 proporciona una representación gráfica de un ejemplo de cómo se pueden obtener datos de ^{parámetro cuando una de las entradas operativas de la turbina eólica}10 ^{se cambia o de otro modo cambia (por}ejemplo, en este caso, el ángulo de pitch de las palas de rotor 22). Como se muestra, se pueden pitchear periódicamente las palas de rotor 22 a través de uno o más intervalos de ángulo de pitch PARI, PAR2 (por ejemplo, pitcheando las palas 22 lejos de la posición de potencia en un ángulo dado, tal como 5-15 grados, manteniendo ^{las palas}22 ^{en dicho ángulo durante un período de tiempo dado y a continuación pitcheando las palas}22 ^{de vuelta}a la posición de potencia) mientras se monitorizan uno o más parámetros operativos. Dicho pitcheo periódico de ^{las palas de rotor}22 ^{puede permitir que se obtengan conjuntos de datos de parámetros múltiples (por ejemplo, un}1^{.er conjunto de datos (DS}1^{), un}2^{.° conjunto de datos (DS}2^{), ... y un Nésimo conjunto de datos, en el que N es el}número total de conjuntos de datos obtenidos) durante una pluralidad de períodos de tiempo separados (por ejemplo, TP1, TP2, TPN). Por ejemplo, se pueden pitchear las palas 22 cada minuto, cada hora, diariamente, semanalmente, mensualmente y/o en cualquier otro intervalo adecuado para permitir que se obtengan una pluralidad de conjuntos de datos diferentes para cada parámetro operativo monitorizado. Además, como se muestra en la FIG. 5, pitcheando las palas de rotor 22 a través de dos o más intervalos de ángulo de pitch PARI, PAR2 diferentes, los conjuntos de datos pueden ser representativos de las diferentes respuestas del/de los parámetro(s) operativo(s) a las magnitudes variables de cambios en el ángulo de pitch.

[0032] Se debe apreciar que se pueden obtener los datos de parámetro de forma similar a medida que se producen cambios en cualquier/cualesquiera otra(s) entrada(s) operativa(s) adecuada(s). Por ejemplo, se puede ajustar periódicamente el ángulo de orientación de la góndola 16 a través de un intervalo de ángulos de orientación mientras se monitorizan uno o más de los parámetros operativos. De forma similar, se pueden ajustar periódicamente la velocidad y/o el par de torsión del generador a través de un intervalo de velocidades/pares de torsión para permitir que se obtengan datos de parámetro para uno o más de los parámetros operativos. Además, para cambios en la velocidad del viento y/o la dirección del viento, se puede(n) monitorizar el/los parámetro(s) operativo(s) a medida que cambia la velocidad y/o la dirección del viento para permitir que se obtengan los datos de parámetro.

[0033] A continuación, se pueden organizar los datos de parámetro adquiridos y almacenarse dentro del controlador 26 y/o cualquier otro dispositivo de almacenamiento de datos adecuado. En varios modos de realización, los conjuntos de datos obtenidos para un parámetro operativo particular en respuesta a los cambios en una entrada operativa específica se pueden organizar en una recopilación de datos en base al estado de rugosidad observado, anticipado y/o conocido de las palas de rotor 22. Específicamente, puede haber casos en los que es conocido o se anticipa que las palas de rotor 22 están aerodinámicamente limpias. Por ejemplo, se ^{puede suponer que las palas de rotor}22 ^{están aerodinámicamente limpias cuando las palas}22 ^{son nuevas (o son}relativamente nuevas) o después de que se han limpiado las palas (por ejemplo, después de una tormenta de lluvia o después de que se han lavado las palas como parte de una operación de mantenimiento). Los datos de parámetro obtenidos durante estos casos se pueden identificar como "datos de parámetro limpios" y se pueden almacenar dentro del controlador 26 (u otro dispositivo de almacenamiento) en consecuencia. Como se describirá a continuación, estos datos de parámetro limpios se pueden usar como datos de referencia o de valor de referencia para detectar cambios en la rugosidad superficial de las palas de rotor.

^[0034] ^{Por ejemplo, la FIG.}6 ^{proporciona una representación gráfica de una recopilación de datos de ejemplo}para una pluralidad de conjuntos de datos (por ejemplo, DS1, DS2 ... DSN) mapeando la respuesta dinámica de un parámetro operativo particular a los cambios en una entrada operativa específica (por ejemplo, ángulo de pitch) mientras que las palas de rotor están aerodinámicamente limpias. Como se muestra, los datos de parámetro limpios obtenidos pueden estar dispersos debido a errores del sensor, variaciones en la magnitud de los cambios de entrada (por ejemplo, PARI frente a PAR2), variaciones en otros parámetros operativos de la turbina eólica 10 y/o debido a cualesquiera otros factores adecuados. Por tanto, en varios modos de realización, se pueden analizar ^{los datos de parámetro para determinar el mejor ajuste o la línea de tendencia}110 ^{correspondiente a la respuesta}promedio en el parámetro operativo pertinente como resultado de las variaciones en la entrada operativa. Esta ^{línea de tendencia}100 ^{para los datos de parámetro limpios puede servir a continuación, en varios modos de}realización, como base para analizar los datos de parámetro obtenidos posteriormente para determinar el estado ^{de rugosidad de las palas de rotor}22^.

[0035] Como se indica anteriormente, se pueden obtener periódicamente los datos de parámetro para el/los parámetro(s) operativo(s) durante una pluralidad de períodos de tiempo diferentes (por ejemplo, TP1, TP2, TPN). Por tanto, además de obtener datos de parámetro limpios, también se pueden obtener datos de parámetro cuando ^{se desconoce el estado de rugosidad de las palas de rotor}22 ^{y, en particular, cuando las superficies de las palas}de rotor 22 se han vuelto significativamente rugosas con el tiempo. Por ejemplo, la FIG. 7 proporciona una representación gráfica de una recopilación de datos de ejemplo para una pluralidad de conjuntos de datos (por ejemplo, DS1, DS2 ... DSN) mapeando la respuesta dinámica de un parámetro operativo particular a los cambios ^{en una entrada operativa específica (por ejemplo, ángulo de pitch) cuando las superficies de las palas de rotor}22 están aerodinámicamente rugosas. Como se muestra, de forma similar a los datos de parámetro limpios, estos "datos de parámetro rugosos" pueden estar dispersos debido a errores del sensor, variaciones en los parámetros operativos y/o similares. Por tanto, se pueden analizar los datos para determinar el mejor ajuste o la línea de ^tendencia112 ^{correspondiente a la respuesta promedio en el parámetro operativo pertinente como resultado de}las variaciones en la entrada operativa.

[0036] Se debe apreciar que, en un modo de realización, la superficie de las palas de rotor 22 puede estar intencionadamente rugosa para permitir que se obtengan datos de referencia o de valor de referencia para las palas de rotor 22 aerodinámicamente rugosas. Por ejemplo, se puede unir un modificador de rugosidad (por ^{ejemplo, una tira de turbulador) a la superficie de las palas de rotor}22 ^{para permitir que se obtengan datos de referencia para las palas}22^.

[0037] También se debe apreciar que, para determinados parámetros operativos, los datos de parámetro medidos pueden depender de la velocidad del viento y/o la densidad del aire (por ejemplo, la velocidad del viento al cuadrado por la densidad del aire). Por tanto, para dichos parámetros operativos, se pueden organizar los datos de parámetro dentro del controlador 26 en base a la velocidad del viento presente en el momento en que se recopilaron los datos. Por ejemplo, los datos de parámetro se pueden agrupar o clasificar dentro de bandas específicas de velocidades del viento (por ejemplo, teniendo cada banda de velocidad del viento una anchura de aproximadamente 0,5 m/s a aproximadamente 1 m/s). Además, los datos de parámetro clasificados también se pueden corregir o normalizar en base a la densidad del aire real presente en el momento en que se recopilaron los datos para permitir que los datos sean comparables.

[0038] En referencia de nuevo a la FIG. 4, en 104, se pueden analizar los datos de parámetro obtenidos en 102 para identificar un estado de rugosidad de la pala de rotor. Como se indica anteriormente, en varios modos de ^{realización, se puede identificar el estado de rugosidad de las palas de rotor}22 ^{comparando datos de parámetro}nuevos u obtenidos recientemente con un conjunto de valor de referencia de datos de parámetro limpios almacenados previamente. Por tanto, para proporcionar un ejemplo, se puede suponer que la recopilación de datos mostrada en la FIG. 7 corresponde al/a los conjunto(s) de datos obtenido(s) más recientemente para un parámetro operativo particular. En un modo de realización de este tipo, la línea de tendencia promedio 112 establecida para ^{dichos datos se puede comparar con la línea de tendencia promedio}110 ^{para los datos de parámetro limpios correspondientes mostrados en la FIG.}6^{. Si los datos de parámetro actuales difieren de los datos de parámetro limpios en un umbral específico, entonces se puede determinar que las superficies de las palas de rotor}22 ^{ya no}están limpias y, por tanto, debe estar presente una cantidad significativa de rugosidad superficial.

^[0039] ^{Por ejemplo, la FIG.}8 ^{proporciona un gráfico que ilustra las líneas de tendencia 110, 112 para los conjuntos de datos descritos anteriormente con referencia a las FIGS.}6 ^{y 7. Como se muestra, la línea de tendencia}112 ^{para los datos de parámetro actuales o rugosos se desvía de la línea de tendencia}110 ^{para los datos de}parámetro limpios. Específicamente, en el modo de realización ilustrado, las líneas de tendencia 110, 112 presentan pendientes significativamente diferentes. En un modo de realización de este tipo, se puede establecer, por ejemplo, un umbral predeterminado que corresponda a un diferencial de pendiente específico en el que los datos indican que existe una rugosidad superficial significativa. Por tanto, si la pendiente de la línea de tendencia ^actual112 ^{difiere de la pendiente de la línea de tendencia limpia}110 ^{en al menos el umbral predeterminado, se puede determinar que las superficies de las palas de rotor}22 ^{están aerodinámicamente rugosas.}

[0040] Se debe apreciar que, en otros modos de realización, se puede establecer el umbral predeterminado usando cualquier otro indicador de datos adecuado que proporcione un medio para distinguir los datos de parámetro limpios de los datos de parámetro obtenidos cuando las superficies de las palas de rotor están aerodinámicamente rugosas. Por ejemplo, como una alternativa al uso de un diferencial de pendiente específico, ^{se pueden usar valores de compensación mínimo y/o máximo de la línea de tendencia limpia}110 ^{(por ejemplo,}una o más desviaciones estándar) como el umbral predeterminado para analizar los datos de parámetro obtenidos más recientemente. Además, se debe apreciar que la respuesta de parámetro incorporada en los datos de parámetro puede ser no lineal. En un modo de realización de este tipo, cada línea de tendencia 110, 112 puede corresponder, por ejemplo, a una línea de referencia que se extiende tangente a un ajuste de curva adecuado asociado con los datos de parámetro.

[0041] En referencia de nuevo a la FIG. 4, en 106, se puede realizar una acción correctiva en respuesta al estado de rugosidad identificado de las palas de rotor 22. Específicamente, en varios modos de realización, se puede ^{realizar una acción correctiva cuando se determina que las superficies de las palas de rotor}22 ^estánaerodinámicamente rugosas. Por ejemplo, como se indica anteriormente, se pueden comparar los datos de parámetro limpios almacenados previamente con los datos de parámetro actuales para determinar si los datos de parámetro actuales difieren de los datos de parámetro limpios en al menos un umbral predeterminado. Si los datos de parámetro actuales realmente difieren de los datos de parámetro limpios en al menos el umbral, a continuación, se puede realizar una acción correctiva adecuada para ajustar apropiadamente el funcionamiento de la turbina eólica. Sin embargo, si no se supera el umbral, el funcionamiento de la turbina eólica puede continuar sin necesidad de realizar una acción correctiva.

[0042] En general, la acción correctiva realizada en respuesta a la identificación de palas de rotor aerodinámicamente rugosas puede corresponder a cualquier acción de control adecuada que permita que se ^{potencie el rendimiento de las palas de rotor}22 ^{y/o de la turbina eólica}10 ^{a pesar de la existencia de dichas}condiciones de superficie rugosas. Específicamente, se ha descubierto que se puede recuperar un porcentaje (por ejemplo, aproximadamente un 0,5 %-1,5 %) de la reducción de la AEP provocada por palas aerodinámicamente rugosas adaptando el funcionamiento de la turbina eólica para adaptarse al estado de rugosidad actual de las palas 22. Por ejemplo, modificando una o más de las entradas operativas de la turbina eólica 10 en base a la rugosidad ^{superficial identificada, se pueden reducir las pérdidas de rendimiento de la pala de rotor}22 ^{(por ejemplo, reducir}sustentación, resistencia incrementada, parada más temprana), dando como resultado, de este modo, una ganancia de AEP eficaz para la turbina eólica 10. Además, adaptando el funcionamiento de la turbina eólica en ^{base a la condición de superficie de las palas de rotor}22^{, también se puede reducir la cantidad de ruido generado por las palas de rotor}22^.

[0043] En varios modos de realización, la acción correctiva realizada puede corresponder a ajustar el ángulo de ^pitch ^{de las palas de rotor}22 ^{para adaptarse a la rugosidad superficial de las palas de rotor}22 ^{(en particular en el}borde de ataque de las palas de rotor 22). Como se indica anteriormente, se pueden pitchear las palas de rotor 22 controlando el funcionamiento de los mecanismos de ajuste de pitch 32.

[0044] En otro modo de realización, la acción correctiva realizada puede estar dirigida a ajustar la velocidad específica (TSR) de las palas de rotor 22 (es decir, la proporción de la velocidad de punta de pala con respecto a la velocidad del viento). Como se entiende en general, se puede ajustar la TSR usando cualquier acción de control adecuada que permita una modificación de la velocidad del rotor. Por ejemplo, la acción de control puede corresponder a ajustar el funcionamiento del generador 24 (por ejemplo, modificando el par de torsión del generador y/o la velocidad del generador), lo que, a su vez, puede dar como resultado que se modifique la velocidad del rotor. En otro modo de realización, la acción de control puede corresponder a la orientación de la góndola 16 para cambiar el ángulo de orientación, permitiendo, de este modo, que se modifique la velocidad del rotor. En otro modo de realización, se puede ajustar la TSR modificando el ángulo de pitch de las palas de rotor 22 de la manera descrita anteriormente.

[0045] Además, se pueden realizar otras diversas acciones correctivas en respuesta a la identificación y/o detección de palas de rotor 22 aerodinámicamente rugosas. Por ejemplo, en un modo de realización, el controlador 26 puede estar configurado para proporcionar una alerta u otra notificación que indique el estado de rugosidad de las palas de rotor 22. Esta notificación puede estar diseñada para señalar a los trabajadores de mantenimiento que es posible que sea necesario realizar una operación de mantenimiento adecuada. Por ejemplo, tras recibir la notificación, se puede programar una operación de limpieza/lavado de pala para permitir la eliminación de cualquier suciedad de la pala y/u otros depósitos en la pala. En otro modo de realización, por ejemplo, en el que puede estar ^{presente hielo en las palas de rotor}22^{, la acción correctiva puede ser realizar cualquier estrategia de mitigación}de hielo adecuada (por ejemplo, activando calefactores o cualquier otro sistema de deshielo adecuado asociado ^{con las palas de rotor}22^).

^[0046] ^{Se debe apreciar que, además de los diversos sensores 60, 62, 64,}66^,68^{, 70, 72 descritos anteriormente, la turbina eólica}10 ^{también puede incluir uno o más sensores de rugosidad superficial configurados para}monitorizar directamente la rugosidad superficial de las palas de rotor 22. Por ejemplo, la FIG. 9 ilustra una vista ^{en perspectiva de una pala de rotor}22 ^{que tiene diversos modos de realización de sensores de rugosidad}202^,204, 206 instalados en la misma. Como se muestra, la pala de rotor 22 incluye una raíz de pala 82 configurada para montar la pala de rotor 22 en el buje 18 de una turbina eólica 10 (FIG. 1), una punta de pala 84 dispuesta ^{opuesta a la raíz de pala 82 y el cuerpo}86 ^{que se extiende entre la raíz de pala 82 y la punta de pala 84. El cuerpo}86 ^{puede definir, en general, la conformación aerodinámica de la pala de rotor}22 ^{y, por tanto, puede incluir un lado de presión}88 ^{y un lado de succión 90 que se extiende entre un borde de ataque 92 y un borde de salida 94.}Además, la pala de rotor 22 puede incluir, en general, una envergadura 96 que define la longitud total entre la raíz de pala 82 y la punta de pala 84 y una cuerda 98 que define la longitud total entre el borde de ataque 92 y el borde de salida 94. Como se entiende en general, la cuerda 98 puede variar en longitud con respecto a la envergadura ^{96 a medida que el cuerpo}86 ^{se extiende desde la raíz de pala 82 hasta la punta de pala 84.}

[0047] Adicionalmente, como se muestra en la FIG. 9, se pueden instalar uno o más sensores de rugosidad 200, 202, 204 en y/o dentro de la pala de rotor 22. En general, los sensores de rugosidad 200, 202, 204 pueden estar configurados para proporcionar al controlador 26 datos de condición de superficie relacionados con la rugosidad superficial de la pala de rotor 22. Por ejemplo, en un modo de realización, el/los sensor(es) de rugosidad puede(n) ^{ser un anemómetro de película delgada}200 ^{situado a lo largo de la superficie exterior de la pala}22 ^{(por ejemplo,}en o cerca del borde de ataque 92). El anemómetro de película delgada 200 puede incluir, por ejemplo, una placa calentada que se mantiene a una temperatura constante variando la corriente eléctrica suministrada a la placa. En ^{un modo de realización de este tipo, se puede detectar la rugosidad superficial de la pala de rotor}22 ^{monitorizando}la tasa de eliminación de calor a través de la placa (es decir, monitorizando cuánta corriente se requiere para mantener la temperatura de la placa constante). Típicamente, la tasa de eliminación de calor de la placa será mucho mayor con un flujo turbulento. Por tanto, cuando se incrementa la tasa de eliminación de calor, se puede suponer que el punto de transición de flujo laminar a flujo turbulento se ha desplazado más cerca del borde de ataque 92 de la pala de rotor 22, indicando, de este modo, la posibilidad de una pala de rotor 22 aerodinámicamente rugosa.

[0048] En otro modo de realización, el/los sensor(es) de rugosidad puede(n) ser un sensor fotovoltaico (FV) de ^{película delgada}202 ^{situado a lo largo de la superficie exterior de la pala}22 ^{(por ejemplo, en o cerca del borde de}ataque 92). Como se entiende en general, los sensores FV 202 pueden estar configurados para convertir la luz que incide en los sensores en una corriente eléctrica o cualquier otra salida adecuada. Por tanto, cuando el sensor FV 202 está limpio, se puede exponer el sensor 202 a una cantidad máxima de luz. Sin embargo, a medida que la superficie de la pala 22 (y, por tanto, la superficie del sensor FV 202) se vuelve rugosa debido a la suciedad y/u otros depósitos, se reducirá la exposición del sensor FV a la luz. Como tal, la salida del sensor FV 202 puede ser proporcional a o puede ser indicativa de otro modo de la rugosidad superficial de la pala de rotor 22. En consecuencia, analizando la salida del sensor, se puede estimar o determinar el estado de rugosidad de las palas ^{de rotor}22^.

[0049] En otro modo de realización, el/los sensor(es) de rugosidad pueden ser un sensor óptico 204 situado detrás de un panel o ventana transparente 206 que forma una parte de la superficie exterior de la pala 22. Por ejemplo, el sensor óptico 204 puede ser una cámara configurada para captar imágenes de la ventana 206. En un modo de realización de este tipo, se pueden analizar las imágenes captadas por la cámara para detectar cualquier cambio en la transparencia de la ventana debido a suciedad u otra contaminación de superficie. Monitorizando y/o analizando dichos cambios de transparencia, se puede estimar o determinar el estado de rugosidad de las palas ^{de rotor}22^.

[0050] Se debe apreciar que, en otros modos de realización, el/los sensor(es) de rugosidad 200, 202, 204 puede(n) ser cualquier/cualesquiera otro(s) sensor(es) adecuado(s) que permita(n) que se vigile directamente la rugosidad superficial de las palas de rotor 22. Por ejemplo, en un modo de realización, el/los sensor(es) de rugosidad puede(n) ser un sensor de presión configurado para monitorizar las variaciones de presión a lo largo de ^{la superficie de la pala de rotor}22 ^{que se producen cuando el punto de transición de flujo laminar a flujo de}transición se desplaza a través de la ubicación del sensor hacia el borde de ataque 94 de la pala 22, indicando, de ^{este modo, que la pala de rotor}22 ^{puede estar aerodinámicamente rugosa.}

[0051] Usando los sensores de rugosidad 200, 202, 204 divulgados, se puede estimar directamente la rugosidad superficial de las palas de rotor 22. De forma alternativa, de acuerdo con el procedimiento 100 descrito anteriormente con referencia a la FIG. 4, se pueden usar los datos de condición de superficie proporcionados por el/los sensor(es) de rugosidad 200, 202, 204 para complementar los datos de parámetro que se analizan por el controlador 26. Por ejemplo, si el análisis de los datos de parámetro actuales indica que las palas de rotor 22 están aerodinámicamente rugosas, se pueden usar los datos de condición de superficie proporcionados por el/los sensor(es) de rugosidad 200, 202, 204 para confirmar la exactitud de este análisis. Por tanto, se pueden usar los datos de condición de superficie para incrementar la confianza estadística en la estimación realizada usando los datos de parámetro.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento (100) para controlar una turbina eólica (10) en base a una condición de superficie ^{identificada de una pala de rotor (}22^{) de la turbina eólica (}10^{), comprendiendo el procedimiento:}

^{ajustar activamente una entrada operativa de la turbina eólica (}10^);

^{monitorizar (}102^{) un parámetro operativo de la turbina eólica (}10^{) para obtener datos de parámetro}relacionados con el parámetro operativo a medida que cambia la entrada operativa de la turbina eólica por la etapa de ajuste;

analizar (104) los datos de parámetro para identificar un estado de rugosidad de la pala de rotor (22) que comprende comparar los datos de parámetro con datos de parámetro limpios predeterminados relacionados con el parámetro operativo; y

^{realizar (106) una acción correctiva cuando se ha identificado que una superficie de la pala de rotor (}22⁾está aerodinámicamente rugosa,

en el que realizar (106) la acción correctiva comprende ajustar al menos uno de un ángulo de pitch o una velocidad específica de la pala de rotor (22) para recuperar la reducción de la AEP (producción anual de energía) provocada por el estado de rugosidad potenciando el rendimiento de las palas de ^{rotor (}22^{) y/o la turbina eólica (}10^{) a pesar de la existencia del estado de rugosidad.}

2. El procedimiento (100) de la reivindicación 1, en el que los datos de parámetro comprenden combinaciones de parámetro(s) operativo(s)/entrada(s) operativa(s), en el que se monitoriza una respuesta dinámica de los parámetros operativos a los cambios en las entradas operativas para permitir que se obtenga una cantidad significativa de datos de parámetro para cada combinación de parámetro(s)/entrada(s) operativa(s).

3. El procedimiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que la entrada operativa comprende al menos uno de ángulo de pitch, el ángulo de orientación, la velocidad del generador o el par de torsión del generador.

4. El procedimiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que el parámetro operativo comprende al menos uno de flexión del eje, flexión de la pala, flexión de la torre, salida de potencia, velocidad del generador, par de torsión del generador, vibración de los componentes o ruido de la pala.

5. El procedimiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que realizar (106) una acción correctiva en respuesta al estado de rugosidad identificado comprende realizar la acción correctiva cuando los datos de parámetro difieren de los datos de parámetro limpios predeterminados en al menos un umbral predeterminado.

6^{. El procedimiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que comparar los datos de parámetro}con los datos de parámetro limpios predeterminados relacionados con el parámetro operativo comprende:

analizar los datos de parámetro para establecer una línea de tendencia actual para los datos de parámetro;

analizar los datos de parámetro limpios predeterminados para establecer una línea de tendencia limpia para los datos de parámetro limpios predeterminados; y

comparar la línea de tendencia actual con la línea de tendencia limpia.

7. El procedimiento (100) de cualquier reivindicación precedente, que comprende además complementar los datos de parámetro con datos de condición de superficie obtenidos usando un sensor de rugosidad superficial ⁽200^{) para identificar el estado de rugosidad de la pala de rotor.}

8^{. Un sistema para controlar una turbina eólica (10) en base a una condición de superficie identificada de una pala de rotor (}22^{) de la turbina eólica (}10^{), comprendiendo el sistema:}

^{un sensor (}200^{) configurado para monitorizar un parámetro operativo de la turbina eólica (}10^{) a medida que cambia una entrada operativa de la turbina eólica (}10^);

^{un controlador (26) acoplado de forma comunicativa al sensor (}200^{) para obtener datos de parámetro}relacionados con el parámetro operativo, estando configurado el controlador (26) para llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.