ES2929127T3 - Control de movimiento vibratorio de lado a lado y de proa a popa de un aerogenerador - Google Patents

Abstract

Los aspectos de la presente invención se relacionan con el control de una turbina eólica que tiene un sistema de amortiguación de torre (57, 55) accionable para controlar los componentes del movimiento vibratorio de la torre (12), un componente lateral del movimiento vibratorio de la torre (12) en un plano horizontal; y se determina una componente longitudinal del movimiento vibratorio de la torre (12) en el plano horizontal; y se determina una señal de control basada en los componentes lateral-lateral y adelante-atrás de manera que el sistema de amortiguación de la torre (57, 55) produzca una fuerza que aumente o disminuya el movimiento vibratorio de la torre (12) de tal manera que el lateral-lateral y los componentes de proa y popa son sustancialmente iguales. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Control de movimiento vibratorio de lado a lado y de proa a popa de un aerogenerador

Campo técnico

La presente descripción se refiere al control del movimiento vibratorio de lado a lado y de proa a popa de un aerogenerador, en particular a la amortiguación del movimiento vibratorio de torre hacia las componentes vibratorias objetivo.

Antecedentes

Los aerogeneradores, como se conoce en la técnica, comprenden una torre que soporta una góndola y un rotor con un número de palas de rotor de paso ajustable. Tal configuración es propensa a vibraciones dado que comprende una gran masa colocada al final de una torre esbelta. Estas vibraciones aumentan las cargas de fatiga experimentadas por la torre, lo que puede reducir la vida útil operativa del aerogenerador, aumentar el desgaste de los componentes y dar como resultado una producción de energía por debajo de la óptima.

A este respecto, un ajuste colectivo del paso de pala, donde todas las palas de rotor están ajustadas por el mismo ángulo de paso, se puede usar para contrarrestar las vibraciones en la dirección de proa a popa. Esto se logra modificando la fuerza de empuje. Para vibraciones laterales, se puede usar un ajuste de paso de pala individual así como ajustes de par de generador para contrarrestar una vibración lateral de la torre. El ajuste de paso de pala individual proporciona ajustes de ángulo de paso individuales para cada pala de rotor para generar una fuerza lateral resultante y/o para suprimir una perturbación existente de, por ejemplo, una desalineación de paso. El ajuste de par de generador genera una fuerza lateral inducida por par de generador. Tales mecanismos de amortiguación se describen en la técnica, por ejemplo, en los documentos WO2018/210390 y US2013/209254.

Todavía existe la necesidad en la técnica de encontrar formas mejoradas de manejar el problema de las vibraciones de la torre del aerogenerador, es un objetivo de la presente invención abordar esta necesidad.

Compendio de la invención

Según un aspecto de la invención, se proporciona un método de control de un aerogenerador que comprende una torre, el aerogenerador que tiene un sistema de amortiguación de torre accionable para controlar las componentes del movimiento vibratorio de la torre, el método que comprende:

determinar un nivel de movimiento vibratorio deseado distinto de cero de la torre en un plano horizontal con una componente vibratoria objetivo en una dirección de lado a lado y una componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa, donde la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado y la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado son sustancialmente iguales;

determinar una componente de lado a lado de un movimiento vibratorio de la torre en un plano horizontal; determinar una componente de proa a popa del movimiento vibratorio de la torre en el plano horizontal; y determinar una señal de control en base a las componentes de lado a lado y de proa a popa para controlar el sistema de amortiguación de torre del aerogenerador, la señal de control que se determinada de acuerdo con la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado y la componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa de manera que el sistema de amortiguación de torre produzca una fuerza que aumente o disminuya el movimiento vibratorio de la torre hacia el nivel de movimiento vibratorio deseado de la torre en el plano horizontal. Generar la señal de control de esta forma es particularmente beneficioso en la medida que las componentes de lado a lado y de proa a popa sustancialmente igualadas son útiles para reducir el desgaste de la torre y/o permitir que se construyan nuevas torres de manera más económica y con menos material. Las componentes de lado a lado y de proa a popa sustancialmente iguales también son particularmente útiles para mejorar la generación de energía y/o reducir el desgaste en partes del aerogenerador distintas de la torre.

Haciendo las componentes de lado a lado y de proa a popa sustancialmente iguales, el movimiento vibratorio del aerogenerador en todas las direcciones puede llegar a ser distribuido sustancialmente por igual con el tiempo para crear una distribución de carga circular a medida que la góndola se mueve para dar cuenta de un cambio en la dirección del viento. La circularización de cargas es una estrategia directa y eficaz para controlar la carga de una torre de aerogenerador.

El nivel de movimiento vibratorio de la torre es un nivel de movimiento vibratorio deseado distinto de cero en un plano horizontal con una componente vibratoria objetivo en una dirección de lado a lado y una componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa. El nivel objetivo se puede establecer en dependencia de qué tipo de señal se use para el movimiento vibratorio. Tal señal puede reflejar el movimiento de la torre en términos de posición superior de la torre, velocidad superior de la torre, aceleración superior de la torre. No obstante, también se pueden usar señales de carga o desgaste, tales como señales de galgas extensométricas. Distinto de cero se entiende como un nivel de movimiento deseado mayor que el límite de ruido del tipo de señal elegido, y la magnitud específica puede variar en dependencia del aerogenerador específico. El término distinto de cero refleja que está presente un cierto movimiento vibratorio. A este respecto, en una realización, el control del movimiento de la torre está condicionado a que el movimiento vibratorio determinado de la torre esté por encima de un cierto nivel de umbral. A este respecto, los niveles de vibración por debajo del cierto nivel de umbral no reaccionan, pero una vez que el nivel de movimiento vibratorio está por encima del nivel de umbral, el sistema de amortiguación de torre produce una fuerza que aumenta o disminuye el movimiento vibratorio de la torre hacia el nivel de movimiento vibratorio deseado de la torre en el plano horizontal de manera que las componentes de lado a lado y de proa a popa sean sustancialmente iguales. A este respecto, el sistema de amortiguación de torre no necesita operar para que el movimiento vibratorio del aerogenerador sea sustancialmente igual en todas las direcciones en todo momento durante la operación, en su lugar el sistema de amortiguación de torre puede producir una fuerza que aumenta o disminuye el movimiento vibratorio de la torre para llegar a ser igual con el tiempo.

La componente de lado a lado puede ser una componente lateral del movimiento vibratorio. La componente de proa a popa puede ser una componente longitudinal del movimiento vibratorio. La componente de lado a lado y la componente de proa a popa se pueden medir con relación a la posición de guiñada, tal como el ángulo de guiñada, de la góndola, o de otra manera donde se utiliza una dirección u orientación absoluta del aerogenerador, a este respecto, la determinación de la dirección absoluta puede tener en cuenta cualquier compensación del sistema de guiñada y corregirla. La componente de lado a lado y/o la componente de proa a popa pueden ser indicativas de los momentos de flexión. La componente de lado a lado y/o la componente de proa a popa pueden ser momentos de flexión.

El sistema de amortiguación de torre puede comprender al menos una unidad de control. El sistema de amortiguación de torre puede comprender una unidad de control de ángulo de paso de pala, una unidad de control de velocidad y/o unidades de control de amortiguación de torre de lado a lado o de proa a popa individuales. El sistema de amortiguación de torre puede controlar las componentes del movimiento vibratorio de la torre ajustando el paso individual de las palas del aerogenerador, ajustando el paso colectivo de las palas del aerogenerador y/o ajustando la potencia generacional y/o la velocidad del aerogenerador.

El aerogenerador puede comprender una pluralidad de palas. La señal de control se puede configurar para controlar el sistema de amortiguación de torre para aumentar o disminuir la componente de lado a lado cambiando un ángulo de paso colectivo de las palas del aerogenerador. La señal de control se puede configurar para controlar el sistema de amortiguación de torre para aumentar o disminuir la componente de lado a lado cambiando la generación de energía del aerogenerador. La señal de control se puede configurar para controlar el sistema de amortiguación de torre para aumentar o disminuir la componente de proa a popa cambiando los ángulos de paso individuales de las palas del aerogenerador.

El método puede comprender obtener una señal de movimiento indicativa del movimiento vibratorio de la torre. El método puede comprender determinar una primera señal indicativa de la componente de lado a lado y una segunda señal indicativa de la componente de proa a popa en base a la señal de movimiento.

Usar una señal de movimiento es beneficioso en la medida que permite que el movimiento vibratorio de la torre sea monitorizado y para que la igualación de las componentes sea realizada en respuesta a las condiciones reales. Por lo tanto, se minimiza la posibilidad de que el movimiento vibratorio de la torre se desvíe de un perfil de movimiento idealizado y las componentes de lado a lado y de proa a popa se mantienen en sus valores deseados tan estrechamente como sea posible.

La señal de movimiento puede comprender una señal de una galga extensiométrica. La galga extensiométrica puede estar dentro o sobre la torre del aerogenerador. La señal de movimiento puede ser indicativa de un movimiento vibratorio instantáneo de la torre. La señal de movimiento puede ser indicativa de un momento de flexión, de aquí en adelante el momento de flexión de la parte inferior de la torre. Alternativamente, la señal de movimiento puede ser indicativa de una aceleración medida en la parte superior de la torre. La señal de movimiento se puede obtener de un acelerómetro. Alternativamente, la señal de movimiento puede comprender una señal de un sistema de posicionamiento global que indica la posición superior de la torre.

El método puede comprender obtener una señal de posición en base a la señal de movimiento, la señal de posición que es indicativa de una posición de la parte superior de la torre durante el movimiento vibratorio de la torre. El método puede comprender determinar la primera y segunda señales en base a la señal de posición.

La señal de posición puede comprender una señal de desplazamiento. La señal de movimiento puede ser una señal de aceleración. La señal de posición se puede obtener a partir de la señal de aceleración por integración. Las señales de posición son indicadores útiles para aproximar las componentes de movimiento vibratorio y/o los momentos de flexión experimentados por la torre.

El método puede comprender obtener una señal de velocidad en base a la señal de movimiento, la señal de velocidad que es indicativa de una velocidad de la parte superior de la torre durante el movimiento vibratorio de la torre. El método puede comprender determinar la primera y segunda señales en base a las señales de posición y velocidad.

La señal de movimiento puede ser una señal de aceleración. La señal de velocidad se puede obtener a partir de la señal de aceleración por integración. Las señales de velocidad son indicadores útiles para aproximar las componentes de movimiento vibratorio y/o los momentos de flexión experimentados por la torre.

Obtener la señal de movimiento indicativa del movimiento vibratorio de la torre puede comprender recibir una señal de medición de al menos un sensor del aerogenerador. La señal de movimiento también se puede estimar en base a una entrada de sensor. Por ejemplo, el momento de flexión de la parte inferior de la torre se puede estimar a partir de las mediciones del acelerómetro de la parte superior de la torre. En general, la señal de movimiento vibratorio se puede medir o estimar en base a diversas señales de sensor.

El método puede comprender determinar una relación en base a la primera y segunda señales. El método puede comprender determinar la primera y segunda ganancias de ajuste en base a la relación. El método puede comprender aplicar la primera ganancia de ajuste a una de la primera o segunda señales y la segunda ganancia de ajuste a la otra de la primera o segunda señales. El método puede comprender determinar la señal de control en base a la primera señal ajustada en ganancia y la segunda señal ajustada en ganancia.

Una relación indica la diferencia de magnitud entre las componentes y se puede utilizar directamente para generar ganancias para reducir la diferencia.

El método puede comprender estimar una distribución de carga que actúa sobre la torre durante el movimiento vibratorio de la torre. El método puede comprender determinar la componente de proa a popa y la componente de lado a lado en base a la distribución de carga estimada.

La distribución de carga se puede estimar mediante un estimador de carga basado en modelo tal como un estimador de carga computarizado. La distribución de carga se puede estimar en base a los valores de sensor. La distribución de carga se puede estimar en base a distribuciones de carga medidas históricas.

El uso de distribuciones de carga estimadas permite un planteamiento más flexible para igualar las componentes del movimiento vibratorio. La estimación se puede realizar en otro lugar que no sea el aerogenerador. Por ejemplo, las señales pertinentes usadas para la estimación se pueden transmitir a una ubicación informática donde las componentes vibratorias objetivo se determinan y transmiten de vuelta al controlador del aerogenerador. Además y/o como alternativa a esto, también el movimiento vibratorio deseado y/o las componentes vibratorias objetivo en las direcciones de proa a popa y de lado a lado se pueden calcular en un componente informático no situado en el aerogenerador, por ejemplo, en una ubicación informática remota, y actualizar en tiempos predeterminados y los valores actualizados se transmiten de vuelta al controlador de aerogenerador en el período de tiempo predeterminado. Esto puede ser ventajoso para mantener bajo el esfuerzo de cálculo en el aerogenerador.

Determinar la componente de proa a popa y la componente de lado a lado en base a la distribución de carga estimada puede comprender determinar la componente de proa a popa y la componente de lado a lado para cada una de una pluralidad de posiciones de guiñada del aerogenerador.

Determinando las componentes para cada una de una pluralidad de posiciones de guiñada, las componentes se predeterminan eficazmente antes de que el aerogenerador haya operado en esas posiciones de guiñada, y así se prepara para su operación. Las componentes de proa a popa y de lado a lado para cada posición de guiñada se pueden determinar a partir de la distribución de carga estimada.

El método puede comprender determinar una transformación para igualar las componentes de proa a popa y de lado a lado, la transformación que se basa en las componentes para una posición de guiñada medida del aerogenerador, y en una velocidad del viento medida. El método puede comprender determinar la señal de control en base a la transformación.

La transformación puede ser un algoritmo. La transformación puede ser una pluralidad de tablas de consulta. La transformación puede ser un conjunto de pesos y/o un mapa de valores. Implementar una transformación es particularmente ventajoso en la medida que se puede comunicar a los aerogeneradores independientemente de la distribución de carga estimada para una implementación rápida.

Determinar la señal de control en base a la transformación puede comprender determinar una primera ganancia de ajuste y una segunda ganancia de ajuste. Determinar la señal de control en base a la transformación puede comprender determinar una primera señal indicativa de la componente de lado a lado y una segunda señal indicativa de la componente de proa a popa. Determinar la señal de control en base a la transformación puede comprender aplicar la primera ganancia de ajuste a una de la primera o segunda señales y la segunda ganancia de ajuste a la otra de las primera o segunda señales.

El método puede comprender identificar las desviaciones de las componentes igualadas y generar una transformación futura para corregir y/o equilibrar la desviación. Como resultado del uso de la estimación de carga, se permite una desviación de las componentes sustancialmente iguales, y se puede abordar en iteraciones posteriores de la transformación o actualizando la distribución de carga estimada para reflejar la desviación.

La transformación se puede determinar en base a uno o más de la velocidad del viento, la dirección del viento, la densidad del aire, la intensidad de la turbulencia, la humedad y la temperatura. La transformación se puede determinar en base a uno o más de la carga de la pala; deformación de la pala; velocidad del rotor; velocidad del generador; producción de energía; ángulo de paso de la pala; cizalladura del viento; actividad de paso; desgaste del viento; amplitud y/o dirección de las ondas en centrales eléctricas en alta mar; ruido de la red eléctrica; fuerza de la red eléctrica; posición de la torre; y aceleración de la torre. La transformación se puede determinar en base a la capacidad de aceite de un sistema de paso de pala.

La señal de control se puede configurar para producir una fuerza que aumente una de las componentes de lado a lado y de proa a popa hasta la magnitud de la otra de las componentes de lado a lado y de proa a popa. Aunque aumentar las cargas se puede considerar que es contrario a la intuición, este planteamiento es ventajoso al permitir que la generación de energía se mejore y/o que el desgaste en los componentes del aerogenerador, tales como los cojinetes de la góndola, rotor o palas, se reduzca.

La señal de control se puede configurar para producir una fuerza que disminuya una de las componentes de lado a lado y de proa a popa a la magnitud de la otra de las componentes de lado a lado y de proa a popa.

La señal de control se puede configurar para producir una fuerza que ajusta las componentes de lado a lado y de proa a popa a una magnitud objetivo predeterminada.

El uso de una magnitud objetivo predeterminada puede ser útil para permitir que se logren múltiples metas. Por ejemplo, se puede lograr un compromiso entre el desgaste de la torre, el desgaste de los componentes y la generación de energía estableciendo una magnitud objetivo que requiera un aumento en una componente y una disminución en la otra.

La señal de control se puede configurar para producir una fuerza que aumente o disminuya el movimiento vibratorio de la torre de manera que los promedios de las componentes de lado a lado y de proa a popa sean sustancialmente iguales durante un período de tiempo predeterminado. A este respecto, el movimiento vibratorio deseado y/o las componentes vibratorias objetivo en las direcciones de proa a popa y de lado a lado se pueden actualizar en momentos predeterminados de modo que los promedios de las componentes de lado a lado y de proa a popa sean sustancialmente iguales durante el período de tiempo predeterminado. En una realización, esto se puede obtener actualizando la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado y la componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa en el período de tiempo predeterminado. Como ejemplo, si una distribución de carga determinada no es sustancialmente circular, entonces para la próxima actualización del nivel de movimiento vibratorio deseado de la torre, los niveles vibratorios objetivo se establecen de modo que la distribución de carga se acerque a ser circular.

El plano horizontal puede estar en la base del aerogenerador. Por en, se entiende que el plano horizontal para el que se determinan las componentes de lado a lado y de proa a popa está colocado en una región cercana a la base del aerogenerador. La base del aerogenerador está típicamente donde los momentos de flexión experimentados por la torre son mayores, así que es útil ajustar los movimientos vibratorios con relación a la base del aerogenerador. Según otro aspecto de la invención, se proporciona un controlador para un sistema de control de aerogenerador que comprende un procesador y un módulo de memoria, en donde el módulo de memoria comprende un conjunto de instrucciones de código de programa que, cuando se ejecutan por el procesador, implementa un método descrito anteriormente.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un aerogenerador que comprende una torre, un sistema de amortiguación de torre accionable para controlar las componentes del movimiento vibratorio de la torre y un controlador descrito anteriormente.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un producto de programa informático descargable desde una red de comunicación y/o almacenado en un medio legible por máquina que comprende instrucciones de código de programa para implementar un método descrito anteriormente.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán una o más realizaciones de la invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la Figura 1 es una vista esquemática de un aerogenerador según una realización de la invención;

la Figura 2 es una vista esquemática del movimiento vibratorio del aerogenerador en la Figura 1;

la Figura 3 es un ejemplo de mapa de carga vibratoria del aerogenerador en la Figura 1;

la Figura 4 es un mapa de carga vibratoria ideal del aerogenerador de la Figura 1;

la Figura 5 es una vista esquemática del sistema del aerogenerador de la Figura 1;

la Figura 6 es una vista esquemática detallada de un sistema de monitorización y control del sistema de aerogenerador de la Figura 5;

la Figura 7 es un método para controlar el aerogenerador de la Figura 1 según una realización de la invención; la Figura 8 es un método para controlar el aerogenerador de la Figura 1 según otra realización de la invención; y, la Figura 9 es un método para controlar el aerogenerador de la Figura 1 según otra realización de la invención. En los dibujos, rasgos similares se denotan mediante signos de referencia similares.

Descripción detallada

La siguiente descripción detallada se refiere a los dibujos que se acompañan que muestran, a modo de ilustración, detalles específicos y realizaciones en las que la invención se puede poner en práctica. Estas realizaciones se describen con suficiente detalle para permitir que los expertos en la técnica pongan en práctica la invención. Se pueden utilizar otras realizaciones y se pueden hacer cambios estructurales, lógicos y eléctricos sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

La Figura 1 muestra un aerogenerador, designado de manera general como 10, que comprende una torre 12. La torre 12 soporta una góndola 14 en la que se monta un rotor 16. El rotor 16 está acoplado operativamente a un generador alojado dentro de la góndola 14. El rotor 16 está configurado para girar alrededor de un eje central (no mostrado en la Figura 1) para accionar el generador y generar energía eléctrica. Además del generador, la góndola 14 aloja componentes diversos requeridos para convertir la energía eólica en energía eléctrica, junto con otros diversos componentes necesarios para operar, controlar y optimizar el rendimiento del aerogenerador 10.

El rotor 16 comprende una pluralidad de palas de rotor 18 que se extienden radialmente desde un buje central 20. Las palas 18 giran en un plano de rotor. En este ejemplo, el rotor 16 comprende tres palas de rotor 18, aunque será evidente para los expertos en la técnica que son posibles otras configuraciones. Las palas de rotor 18 son de paso ajustable. Es decir, el paso de las palas de rotor 18 se puede ajustar, alrededor de su respectivo eje longitudinal 19, de acuerdo con un ajuste de paso colectivo, donde cada pala de rotor 18 se ajusta al mismo valor de paso con relación al ajuste de paso colectivo y/o de acuerdo con los ajustes de paso individuales, donde cada pala de rotor 18 se puede ajustar a su propio valor de paso correspondiente a su ajuste de paso individual.

La torre 12 puede experimentar vibraciones a lo largo de su longitud durante la operación del aerogenerador 10, en particular debido al acoplamiento vibratorio entre el rotor 16 y la torre 12, que puede ser una fuente de autoexcitación. También podrían surgir vibraciones de la torre 12 como resultado de fuerzas externas. La autoexcitación típicamente se causa por asimetrías o desequilibrios de masa en el rotor 16. Por ejemplo, las asimetrías en el rotor 16 pueden ocurrir debido a errores geométricos o desalineación de las palas de rotor 18, dando lugar a asimetrías aerodinámicas, que varían con la velocidad de rotación del rotor 16.

Las vibraciones dan como resultado momentos de flexión a lo largo de la torre 12, y particularmente en la base de la torre 12 donde la distancia desde la masa libre, es decir, la góndola 14, es mayor. Los aspectos de la vibración experimentada por la torre 12 se ilustran esquemáticamente en la Figura 2. En esta figura, el aerogenerador 10 se ilustra mediante una estructura de viga 60, la cual está fija en su extremo inferior y dotada con una masa en su extremo libre. Cuando la parte superior de la estructura de viga 60 vibra en una dirección A, la posición, x, varía entre dos máximos definidos por la desviación máxima de la estructura de torre 60 durante la vibración. La posición, x, es representativa de la posición de la góndola 14 en la dirección A. La posición, x, puede indicar la posición del centro de masa de la góndola 14, la posición de un sensor alojado dentro de la góndola 14, o la posición de otros puntos fijos que representan el movimiento de la góndola 14 en la dirección A.

Se considera que la torre 12 tiene al menos dos grados de libertad, o modos de vibración, siendo capaz de doblarse lateral y longitudinalmente. La flexión lateral es la flexión en una dirección de lado a lado, paralela al plano del rotor 16, y la flexión longitudinal es la flexión en una dirección de proa a popa, perpendicular al plano del rotor 16.

La flexión en dos grados de libertad, en las direcciones de proa a popa y de lado a lado, se puede cuantificar como movimiento o cargas experimentadas por la torre 12, y mapear para uno o más planos horizontales a través de la torre y colocados a lo largo de la longitud de la torre 12. También se pueden mapear el movimiento vibratorio promedio y/o las cargas a lo largo de la longitud de la torre 12. La vibración de la torre 12 en cualquier dirección se puede expresar como el producto de la excitación en las direcciones de proa a popa y de lado a lado, y así se considera que tiene una componente de proa a popa y una componente de lado a lado.

La Figura 3 ilustra un mapeo de ejemplo de cargas vibratorias experimentadas por la base de la torre 12 en forma de un mapa de carga de fatiga trazado con relación al azimut. Se apreciará que el ejemplo de la Figura 3 es solamente un ejemplo, y se entenderá que las cargas vibratorias varían entre diferentes aerogeneradores y también pueden variar a lo largo de la longitud de la torre 12. Los mapas de carga, tales como el mostrado en la Figura 3, se pueden generar en base a las mediciones, o se pueden estimar según un modelo o tablas de consulta y en base a los parámetros operativos del aerogenerador 10.

La Figura 4 muestra una distribución de carga óptima en forma de un mapa de carga de fatiga para las cargas vibratorias experimentadas por la torre. En la Figura 4, la distribución de la carga es circular, lo que significa que la carga vibratoria experimentada por la torre 12 es la misma en todas las direcciones. Tener una distribución de carga circular es ideal en la medida que cargas en direcciones opuestas se equilibran y se igualan los momentos de flexión y las fuerzas altas. Como resultado, el desgaste en la torre debido a la fatiga causada por los momentos de flexión es similar en todos los puntos, y ningún punto se desgasta más que los demás. Un perfil de carga circular también es más robusto a los cambios en la dirección o velocidad del viento, en la medida que el perfil optimizado sigue siendo el mismo independientemente de la dirección del viento.

La distribución de carga de la Figura 4 puede expresar, o formar una base para, el nivel de movimiento vibratorio deseado distinto de cero de la torre en un plano horizontal con una componente vibratoria objetivo en una dirección de lado a lado y una componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa. En una realización, se usa una distribución de carga deseada como base para establecer las componentes vibratorias objetivo en la dirección de lado a lado y en la dirección de proa a popa, en dependencia de qué tipo de señal se usa para la señal de control. En el control de carga de aerogenerador convencional, se ha asumido que las cargas vibratorias experimentadas por la torre en la dirección de proa a popa son las cargas dominantes cuando se comparan con las cargas en la dirección de lado a lado. Por consiguiente, las cargas en la dirección de lado a lado se han ignorado en gran medida cuando se considera la carga de fatiga de la torre 12.

No obstante, los inventores han reconocido que las cargas vibratorias en la dirección de lado a lado son ahora de una magnitud sustancialmente similar a las cargas experimentadas en la dirección de proa a popa. Por lo tanto, las cargas de dirección de lado a lado se deben tener en cuenta cuando se considera la carga de fatiga de la torre 12. El objetivo, por lo tanto, es alterar el mapa de carga de una turbina de modo que alcance el perfil óptimo, o tan cerca al perfil óptimo como sea posible. Con el fin de hacer una transición del mapeo de carga existente a una distribución de carga optimizada, el aerogenerador 10 incorpora medios de control según una realización de la invención. Los medios de control, como se tratará ahora, operan para equilibrar la carga en las direcciones de proa a popa y de lado a lado.

Con referencia a la Figura 5, que es una ilustración esquemática del aerogenerador 10 a nivel de sistemas, el aerogenerador 10 comprende unos medios de control 32 que son operables para monitorizar la operación del aerogenerador 10 y para emitir comandos al mismo para lograr un conjunto de objetivos de control. Los medios de control 32 se muestran en la Figura 5 como una vista general esquemática simplificada de una pluralidad de unidades y módulos de control, y también en la Figura 6, como ejemplo más detallado de cómo se pueden disponer unidades y módulos específicos con el fin de facilitar el intercambio de datos entre ellos.

El aerogenerador 10 también incluye una caja de engranajes 22 y un sistema de generación de potencia 24 que incluye un generador 26 y un sistema convertidor de potencia 28. La caja de engranajes 22 intensifica la velocidad de rotación del rotor 16 y acciona el generador 26, que a su vez alimenta la potencia generada al sistema convertidor de potencia 28. Normalmente, tal sistema se basará en potencia eléctrica trifásica, aunque esto no es esencial. Se conocen otros diseños de aerogenerador, tales como los tipos “sin engranajes”, también conocidos como “de accionamiento directo”, así como los tipos de transmisión “de accionamiento por correa”.

El generador 26 y el sistema convertidor de potencia 28, como ejemplo, se pueden basar en una arquitectura de convertidor de escala completa (FSC) o una arquitectura de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG), aunque otras arquitecturas se conocerán por los expertos en la técnica.

En la realización ilustrada, la salida de potencia del sistema convertidor de potencia 28 se transmite a una carga 30, que puede ser una red eléctrica. Los expertos en la técnica serán conscientes de que existen diferentes opciones de conversión y transmisión de potencia.

Volviendo a los medios de control 32 de las Figuras 5 y 6, los medios de control 32 comprenden un procesador 34 configurado para ejecutar instrucciones que se almacenan en y se leen de un módulo de memoria 36 y/o un almacén de datos externo que forma parte de una red externa 38. Los datos de medición también se pueden almacenar en el módulo de memoria 36 y retirar con el fin de ejecutar procesos según las instrucciones que se llevan a cabo por el procesador 34.

También se pueden recibir instrucciones y datos desde controladores o sensores externos que forman parte de la red externa 38, y se pueden emitir datos registrados y/o alertas a través de la red externa 38 para ser almacenados/mostrados en una fuente externa para análisis y monitorización remota.

Además, el procesador 34 está en comunicación con una pluralidad de sensores 40 que están dispuestos dentro del aerogenerador 10. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 6, la pluralidad de sensores 40 pueden comprender un acelerómetro de torre 42, un sensor de velocidad de rotor 44, un sensor de ángulo de paso de pala 46, un sensor de ángulo de guiñada de góndola 48 y un sensor de posición de rotor 49. En general, se hace referencia tanto al ángulo de guiñada como a la posición de guiñada. La posición de guiñada se puede expresar de diferentes formas, de aquí en adelante como un ángulo. Aspectos similares se relacionan con la posición del rotor que típicamente se define en términos de un ángulo en el plano del rotor para cada pala.

Los medios de control 32 del aerogenerador 10 también incluyen al menos una unidad de control 50.

Se muestran cinco unidades de control en la configuración mostrada en la Figura 6. Estas son una unidad de control de ángulo de paso de pala 52, una unidad de control de ángulo de guiñada de góndola 54, una unidad de control de velocidad 56, una unidad de control de amortiguación de proa a popa de torre (FATD) 55 y una unidad de control de amortiguación de lado a lado de torre (SSTD) 57. La unidad de control de ángulo de paso de pala 52 y la unidad de control de ángulo de guiñada de góndola 54 están dispuestas para alterar el ángulo de paso de las palas de rotor 18 y el ángulo de guiñada de la góndola 14, respectivamente, y la unidad de control de velocidad 56 funciona para controlar la velocidad de rotación del rotor 16 a través del control de convertidor y el control de paso.

La función de las unidades de control de FATD y SSTD 55, 57 se trata con más detalle a continuación. En la realización mostrada, la unidad de control de ángulo de paso de pala 52 y las unidades de control de FATD y SSTD 55, 57 son unidades de control separadas. No obstante, el lector experto apreciará que las respectivas funcionalidades de estas unidades de control 52, 55, 57 separadas se podrían entregar desde una única unidad de control o dos unidades de control.

Una red 58 forma una conexión central entre cada uno de los módulos (según un protocolo adecuado), permitiendo que los comandos y datos pertinentes sean intercambiados entre cada uno de los módulos en consecuencia. No obstante, se apreciará que se puede proporcionar un cableado adecuado para interconectar las unidades. También se apreciará que el aerogenerador 10 podría incluir más unidades de control 50, y que la Figura 6 se proporciona solamente para ilustrar un ejemplo de una arquitectura de sistema en la que se puede implementar la invención. Una función principal de los medios de control 32 es controlar la generación de energía del aerogenerador 10 de modo que optimice la producción de energía bajo las condiciones ambientales actuales del viento y de acuerdo con la generación de energía demandada por un operador de la red eléctrica de transmisión. No obstante, además de sus tareas de control de potencia principales, los medios de control 32 pueden ser operables para realizar un conjunto de funciones de monitorización y llevar a cabo una acción correctiva, si es necesario. En las realizaciones de la invención, una de estas funciones es equilibrar la carga de fatiga experimentada por la torre 12 para mejorar su distribución. Al hacerlo así, se puede extender la vida útil de la torre 12, se puede maximizar la generación de energía, se puede reducir el desgaste de componentes particulares y/o se pueden diseñar nuevas torres de manera más económica porque se pueden usar diferentes materiales.

Para controlar el aerogenerador de modo que la carga de la torre 12 se equilibre hacia la distribución de carga optimizada, los medios de control 32 operan según un protocolo de control. Un protocolo general se muestra mediante un método 100 ilustrado en la Figura 7.

En este método 100, que se realiza por el procesador 34, se determina en el paso 102 una componente de lado a lado del movimiento vibratorio de la torre 12 en un plano horizontal y se determina en el paso 104 una componente de proa a popa del movimiento vibratorio de la torre 12 en el plano horizontal. Se prevé que el plano horizontal será el plano horizontal en la base de la torre 12 o cerca de la base de la torre en la medida que esta es donde el momento de flexión experimentado por la torre es mayor. En este ejemplo, las determinaciones en los pasos 102, 104 se muestran ocurriendo concurrentemente. No obstante, las determinaciones, en algunas realizaciones, se pueden hacer secuencialmente.

Como se muestra, se determina en el paso 106 una señal de control en base a las componentes, la señal de control configurada para controlar al menos un sistema de amortiguación de torre del aerogenerador 10 de modo que se produzca una fuerza para aumentar o disminuir el movimiento vibratorio de la torre 12 de manera que las componentes de lado a lado y de proa a popa del movimiento de vibración sean sustancialmente iguales. La señal de control se usa para controlar el aerogenerador en el paso 108, y particularmente sus sistemas de amortiguación de torre, para hacer las componentes de lado a lado y de proa a popa del movimiento vibratorio del aerogenerador 10 sustancialmente iguales. Los sistemas de amortiguación de torre incluyen las unidades de control de SSTD y FATD 57, 55 y otros medios de control de las vibraciones de la torre. Por ejemplo, la unidad de control de ángulo de paso de pala 52 y la unidad de control de velocidad 56 son sistemas de amortiguación de torre en la medida que el ángulo de paso de pala y la velocidad del generador se pueden variar para lograr reducir o aumentar las vibraciones de la torre. El ajuste del ángulo de paso de las palas individuales se usa para ajustar la componente de proa a popa de la vibración y el ajuste del ángulo de paso colectivo de las palas se usa para ajustar la componente de lado a lado de la vibración.

Las componentes de lado a lado y de proa a popa se pueden determinar 102, 104 por al menos dos medios diferentes. En algunas realizaciones, las componentes de lado a lado y de proa a popa se determinan en base a las mediciones de los parámetros del aerogenerador 10 y se usan para controlar el aerogenerador 10 para alterar iterativamente las cargas experimentadas por la torre 12. En otras realizaciones, las componentes de lado a lado y de proa a popa se determinan en base a un mapa de carga estimado. Algunas realizaciones pueden hacer uso tanto de estimaciones como de mediciones para determinar las componentes de lado a lado y de proa a popa.

La Figura 8 muestra un método 110 según una primera realización en la que las mediciones se usan para actualizaciones iterativas. La Figura 9 muestra un método 130 según una segunda realización en la que se usa una estimación.

En la primera realización, mostrada en la Figura 8, la determinación de las componentes de lado a lado y de proa a popa del movimiento vibratorio de la torre 12 se basa en una medición de parámetros del aerogenerador 10. Se prevé que debido a que este método 110 se basa en mediciones instantáneas o de corto plazo, se realizará localmente dentro del aerogenerador 10 por los medios de control 32, aunque alternativamente o también se puede realizar de manera remota por un controlador de parque o medios de control compartidos por más de un aerogenerador.

Cuando las componentes de lado a lado y de proa a popa se determinan en base a las mediciones, las componentes se usan para controlar los sistemas de amortiguación de torre del aerogenerador 10 de manera iterativa de modo que las cargas de fatiga experimentadas por la torre 12 sean sustancialmente iguales en las direcciones de proa a popa y de lado a lado. Como se desarrollará a continuación, la corrección a corto plazo de la carga de torre asegura que las fuerzas experimentadas por la torre 12 estén tan estrechamente alineadas como sea posible con el perfil de carga circular óptimo de la Figura 4 y que se minimicen las desviaciones de las cargas de proa a popa y de lado a lado iguales.

En el método 110 de la Figura 8, se realizan mediciones, en los pasos 112, 114, por uno o más sensores 40 del aerogenerador 10 para obtener señales indicativas de las componentes de lado a lado y de proa a popa del movimiento vibratorio. Idealmente, el momento de flexión a lo largo de la longitud de la torre 12 se mediría como un indicador de las cargas. En la práctica, la desviación de la parte superior de la torre o góndola 14 también se puede usar para proporcionar una indicación de las componentes de las cargas. La desviación de la parte superior de la torre o góndola 14 es el resultado de la vibración del aerogenerador 10 y causa momentos de flexión a lo largo de la longitud de la torre 12, y así se considera un indicador útil de la carga de la torre 12.

La desviación superior de la torre se mide obteniendo una señal de movimiento y basando la determinación de las componentes en la señal de movimiento. Se prevé que la señal de movimiento sea una medición de aceleración de la parte superior de la torre obtenida desde el acelerómetro 42 de la parte superior de la torre, la aceleración que se integra dos veces con respecto al tiempo para obtener un valor de desplazamiento o de desviación. En otras realizaciones, se puede utilizar un sistema de posicionamiento global del aerogenerador 10 para obtener una señal de movimiento. Una detección indirecta del movimiento también se puede usar, siempre que el movimiento indirecto se correlacione con el movimiento de la góndola 14.

En algunas realizaciones, la señal de movimiento puede ser alternativamente una medida de deformación en la torre obtenida de una galga extensiométrica. El momento de flexión es proporcional a la deformación, así que la deformación es una medición indicativa de las componentes de proa a popa y de lado a lado del movimiento vibratorio y/o las cargas.

En las realizaciones donde se obtiene el desplazamiento de la parte superior de la torre, las componentes de proa a popa y de lado a lado, o al menos las mediciones indicativas de las mismas, se obtienen como valores de la raíz cuadrática media (RMS) en las direcciones de proa a popa y de lado a lado respectivamente.

Donde se usaría idealmente un algoritmo de recuento de flujo de lluvia para analizar los datos de fatiga, en su lugar se usa la RMS del cambio en la posición de la parte superior de la torre para proporcionar resultados similares. En otras realizaciones, la RMS del cambio en la posición de la parte superior de la torre y el valor de RMS de la velocidad de la parte superior de la torre se usan en su lugar para proporcionar resultados similares.

Habiendo determinado y obtenido señales indicativas de las componentes de lado a lado y de proa a popa en los pasos 112, 114, el procesador 34 determina una señal de control comparando, en el paso 116, las señales indicativas de las componentes de proa a popa y de lado a lado y calcula, en el paso 118, la primera y segunda ganancias de ajuste, en base a la comparación, a ser aplicada a cada una de las señales con el fin de igualar sustancialmente las componentes. Una señal de control entonces se genera, en el paso 120, en base a las señales ajustadas de ganancia.

La comparación en el paso 116 se realiza para identificar la variación entre las dos componentes, o al menos las señales indicativas de las componentes, de modo que se puedan calcular la primera y segunda ganancias de ajuste para aplicar a cada señal. Se prevé que la comparación sea una relación de las señales indicativas de la componente de proa a popa a la componente de lado a lado, aunque se pueden usar otras comparaciones. El método 110 se puede configurar para aplicar las ganancias según un resultado deseado, y esta configuración determina cómo se usa la relación para calcular la ganancia para cada señal. Ejemplos de resultados deseados son reducir el desgaste de los componentes del aerogenerador 10, aumentar la generación de energía, aumentar la vida útil de la torre 12, o una combinación de uno o más de estos.

Si el resultado deseado es reducir el desgaste de los componentes del aerogenerador 10 y/o aumentar la generación de energía, la señal de control se genera 120 de modo que se prefiera la dirección que tiene el nivel de carga más alto, y las cargas experimentadas en la otra dirección se aumentan para hacer coincidir con el nivel de carga más alto. En otras palabras, si la comparación, por ejemplo, la relación, indica que la señal para la componente de proa a popa es más alta, entonces las ganancias a ser aplicadas a las componentes se calculan para aumentar la componente de lado a lado al nivel de la componente de proa a popa. Si la componente de lado a lado es mayor, las ganancias a ser aplicadas se calculan para aumentar la componente de proa a popa hasta el nivel de la componente de lado a lado. En esta realización, se aplica una ganancia unitaria o ninguna ganancia a la componente más alta. Si bien las cargas generales se han aumentado, la reducción en la diferencia entre las cargas en las direcciones de proa a popa y de lado a lado conduce a una mejora del desgaste de los componentes del aerogenerador 10 tales como el buje 20, el rotor 16 y los cojinetes de la pala 18.

Por mayor generación de energía, se entiende que las limitaciones en la generación de energía implementadas para reducir las componentes de lado a lado del movimiento vibratorio se minimizan porque las cargas permisibles son más altas. Como resultado, se mejora la generación de energía.

Si el resultado deseado es aumentar la vida útil de la torre 12, la señal de control se genera 120 de modo que la componente más alta se reduzca hacia el nivel de la más baja de las dos componentes. Así, por ejemplo, si la componente de proa a popa es más alta que la componente de lado a lado, la ganancia se genera para reducir el nivel de la componente de proa a popa al nivel de la componente de lado a lado y viceversa. Se aplica una ganancia unitaria o ninguna ganancia a la componente que tiene el nivel más bajo. Reduciendo las cargas para que sean sustancialmente iguales, la vida útil de la torre se aumenta porque se espera que las cargas sean sustancialmente iguales en todas las partes de la torre 12. A su vez, debido a que se reducen las cargas, también se puede reducir el refuerzo de la torre en los nuevos aerogeneradores, dando como resultado que se use menos material y un aerogenerador más económico.

En otras realizaciones, la señal de control se calcula para ajustar ambos componentes para mantener un nivel de carga objetivo. En estas realizaciones, el resultado deseado puede ser una combinación de los tres resultados anteriores.

La señal de control se genera 120 por el procesador 34 para comunicación a través de la red 58 a una o más de las unidades de control 50 para controlar el aerogenerador 10 para implementar el aumento o la disminución de las componentes de proa a popa y de lado a lado. Aunque no se muestra en la Figura 8, las unidades de control 50 generan señales de actuador para comunicarse con los actuadores pertinentes para controlar 122 el aerogenerador 10.

La carga se altera en la dirección de lado a lado ajustando el paso individual de cada pala 18 del aerogenerador 10 usando la unidad de control de ángulo de paso de pala 52, o ajustando la generación de energía del aerogenerador usando la unidad de control de velocidad 56. En algunas realizaciones, el paso y/o la generación de energía se pueden ajustar directamente por la unidad de control de SSTD 57. En algunas realizaciones, la unidad de control de SSTD 57 puede recibir la señal de control y puede controlar la unidad de control de ángulo de paso de pala 52 y/o la unidad de control de velocidad 56 para realizar la alteración o actuación pertinente. Se pueden usar otras unidades de control como se comprenderá por los expertos.

La carga se altera en la dirección de proa a popa ajustando el paso colectivo de las palas 18 del aerogenerador 10 utilizando la unidad de control de ángulo de paso de pala 52. En algunas realizaciones, el paso colectivo se puede controlar directamente por la unidad de control de FATd 55. En algunas realizaciones, la unidad de control de FATD 55 puede recibir la señal de control y puede controlar la unidad de control de ángulo de paso de pala 52 para realizar las actuaciones pertinentes.

En otras palabras, las unidades de control de SSTD y FATD 57, 55 pueden controlar indirecta o directamente el aerogenerador según la señal de control. El control predictivo del modelo (MPC) también, o alternativamente, se puede usar para alterar las componentes de proa a popa y de lado a lado según las señales de control.

Habiendo alterado las cargas según las señales de control, las componentes de proa a popa y de lado a lado se obtienen 112, 114 por medición de nuevo para ajustar iterativamente las componentes de proa a popa y de lado a lado en reacción a las ganancias aplicadas en la iteración anterior. Se prevé que el método se repita después de un corto período de tiempo. Por ejemplo, el método se puede repetir hasta una hora después de que se aplicó la señal de control. En algunos ejemplos, el método se puede realizar cada 10 minutos.

Aplicando alteraciones a corto plazo de la manera descrita anteriormente, las componentes de proa a popa y de lado a lado del movimiento vibratorio o las cargas de la torre se mantienen en niveles o magnitudes sustancialmente iguales. Durante varias iteraciones y/o cuando se realizan para varias direcciones de viento diferentes, se espera que las cargas vibratorias experimentadas por la parte inferior de la torre se parezcan al mapa de carga de la Figura 4.

En la segunda realización, mostrada en la Figura 9, la determinación de las componentes de lado a lado y de proa a popa del movimiento vibratorio de la torre se basa en valores estimados. Utilizar estimaciones permite un protocolo de control a más largo plazo, donde las asimetrías en las componentes de proa a popa y de lado a lado se corrigen durante un período de tiempo más largo ajustando las componentes estimadas en las que se basa el control. Implementar cambios en las componentes de proa a popa y de lado a lado durante un largo período de tiempo permite una tasa lenta de cambio de componentes de modo que el control del aerogenerador no dé como resultado que se ejerzan altas cargas potencialmente dañinas. Se prevé que parte de este método de realización se realizará de manera remota por un controlador de parque o medios de control compartidos por más de un aerogenerador, mientras que parte de esta realización se realizará localmente, como se explicará.

En el método 130 de la Figura 9, se determinan las componentes de proa a popa y de lado a lado, en los pasos 132, 134, en base a valores de carga estimados o una distribución de carga estimada usando un estimador de carga computarizado. Un estimador de carga computarizado es un estimador de carga basado en modelo que, en base a los valores de sensor medidos reales, determina o estima la exposición a la carga del aerogenerador. El estimador de carga se puede basar en modelos de caja negra entrenados, tales como modelos sustitutos o redes neuronales para mapear valores de sensor medidos en estimaciones de carga, tales como la exposición a la fatiga u otras medidas de desgaste de componentes seleccionados, de aquí en adelante la torre. En realizaciones, el estimador de carga puede proporcionar una distribución de carga del desgaste experimentado durante un tiempo de trabajo específico del aerogenerador. En una realización, el estimador de carga computarizado se puede operar para proporcionar un mapa de carga de fatiga trazado con relación al azimut, como en la Figura 3, y en base al mapa de carga de fatiga determinar las señales de control para controlar el sistema de amortiguación de torre del aerogenerador con el fin de alcanzar un mapa de carga de fatiga como el de la Figura 4. Esto se puede repetir durante la operación continua del aerogenerador con el fin de, en base al estimador de carga computarizada, buscar hacia el mapa de carga de fatiga como el de la Figura 4.

Generalmente, las componentes de proa a popa y de lado a lado se determinan para cada una de una pluralidad de posiciones de guiñada del aerogenerador. A partir de un conjunto de valores de carga que se podrían mapear para formar un mapa de carga tal como el mostrado en la Figura 3, un controlador centralizado de parque remoto identifica la pluralidad de ángulos de guiñada y, para cada ángulo de guiñada, obtiene una componente de proa a popa y de lado a lado de los valores de carga. Como alternativa, los ángulos de guiñada se pueden realizar primero, y un modelo se usa para determinar las componentes.

Habiendo obtenido las componentes de proa a popa y de lado a lado, se genera una transformación, en el paso 136, en base a las componentes obtenidas calculadas para cada uno de los ángulos de guiñada. La transformación es para uso localmente por los medios de control 32 para calcular la ganancia a ser aplicada en cada una de las direcciones de proa a popa y de lado a lado para lograr una carga sustancialmente igual o igualada en esas direcciones durante un período de tiempo predeterminado. Las ganancias se pueden calcular para aumentar la componente más baja a la magnitud o el nivel de la componente más alta, para reducir la componente más alta a la magnitud de la componente más baja, o para alcanzar la misma magnitud objetivo para cada una de las componentes según una magnitud objetivo predeterminada.

La transformación también se puede basar en la velocidad del viento. La transformación se puede basar en otros parámetros medidos por sensores del aerogenerador 10, o medidos por sensores remotos asociados con un parque eólico al que pertenece el aerogenerador 10, incluyendo: dirección del viento; densidad del aire; intensidad de la turbulencia; humedad; temperatura; carga de la pala; deformación de la pala; velocidad del rotor; velocidad del generador; producción de energía; ángulo de paso de la pala; cizalladura del viento; actividad de paso; desgaste del viento; amplitud y/o dirección de las olas en centrales eléctricas en alta mar; ruido de la red eléctrica; fuerza de la red eléctrica; posición de la torre; y aceleración de la torre. Las capacidades de los componentes del aerogenerador 10, por ejemplo, la capacidad de aceite del sistema de paso, también se puede usar en la transformación para limitar las ganancias aplicadas.

Aunque aquí se describe una transformación, en otras realizaciones se pueden utilizar en su lugar una fórmula, tablas de consulta, un mapa de carga u otros métodos de recuperación o estimación de datos. La transformación o su sustitución se implementa para permitir que los medios de control 32 del aerogenerador 10 identifiquen los niveles de ganancia a ser aplicados a las señales de control de dirección de proa a popa y de lado a lado para dar como resultado el mapa de carga correcto y deseado, de modo que la transformación se pueda describir generalmente como unos medios de cálculo de ganancia. Por lo tanto, el controlador de parque remoto genera unos medios de cálculo de ganancia para su distribución a los procesadores 34 de aerogeneradores individuales o grupos de los mismos a través de la red externa 38.

El procesador 34 mide el ángulo de guiñada, en el paso 138, y cualquier otro parámetro requerido para permitir que se aplique el cálculo de la ganancia. El ángulo de guiñada se usa por el procesador 34 en la transformación o los medios de cálculo de ganancia para identificar 140 la ganancia correcta a ser aplicada en cada una de las direcciones de proa a popa y de lado a lado, en el paso 140, y para generar una señal de control en base a estas ganancias, en el paso 142. El aerogenerador y sus sistemas de amortiguación se controlan entonces según la señal de control, en el paso 144, como se describió anteriormente en relación con la Figura 8.

Aunque no se muestra en la Figura 9, las cargas experimentadas por la torre 12 que operan usando la transformación se monitorizan con el tiempo. Luego, las cargas se usan para generar un nuevo mapa de carga estimado y/o transformación para controlar el aerogenerador durante otro período de tiempo. Si, durante el primer período de tiempo, se experimenta una asimetría en las cargas, entonces la transformación generada en la siguiente iteración se ajusta para equilibrar la asimetría. Esto también se puede realizar sobre una serie de transformaciones e iteraciones. Se prevé que una transformación se pueda generar y usar por el aerogenerador durante un día o más. En algunos casos, una transformación se puede usar durante más de una semana o, en algunas circunstancias, más de un mes.

Por lo tanto, el método de la Figura 9 puede hacer uso del aprendizaje por máquina para alterar cuidadosamente lo que se suministra a los aerogeneradores para controlar las cargas de modo que la carga general durante un período de tiempo prolongado sea consistente y se ajuste al perfil de la Figura 4. Las actualizaciones de la transformación se pueden realizar fuera de línea.

En algunas realizaciones, los métodos de las Figuras 8 y 9 se pueden combinar para formar un método híbrido. En algunas realizaciones de tal método, un sistema de realimentación iterativo refina la transformación para lograr la distribución de carga óptima en base a las mediciones obtenidas de los sensores del sistema de control de aerogenerador. En otras realizaciones, las mediciones se pueden usar para actualizar iterativamente el modelo según el cual se genera la transformación por un sistema de realimentación separado.

Se apreciará por los expertos en la técnica que la invención se ha descrito solamente a modo de ejemplo, y que se pueden adoptar una variedad de planteamientos alternativos sin apartarse del alcance de la invención, como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método (100) de control de un aerogenerador (10) que comprende una torre (12), el aerogenerador (10) que tiene un sistema de amortiguación de torre (57, 55) accionable para controlar componentes de movimiento vibratorio de la torre (12), el método (100) que comprende:

determinar un nivel de movimiento vibratorio deseado distinto de cero de la torre en un plano horizontal con una componente vibratoria objetivo en una dirección de lado a lado y una componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa, donde la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado y la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado son sustancialmente iguales;

determinar (102) una componente de lado a lado de un movimiento vibratorio de la torre (12) en un plano horizontal; determinar (104) una componente de proa a popa del movimiento vibratorio de la torre (12) en el plano horizontal; y determinar (106) una señal de control en base a las componentes de lado a lado y de proa a popa para controlar el sistema de amortiguación de torre (57, 55) del aerogenerador (10), la señal de control que se determina de acuerdo con la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado y la componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa de manera que el sistema de amortiguación de torre (57, 55) produzca una fuerza que aumenta o disminuye el movimiento vibratorio de la torre (12) hacia el nivel de movimiento vibratorio deseado de la torre en el plano horizontal.

2. Un método (100) según la reivindicación 1, que comprende además:

obtener una señal de movimiento indicativa del movimiento vibratorio de la torre (12); y,

determinar una primera señal indicativa de la componente de lado a lado y una segunda señal indicativa de la componente de proa a popa en base a la señal de movimiento.

3. Un método (100) según la reivindicación 2, que comprende además:

obtener una señal de posición en base a la señal de movimiento, la señal de posición que es indicativa de una posición de la parte superior de la torre (12) durante el movimiento vibratorio de la torre (12); y,

determinar la primera y segunda señales en base a la señal de posición.

4. Un método (100) según la reivindicación 3, que comprende además:

obtener una señal de velocidad en base a la señal de movimiento, la señal de velocidad que es indicativa de una velocidad de la parte superior de la torre (12) durante el movimiento vibratorio de la torre (12); y,

determinar la primera y segunda señales en base a las señales de posición y velocidad.

5. Un método (100) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, que comprende además:

determinar una relación en base a la primera y segunda señales;

determinar la primera y segunda ganancias de ajuste en base a la relación;

aplicar la primera ganancia de ajuste a una de la primera o segunda señales y la segunda ganancia de ajuste a la otra de la primera o segunda señales; y,

determinar la señal de control en base a la primera señal de ganancia ajustada y la segunda señal de ganancia ajustada.

6. Un método (100) según la reivindicación 1, que comprende además:

estimar una distribución de carga que actúa sobre la torre (12) durante el movimiento vibratorio de la torre; y, determinar la componente de proa a popa y la componente de lado a lado en base a la distribución de carga estimada.

7. Un método (100) según la reivindicación 6, en donde determinar la componente de proa a popa y la componente de lado a lado en base a la distribución de carga estimada comprende:

determinar la componente de proa a popa y la componente de lado a lado para cada una de una pluralidad de posiciones de guiñada del aerogenerador (10).

8. Un método (100) según la reivindicación 7, que comprende además:

determinar una transformación para igualar las componentes de proa a popa y de lado a lado, la transformación que se basa en las componentes para una posición de guiñada medida del aerogenerador (10), y en una velocidad del viento medida; y

determinar la señal de control en base a la transformación.

9. Un método (100) según la reivindicación 8, en donde determinar la señal de control en base a la transformación comprende determinar una primera ganancia de ajuste y una segunda ganancia de ajuste, determinar una primera señal indicativa de la componente de lado a lado y una segunda señal indicativa de la componente de proa a popa, y aplicar la primera ganancia de ajuste a una de la primera o segunda señales y la segunda ganancia de ajuste a la otra de la primera o segunda señales.

10. Un método (100) según cualquier reivindicación anterior, en donde la señal de control está configurada para producir una fuerza que aumenta una de las componentes de lado a lado y de proa a popa a la magnitud de la otra de las componentes de lado a lado y de proa a popa, o en donde la señal de control está configurada para producir una fuerza que disminuye una de las componentes de lado a lado y de proa a popa a la magnitud de la otra de las componentes de lado a lado y de proa a popa.

11. Un método (100) según cualquier reivindicación anterior, en donde la señal de control está configurada para producir una fuerza que aumenta o disminuye el movimiento vibratorio de la torre de manera que los promedios de las componentes de lado a lado y de proa a popa sean sustancialmente iguales durante un período de tiempo predeterminado.

12. Un método según la reivindicación 11, en donde el movimiento vibratorio deseado y/o la componente vibratoria objetivo en la dirección de lado a lado y la componente vibratoria objetivo en una dirección de proa a popa se actualizan en el período de tiempo predeterminado.

13. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el movimiento vibratorio deseado y/o las componentes vibratorias objetivo en las direcciones de proa a popa y de lado a lado se calculan en un componente informático remoto no situado en el aerogenerador y se transmite al controlador del aerogenerador.

14. Un controlador (32) para un sistema de control de aerogenerador que comprende un procesador (34) y un módulo de memoria (36), en donde el módulo de memoria (36) comprende un conjunto de instrucciones de código de programa que, cuando se ejecutan por el procesador (34) implementa un método (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.

15. Un aerogenerador (10) que comprende una torre (12), un sistema de amortiguación de torre (57, 55) accionable para controlar las componentes del movimiento vibratorio de la torre (12), y un controlador (32) según la reivindicación 14.