ES2931212T3

ES2931212T3 - Procedimiento para hacer funcionar un aerogenerador y aerogenerador

Info

Publication number: ES2931212T3
Application number: ES14183491T
Authority: ES
Inventors: Dirk Steudel; Mutius Martin Von
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: EP2846037A1; DK2846037T3; EP2098725A3; CN101566128A; ES2537199T3; EP2846037B1; DK2098725T3; EP2098725A2; DE102008012957A1; US20090224543A1; EP2098725B1; US8143734B2

Abstract

La invención se refiere a un método para operar una planta de energía eólica (10) con un rotor (12) que tiene al menos una pala de rotor ajustable angularmente (14), estando la planta de energía eólica (10) en un primer modo de operación (71). y/o se opera un segundo modo de funcionamiento (75), en el que en el primer modo de funcionamiento (71) se inicia un proceso de frenado del rotor (12) cuando se supera una velocidad del rotor (12), que está por encima de un primer valor límite de velocidad. La invención también se refiere a un método para operar una turbina eólica (10) con un rotor (12) que tiene al menos una pala de rotor ajustable angularmente (14), con un parámetro de operación que se monitorea y cuando se alcanza un valor límite de parámetro de operación, se inicia un proceso de frenado del rotor (12). El método según la invención se caracteriza porque en el segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12) cuando la velocidad del rotor (12) es superior a un segundo valor límite de velocidad, siendo el segundo valor límite de velocidad inferior al primer valor límite de velocidad y/o en el que en el primer y/o segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12) si prevalece una aceleración del rotor que es mayor que un valor límite de aceleración del rotor. La instalación de energía eólica (10) según la invención se caracteriza porque el valor límite del parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento difiere del valor límite del parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento y/o que el valor límite del parámetro de funcionamiento se puede cambiar como una función del al menos un parámetro operativo. que en el segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12) si la velocidad del rotor (12) es superior a un segundo valor límite de velocidad, siendo el segundo valor límite de velocidad inferior al primer valor límite de velocidad, y /o donde en el primer y/o segundo modo de funcionamiento, se inicia un proceso de frenado del rotor (12) cuando hay una aceleración del rotor que es mayor que un límite de aceleración del rotor. La instalación de energía eólica (10) según la invención se caracteriza porque el valor límite del parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento difiere del valor límite del parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento y/o que el valor límite del parámetro de funcionamiento se puede cambiar como una función del al menos un parámetro operativo. que en el segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12) si la velocidad del rotor (12) es superior a un segundo valor límite de velocidad, siendo el segundo valor límite de velocidad inferior al primer valor límite de velocidad, y /o donde en el primer y/o segundo modo de funcionamiento, se inicia un proceso de frenado del rotor (12) cuando hay una aceleración del rotor que es mayor que un límite de aceleración del rotor. La instalación de energía eólica (10) según la invención se caracteriza porque el valor límite del parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento difiere del valor límite del parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento y/o que el valor límite del parámetro de funcionamiento se puede cambiar como una función del al menos un parámetro operativo. cuando la velocidad de giro del rotor (12) es superior a un segundo valor límite de velocidad de giro, siendo el segundo valor límite de velocidad de giro inferior al primer valor límite de velocidad de giro, y/o iniciándose un proceso de frenado del rotor (12) en el primer y/o segundo modo de funcionamiento cuando prevalece una aceleración del rotor que es mayor que un límite de aceleración del rotor. La instalación de energía eólica (10) según la invención se caracteriza porque el valor límite del parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento difiere del valor límite del parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento y/o que el valor límite del parámetro de funcionamiento se puede cambiar como una función del al menos un parámetro operativo. cuando la velocidad de giro del rotor (12) es superior a un segundo valor límite de velocidad de giro, siendo el segundo valor límite de la velocidad de rotación inferior al primer valor límite de la velocidad de rotación, y/o iniciándose un proceso de frenado del rotor (12) en el primer y/o segundo modo de funcionamiento cuando prevalece una aceleración del rotor que es mayor que la de un rotor límite de aceleración. La instalación de energía eólica (10) según la invención se caracteriza porque el valor límite del parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento difiere del valor límite del parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento y/o que el valor límite del parámetro de funcionamiento se puede cambiar como una función del al menos un parámetro operativo. y/o en el que en el primer y/o segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12) si prevalece una aceleración del rotor que es mayor que un valor límite de aceleración del rotor. La instalación de energía eólica (10) según la invención se caracteriza porque el valor límite del parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento difiere del valor límite del parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento y/o que el valor límite del parámetro de funcionamiento se puede cambiar como una función del al menos un parámetro operativo. y/o en el que en el primer y/o segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12) si prevalece una aceleración del rotor que es mayor que un valor límite de aceleración del rotor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para hacer funcionar un aerogenerador y aerogenerador

La invención se refiere a un aerogenerador con un rotor, que presenta al menos una pala de rotor de ángulo ajustable, y un procedimiento para hacer funcionar un aerogenerador con un rotor, que presenta al menos una pala de rotor de ángulo ajustable.

Se conocen aerogeneradores y procedimientos para hacer funcionar aerogeneradores, por ejemplo, por el documento DE 102006001 613 A1 y el documento US 2007/018457 A1.

Los aerogeneradores presentan habitualmente un sistema de gestión operativa que controla y/o regula la gestión operativa de aerogeneradores y también asume el control y/o regulación en distintos estados de funcionamiento. Si el sistema de gestión operativa falla, un sistema de seguridad independiente del sistema de gestión operativa garantiza que el aerogenerador permanezca en un estado seguro. Este sistema de seguridad está adaptado en el estado de la técnica a un modo de funcionamiento del aerogenerador con velocidad de rotación nominal o un funcionamiento normal con potencia optimizada.

No obstante, en determinadas circunstancias un aerogenerador se hace funcionar también en un modo de funcionamiento adicional que en particular presenta una velocidad de rotación y/o de potencia reducidas. En este sentido, por ejemplo, se trata de un funcionamiento con reducción de sonido, una limitación de potencia debido a trabajos de mantenimiento o de reparación o de un funcionamiento en el caso de una capacidad de red limitada, en la que, por lo tanto, por ejemplo, la potencia posible del aerogenerador no puede entregarse por completo a la red. En particular en el estado de funcionamiento adicional o en el segundo modo de funcionamiento fuera del funcionamiento con velocidad de rotación nominal o de un funcionamiento que puede denominarse también funcionamiento normal con potencia optimizada pueden darse casos de carga o averías que pueden producir daños del aerogenerador.

Por esta razón es objetivo de la presente invención mejorar la seguridad efectiva de funcionamiento de un aerogenerador, así como reducir la carga de un aerogenerador, y concretamente en un modo de funcionamiento fuera de un funcionamiento normal de potencia optimizada.

Se resuelve este objetivo mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1 o un aerogenerador con las características de la reivindicación 7.

Según una realización de la presente invención se hace funcionar un aerogenerador con un rotor que presenta al menos una pala de rotor de ángulo ajustable, en un primer modo de funcionamiento y/o un segundo modo de funcionamiento, en donde en el primer modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor cuando se supera una velocidad de rotación del rotor situada por encima de un primer valor límite de velocidad de rotación, en donde en una realización en el segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor cuando la velocidad de rotación del rotor es mayor que un segundo valor límite de velocidad de rotación, siendo el segundo valor límite de velocidad de rotación menor que el primer valor límite de velocidad de rotación, y/o en donde en el primer y/o segundo modo de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor cuando predomina una aceleración de rotor que es mayor que un valor límite de aceleración de rotor.

Según la invención se ha reconocido en concreto que por un lado, al disminuir un primer valor límite de velocidad de rotación, a partir de cuyo alcance un proceso de frenado del rotor, ya sea mediante ajuste del ángulo de ajuste de pala de rotor en la dirección de paso de puesta de bandera o mediante la intervención de un freno mecánico o mediante medidas de frenado adicionales, en un segundo modo de funcionamiento, que preferiblemente es un modo de velocidad de rotación y/o de potencia reducidas se obtiene un claro aumento de la seguridad efectiva de funcionamiento del aerogenerador. Como alternativa o complemento a esto se ha introducido un valor límite de aceleración de rotor o una monitorización de un valor límite de aceleración de rotor de modo que a partir de alcanzar una aceleración de rotor que es mayor que el valor límite de aceleración de rotor se efectúa un proceso de frenado del rotor correspondiente. También según la invención esto aumenta claramente la seguridad efectiva de funcionamiento del aerogenerador.

El primer modo de funcionamiento es preferiblemente un funcionamiento normal con potencia optimizada del aerogenerador, corresponde por lo tanto a un funcionamiento del aerogenerador con una característica de velocidad de rotación que en el diseño de un aerogenerador se prevé como característica de velocidad de rotación para una potencia suministrada máxima. Esto se documenta y se certifica de manera correspondiente por un organismo regulado en una homologación.

La característica de velocidad de rotación es una característica en una funcionalidad de la velocidad de rotación dependiente de la potencia o del momento de torsión, o a la inversa, de la potencia dependiendo de la velocidad de rotación o del momento de torsión dependiente de la velocidad de rotación. Esta característica y con ello el funcionamiento de potencia optimizada normal puede aplicarse tanto en el rango de carga parcial como en el rango de carga plena, en donde en el rango de carga plena por regla general se ajusta una velocidad de rotación constante. En particular en el rango de transición de carga parcial a carga plena pueden surgir estados de funcionamiento en el aerogenerador que suponen una carga elevada para las instalaciones. Una avería de este tipo es por ejemplo un fallo de gestión operativa que garantiza que el ángulo de ajuste de pala de rotor se desplaza en la dirección a 0°, es decir a una superficie de ataque máxima con respecto al viento incidente. Si esto sucede y el valor límite de velocidad de rotación con respecto al de funcionamiento normal de potencia optimizada no se ha reducido, o no está previsto ningún valor límite de aceleración de rotor correspondiente que pueda especificarse, el sistema de seguridad detecta la avería demasiado tarde y pueden actuar cargas muy altas en el aerogenerador. En el marco de la invención el valor límite de aceleración de rotor pueden especificarse preferiblemente y/o el primer y/o segundo valor límite de velocidad de rotación.

De manera especialmente preferida el procedimiento se perfecciona porque además se monitoriza una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor, en particular en el segundo modo de funcionamiento. En este sentido puede monitorizarse por ejemplo si aparece el fallo de gestión operativa que acaba de describirse de que el ángulo de ajuste de pala de rotor se desplaza en la dirección 0°. En este caso la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor se define como negativa. A partir de una cierta velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor negativa puede iniciarse también un proceso de frenado, preferiblemente un proceso de frenado del rotor, cuando en concreto la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor alcanza un valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor. Esta monitorización de la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor sirve en primera línea para definir el estado de funcionamiento del aerogenerador para descartar que el aerogenerador se encuentra p.ej. precisamente en un proceso de arranque, de detención o de conmutación o en el funcionamiento transitorio debido a una extrema turbulencia en el que pueden aparecer grandes aceleraciones de rotor que sin embargo se regulan al máximo mediante un ajuste de pala con alta velocidad de ajuste de pala positiva.

Preferiblemente el proceso de frenado se inicia en combinación con el alcance del valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor mediante la monitorización de la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor al superarse el segundo valor límite de velocidad de rotación mediante la velocidad de rotación del rotor y/o al superarse el valor límite de aceleración de rotor mediante la aceleración de rotor. Por ello es posible un procedimiento de funcionamiento de un aerogenerador aún más seguro. El valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor se alcanza por ejemplo cuando se ha alcanzado una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor negativa que en términos de cantidad es mayor o igual a la cantidad de un valor límite negativo. Cuando el valor límite es, por ejemplo -1,5° este se alcanza, cuando la velocidad de ajuste de ángulo es -1,5° o menos (por ejemplo -1,51 °), es decir un ajuste en la dirección del ángulo de pala de 0°.

Preferiblemente el valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor está adaptado en función del valor límite de aceleración de rotor y/o del segundo valor límite de velocidad de rotación. Preferiblemente el valor límite de aceleración de rotor está adaptado en función del valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor y/o del segundo valor límite de velocidad de rotación.

Preferiblemente el segundo valor límite de velocidad de rotación está adaptado en función del valor límite de aceleración de rotor y/o del valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor. Gracias a la adaptación de los valores límite correspondientes puede reducirse notablemente la carga de instalación. Por ejemplo, el valor límite de aceleración de rotor puede establecerse algo más alto, mientras que el segundo valor límite de velocidad de rotación o la cantidad de la velocidad de paso o velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor en particular negativa, se fija algo más baja. Esto puede suceder también a la inversa. También el valor de aceleración de rotor puede establecerse algo más alto mientras que la cantidad de la velocidad de ajuste de pala de rotor negativa se fija algo más baja.

Según una realización de la presente invención, en un procedimiento para hacer funcionar un aerogenerador con un rotor que presenta al menos una pala de rotor de ángulo ajustable se determina un parámetro de funcionamiento mediante un procedimiento de registro y se monitoriza mediante un sistema de seguridad independiente de un sistema de gestión operativa y al alcanzar un valor límite de parámetro de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor, en donde en un modo de funcionamiento fuera de un funcionamiento normal de potencia optimizada del aerogenerador el valor límite de parámetro de funcionamiento y/o el procedimiento de registro se adapta para determinar el parámetro de funcionamiento.

Según la invención mediante la adaptación del valor límite de parámetro de funcionamiento del aerogenerador se alcanza un funcionamiento seguro del aerogenerador. Por adaptación del valor límite de parámetro de funcionamiento puede por ejemplo entenderse una disminución de un valor límite de velocidad de rotación o una disminución o también un aumento de un valor límite de aceleración de rotor o la modificación de un valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor. Por adaptación de un valor límite de parámetro de funcionamiento en el marco de la invención se entiende en particular una modificación del valor límite con respecto al valor límite en el funcionamiento normal de potencia optimizada. Dado que se trata de valores límite relevantes en términos de seguridad las adaptaciones de valor límite posibles están fijadas previamente de manera unívoca, p.ej. en forma de tablas de valores o funciones matemáticas, como por ejemplo funciones lineales o cuadráticas.

Por adaptación del procedimiento de registro del parámetro de funcionamiento en el marco de la invención se entiende en particular una modificación del procedimiento de filtrado y/o cálculo de promedio en el registro del parámetro de funcionamiento. Si el parámetro de funcionamiento es por ejemplo la velocidad de rotación, la adaptación del procedimiento de registro en el marco de la invención puede ser una reducción del tiempo de cálculo de promedio. Si en el funcionamiento normal, por ejemplo, se registra la velocidad de rotación como 5 s de promedio, esto puede suceder en el funcionamiento con velocidad de rotación por ejemplo 50 ms de promedio de modo que la adaptación del procedimiento de registro en caso de un aumento repentino de la velocidad de rotación tiene un efecto similar en el funcionamiento del aerogenerador a una reducción clara del valor límite de velocidad de rotación en el funcionamiento con velocidad de rotación reducida.

Por consiguiente, según la invención, se parte del conocimiento de que una modificación del procedimiento de registro de un parámetro de funcionamiento en un valor límite de parámetro de funcionamiento no modificado en comparación con una adaptación del valor límite de parámetro de funcionamiento sin modificación del procedimiento de registro tiene un efecto correspondiente en el funcionamiento del aerogenerador. En lo sucesivo cuando se habla de adaptación del valor límite también se incluye la adaptación del procedimiento de registro del parámetro de funcionamiento sin que se mencione el ángulo explícitamente.

Un modo de funcionamiento fuera del funcionamiento normal de potencia optimizada en el marco de la invención es un modo de funcionamiento de un funcionamiento con una característica de velocidad de rotación, que está fuera de una característica de velocidad de rotación que está prevista para la máxima potencia suministrada. En particular esto quiere decir que en una relación funcional de la velocidad de rotación por encima de la potencia o de la velocidad de rotación por encima del momento de torsión está previsto un modo por debajo de esta característica de velocidad de rotación para la máxima potencia suministrada. Preferiblemente este modo es un modo en el que como máximo se alcanza el 95 % de la velocidad de rotación con una potencia correspondiente o momento de torsión correspondiente.

Además, un modo de funcionamiento fuera del funcionamiento normal de potencia optimizada puede ser también una limitación sencilla de la velocidad de rotación máxima y/o potencia máxima permitidas. En este sentido entonces no necesariamente se modifica la característica de velocidad de rotación, sino que posiblemente solo se limita o se acorta en el rango superior

Preferiblemente la adaptación del valor límite del parámetro de funcionamiento se produce durante el funcionamiento del aerogenerador. Si por ejemplo solo puede emitirse el 50 % de la potencia generada del aerogenerador en una red debido a la capacidad de red limitada se podría prever una característica de funcionamiento en un modo de funcionamiento fuera de un funcionamiento normal de potencia optimizada que solo prevé el 50 % de la potencia con una velocidad de rotación correspondiente en una característica de velocidad de rotación adaptada. Si la capacidad de red aumenta de nuevo, un valor límite de parámetro de funcionamiento posible, por ejemplo, el valor límite de velocidad de rotación, de nuevo puede aumentar algo dado que del sistema puede extraerse de nuevo suficiente momento de torsión mediante el generador.

Preferiblemente los modos de funcionamiento están predeterminados con valores límite asociados de modo que en condiciones predefinidas tanto el modo de funcionamiento como el valor límite asociado se conmuta.

Preferiblemente el modo de funcionamiento fuera del funcionamiento normal de potencia optimizada es un funcionamiento del aerogenerador con potencia reducida y/o con momento de torsión reducido. Este modo está previsto por ejemplo cuando están previstos trabajos de mantenimiento o reparación o en particular un funcionamiento con reducción de sonido. En el caso de un funcionamiento con reducción de sonido se emplea preferiblemente un modo de funcionamiento con velocidad de rotación reducida.

Preferiblemente el parámetro de funcionamiento monitorizado es una velocidad de rotación del rotor, una aceleración del rotor, un ángulo de ajuste de pala de rotor, una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor, una aceleración de ángulo de ajuste de pala de rotor, un momento de torsión de rotor o una potencia eléctrica suministrada. De manera análoga para estos parámetros de funcionamiento monitorizados respectivos está previsto un valor límite. Preferiblemente se monitorizan al menos dos parámetros de funcionamiento y se comparan con un valor límite de parámetro de funcionamiento correspondiente en cada caso. Esto hace posible un procedimiento aún más seguro para hacer funcionar un aerogenerador. Preferiblemente el proceso de frenado se ajusta solo cuando los al menos dos parámetros de funcionamiento en cada caso alcanzan sus valores límite de parámetros de funcionamiento correspondientes. El proceso de frenado se inicia por ejemplo solo cuando la velocidad de rotación del rotor supera un valor límite de velocidad de rotación y además el momento de torsión de rotor supera un valor límite de momento de torsión de rotor.

Preferiblemente los valores límite de parámetros de funcionamiento se adaptan al menos parcialmente de manera dependiente entre sí. Así en un acoplamiento por ejemplo de la monitorización de la velocidad de rotación del rotor y del momento de torsión de rotor y la previsión del inicio del proceso de frenado solo cuando se alcanza los dos valores límite de parámetros de funcionamiento asociados a este puede estar previsto que los valores límite respectivos se especifiquen algo más altos de lo que se especificarían si se monitorizara solo uno de los dos parámetros.

Según una realización de la presente invención un aerogenerador con un rotor, que presenta al menos una pala de rotor de ángulo ajustable comprende un sistema de gestión operativa que prevé al menos un primer modo de funcionamiento y un segundo modo de funcionamiento, en donde un sistema de seguridad está previsto para monitorizar al menos un parámetro de funcionamiento, en donde el sistema de seguridad en el sistema de gestión operativa suministra una señal para el frenado del rotor y/o inicia el frenado del rotor tan pronto como el al menos un parámetro de funcionamiento alcanza un valor límite de parámetro de funcionamiento, siendo el primer modo de funcionamiento un funcionamiento normal con potencia optimizada y siendo el segundo modo de funcionamiento un modo de funcionamiento de velocidad de rotación reducida y/o de potencia reducida, en donde el valor límite de parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento se diferencia del valor límite de parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento y/o que el valor límite de parámetro de funcionamiento puede modificarse dependiendo del al menos un parámetro de funcionamiento o un parámetro de funcionamiento no monitorizado por el sistema de seguridad.

En el marco de la invención una diferenciación del valor límite de parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento del segundo modo de funcionamiento es en particular una diferencia en la cantidad del valor límite. Preferiblemente el sistema de seguridad comprende un dispositivo de monitorización de seguridad y una cadena de seguridad. Preferiblemente el valor límite de parámetro de funcionamiento se adapta en el funcionamiento.

Preferiblemente un parámetro de funcionamiento es un velocidad de rotación de rotor, en donde para el primer modo de funcionamiento está previsto un primer aparato de conmutación de velocidad de rotación en el sistema de seguridad y para el segundo modo de funcionamiento está previsto un segundo aparato de conmutación de velocidad de rotación en el sistema de seguridad, en donde al menos uno de los aparatos de conmutación de velocidad de rotación cuando se supera un valor límite de velocidad de rotación asociado al aparato de conmutación de velocidad de rotación respectivo suministra la señal de frenado.

Preferiblemente una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor es un parámetro de funcionamiento. Preferiblemente una aceleración de rotor es un parámetro de funcionamiento.

Cuando preferiblemente la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor debe alcanzar un valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor y la aceleración de rotor debe alcanzar un valor límite de aceleración de rotor para provocar que el sistema de seguridad facilite una señal de frenado o inicie el frenado del rotor se proporciona un aerogenerador especialmente seguro. Preferiblemente el valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor depende del valor límite de aceleración de rotor. Puede estar prevista preferiblemente también una dependencia del valor límite de aceleración de rotor del valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor.

En una realización un aerogenerador con un rotor que presenta al menos una pala de rotor de ángulo ajustable comprende un sistema de gestión operativa que prevé al menos un primer modo de funcionamiento y un segundo modo de funcionamiento, en donde está previsto un sistema de seguridad para monitorizar al menos de un parámetro de funcionamiento, en donde el sistema de seguridad en el sistema de gestión operativa suministra una señal para el frenado del rotor y/o inicia el frenado del rotor tan pronto como el al menos un parámetro de funcionamiento alcanza un valor límite de parámetro de funcionamiento, en donde el primer modo de funcionamiento es un funcionamiento normal y el segundo modo de funcionamiento es un modo de funcionamiento de momento de torsión reducido y/o de potencia reducida, en donde está previsto al menos un sensor de aceleración que en el primer y/o segundo modo de funcionamiento mide una aceleración de rotor como parámetro de funcionamiento, en donde al superar un valor límite de aceleración de rotor el sistema de seguridad suministra la señal para el frenado del rotor o inicia el frenado del rotor. Por ello el aerogenerador puede hacerse funcionar con seguridad elevada. Preferiblemente está previsto un sensor para el parámetro de funcionamiento en el sistema de seguridad, en particular en una cadena de seguridad. Preferiblemente el sistema de seguridad es independiente del sistema de gestión operativa de modo que en particular no es posible ninguna intervención del sistema de gestión operativa en el sistema de seguridad o ningún paso del sistema de seguridad a través del sistema de gestión operativa. Por tanto, si el sistema de seguridad genera una señal de frenado o inicia el frenado del rotor el sistema de gestión operativa no puede impedir este frenado.

Preferiblemente el sistema de seguridad o partes de este está dispuesto en un actuador de ajuste de ángulo de pala o regulador de ajuste de ángulo de pala.

Preferiblemente está previsto un dispositivo de control o regulación de un aerogenerador en el que puede llevarse a cabo un procedimiento según la invención. Preferiblemente está previsto un programa informático con medios de código de programa que están adaptados para ejecutar el procedimiento según la invención cuando se ejecuta el programa informático, en particular en un dispositivo de control o regulación de un aerogenerador.

Preferiblemente el programa informático preferido está almacenado en un soporte de datos legible por un ordenador. La invención se describe a continuación sin limitar la idea inventiva general mediante ejemplos de realización haciendo referencia a los dibujos, remitiéndose expresamente a los dibujos con relación a todos los detalles según la invención no explicados con detalle en el texto. Muestran:

Fig. 1 una representación esquemática de un aerogenerador,

Fig. 2 un diagrama de bloque esquemático de componentes esenciales de un aerogenerador, Fig. 3 un diagrama de circuito esquemático de una cadena de seguridad,

Fig. 4 una representación esquemática de la disposición de sensores de aceleración,

Fig. 5 a u n diagrama de una velocidad de rotación de rotor en el tiempo,

Fig. 5 b un diagrama de una aceleración de rotor filtrada en el tiempo,

Fig. 5 c un diagrama de una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor en el tiempo,

Fig. 5 d una representación esquemática del momento de flexión de raíz de pala presentada en el tiempo, Fig. 6 un desarrollo esquemático de procedimiento de un procedimiento según la invención para hacer funcionar un aerogenerador y

Fig. 7 un desarrollo esquemático de procedimiento de un procedimiento según la invención alternativo para hacer funcionar un aerogenerador.

En las figuras siguientes los elementos iguales o equivalentes o partes correspondientes están provistos con los mismos números de referencia de modo que se prescinde de una nueva presentación correspondiente.

La Fig. 1 muestra una representación esquemática de un aerogenerador 10. El aerogenerador 10 presenta una torre 11 y un rotor 12 que comprende tres palas 14 de rotor que están instaladas sobre un buje 9 de rotor. Cuando hay viento el rotor 12 gira como ya se conoce. Esto puede generar potencia mediante un generador conectado al rotor 12 o al buje 9 de rotor y emitirse a una red de consumidor.

La Fig. 2 muestra esquemáticamente componentes esenciales de un aerogenerador 10. Una gestión operativa 15 que puede denominarse también equipo de gestión operativa o sistema de gestión operativa controla y/o regula el funcionamiento del aerogenerador 10. Al sistema 15 de gestión operativa se une un dispositivo 16 de monitorización de seguridad que está conectado con una cadena 20 de seguridad. El dispositivo 16 de monitorización de seguridad puede estar realizado en forma de una unidad de control independiente del sistema de gestión operativa, también puede estar dispuesto total o parcialmente en un equipo de control ya presente, por ejemplo, un ordenador de control dispuesto en el buje de rotor para el ajuste de ángulo de pala. La cadena 20 de seguridad comprende por ejemplo un dispositivo de aviso de vibraciones, un interruptor de (desconexión de emergencia) manual y un relé de conmutación de velocidad de rotación o un interruptor de velocidad de rotación. Otras realizaciones de la cadena de seguridad se efectúan con respecto a la Fig. 3.

La cadena 20 de seguridad sirve para que cuando se presenta un suceso relevante en términos de seguridad, por ejemplo, en el caso de vibraciones demasiado grandes o cuando se acciona el interruptor de desconexión de emergencia por parte de un operario el aerogenerador se apague en un estado no crítico. La cadena 20 de seguridad puede estar diseñada como cadena de hardware. Al dispararse la cadena 20 de seguridad, lo cual se indica mediante la flecha hacia los componentes eléctricos 21, el generador 23 se retira de la red 25 y el eje 13 de rotor o el eje rápido 22 se frena, por ejemplo, a través del ajuste 18 de pala o el freno mecánico 19 o también, lo cual o se representa, evitando directamente uno o varios dispositivos de regulación o control como el ajuste 18 de pala. La monitorización 16 de seguridad puede estar diseñada también de tal manera que esta comprueba la funcionalidad de la gestión operativa 15. La monitorización 16 de seguridad está realizada en este sentido preferiblemente como un tipo de watch-dog. El sistema de gestión operativa puede estar diseñado como sistema de gestión operativa con dispositivo 15' de monitorización de seguridad. Esto está representado con líneas discontinuas. En este sentido el sistema de gestión operativa 15' incluye también una monitorización 16 de seguridad integrada o un dispositivo 16 de monitorización de seguridad. El sistema 15 o 15' de gestión operativa está conectado a través de líneas de datos electrónicos correspondientes con un regulador 17 y el ajuste 18 de pala y además con el freno mecánico 19. Por ajuste 18 de pala se entiende en particular un actuador que garantiza un ajuste de ángulo de las palas 14 de rotor. De manera análoga, por freno mecánico 19 se entiende un actuador que garantiza que el freno mecánico 19 en este ejemplo de realización actúe en el eje rápido 22. El freno mecánico o un freno mecánico 19 adicional puede actuar en el eje 13 de rotor, pero sin embargo no se muestra.

Con 26 se señala una conexión de datos que alimenta un ángulo de pala de rotor o el ángulo de pala de rotor de las palas 14 de rotor al sistema 15 o 15' de gestión operativa. Con el número de referencia 27 se muestra una conexión de datos que alimenta una velocidad de rotación real del eje rápido 22 al sistema de gestión operativa 15 o 15'. Con 30 se señala una línea de datos que alimenta una señal parásita que en este ejemplo de realización parte de componentes eléctricos 21 al sistema 15 o 15' de gestión operativa.

El funcionamiento del aerogenerador 10 es el siguiente. Cuando el viento 31 incide el rotor gira 12 según la dirección de rotación 29. Por ello también gira el eje de rotor 13 que con un engranaje 24 en una relación de transmisión de por ejemplo 1 : 100 gira el eje rápido 22. Esto en el generador 23 genera una tensión eléctrica que se regula en los componentes eléctricos 21, se reajusta y/o se convierte en una tensión alterna. En la salida de los componentes eléctricos 21 está prevista una conexión a la red 25 con la que los consumidores se abastecen de tensión o energía eléctrica. Los conceptos de control y regulación de aerogeneradores conocidos en general se divulgan por ejemplo en el capítulo 5 del libro de texto “ Windkraftanlagen Systemauslegung, Netzintegration und Regelung” de Siegfried Heier, 4a edición de febrero de 2005, B. G. Teubner-Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden.

La cadena 20 de seguridad está representada esquemáticamente en la Fig. 3. Inicialmente un suministro 45 de tensión sirve para suministrar tensión a los componentes correspondientes de la cadena 20 de seguridad. La cadena 20 de seguridad comprende un equipo de desconexión de emergencia NA y un equipo de desconexión de seguridad SA. El equipo de desconexión de emergencia NA comprende varios interruptores de emergencia 46.1, 46.2 y 46.3 que pueden ser manejados por operarios en el caso de que sea necesaria una desconexión de emergencia. Estos interruptores de emergencia son interruptores manuales conectados en serie que están dispuestos como una tecla de desconexión de emergencia en un armario superior, en un armario de suelo, en el pie de la torre o en el armario convertidor, así como en otros puntos junto a o en el aerogenerador. Además, está previsto un interruptor de llave 47 adicional alineado con los otros interruptores 46.1 a 46.3 que pueden accionarse manualmente que se acciona por parte del personal de mantenimiento mediante una llave correspondiente. Un interruptor de servicio de este tipo, también llamado interruptor 47 de llave está previsto por ejemplo en el armario superior (armario de control en la góndola) para el mantenimiento del equipo de ajuste de pala.

Mediante el equipo de desconexión de emergencia NA todas las partes bajo tensión, así como todas las partes giratorias del aerogenerador 10 se detienen. Las partes bajo tensión cuando se acciona el equipo de desconexión de emergencia NA se conectan sin tensión en la medida de lo posible. Mediante el accionamiento de uno de los interruptores 46.1, 46.2, 46.3, ..., 47 los interruptores se abren de modo que se realiza una desconexión de seguridad del aerogenerador 10. Mediante esta “desconexión de emergencia” los relés 48, 49 conectados se abren (disposición a prueba de fallos).

En la interrupción de un bucle los relés autoenclavadores 48, 49 se desexcitan de modo que se realiza una desconexión de seguridad. En este sentido por ejemplo los relés 48, 49 controlan los frenos del aerogenerador y disparan por ejemplo el programa de frenado.

Además, alineados con los interruptores 46.1, 46.2, 46.3, ..., 47 que pueden accionarse manualmente están previstos interruptores 56.1, 56.2, 56.3, ... adicionales de un equipo de desconexión de seguridad SA, en donde los interruptores del equipo de desconexión de seguridad SA se conectan mediante sensores. Mediante los sensores para los interruptores 56.1, 56.2, 56.3, ... se monitorizan partes móviles o similares en la máquina. Por ejemplo, mediante dos sensores se monitoriza la torsión de cables (en el sentido horario y en el sentido antihorario). Además, tiene lugar una comprobación continua de la vibración, de la velocidad (excesiva) de rotación del rotor, así como del engranaje y una monitorización del sistema de gestión operativa (watch-dog).

Para la monitorización de la velocidad de rotación del rotor 20 en el funcionamiento normal, es decir, en un funcionamiento en una característica que prevé un funcionamiento de potencia optimizada está previsto un primer interruptor de velocidad de rotación 56.7 que prevé por ejemplo una parada o desconexión cuando la velocidad de rotación supera un valor límite que se sitúa normalmente en el intervalo de 20 % por encima de la velocidad de rotación nominal. Adicionalmente ahora según la invención está previsto también un segundo interruptor de velocidad de rotación 56.8 alineado con el primer interruptor 56.7 de velocidad de rotación que se activa al superar un segundo valor de velocidad de rotación. El segundo valor de velocidad de rotación está dispuesto según la invención por debajo del primer valor de velocidad de rotación, por ejemplo, preferiblemente en el intervalo entre 5 y 10 % por encima de la velocidad de rotación nominal.

Si el aerogenerador está en un modo de funcionamiento de potencia optimizada, es decir en el funcionamiento normal, el segundo interruptor de velocidad de rotación 56.8 se pone en cortocircuito mediante un interruptor de sobrepresión 56.9. Solo en un modo de funcionamiento adicional que es diferente al modo de funcionamiento de potencia optimizada la puesta en cortocircuito finaliza mediante el interruptor de sobrepresión 56.9.

El segundo interruptor 56.8 de velocidad de rotación y dado el caso el interruptor 56.9 de sobrepresión pueden estar dispuestos en el buje 9. Convenientemente también el regulador 17 y el ajuste 18 de pala está dispuesto en el buje. Una señal de que predomina el primer modo de funcionamiento se transfiere desde la gestión operativa 15, 15' o el dispositivo 16 de monitorización de seguridad a través de un anillo colector o por radio al segundo interruptor 56.8 de velocidad de rotación de modo que el segundo interruptor 56.8 de velocidad de rotación quede inactivo. Solo cuando se interrumpe la señal el interruptor de velocidad de rotación 56.8 se activa de modo que, inmediatamente cuando se supera el segundo valor límite de velocidad de rotación puede reaccionar el regulador o el control 17 para el ajuste de ángulo de pala de rotor y/o el ajuste de pala o un actuador para el ajuste de pala y puede realizarse un ajuste de las palas de rotor en la dirección del paso de puesta de bandera. La señal falla preferiblemente hasta que predomina el segundo modo de funcionamiento. Con ello se produce una disposición a prueba de fallos. El peligro de que debido a un fallo en la gestión operativa el interruptor 56.8 de velocidad de rotación se desactive, aunque no se conmute correctamente al funcionamiento normal puede evitarse mediante conmutación retrasada del interruptor 56.8 de velocidad de rotación. Si debido a un fallo en el sistema de gestión operativa 15, 15' o en el dispositivo 16 de monitorización de seguridad se produjera una avería, la situación crítica ocurre después de algunos segundos. Por consiguiente, si la desactivación se retrasa en principio, por ejemplo 15-30 s, lo que se considera por parte de la gestión operativa, un fallo de este tipo puede prevenirse de forma segura. La activación del interruptor 56.8 de velocidad de rotación se realiza sin retraso.

Alineados con los interruptores 46.1,46.2, 46.3, ..., 47 y los interruptores 56.1, 56.2, 56.3, ..., 46.7, 46.8 adicionales el relé autoenclavador 61.1 así como distintos interruptores de reinicio 61.2, 61.3, ... se conectan entre sí en paralelo para hacer posible después de una desconexión de seguridad mediante el equipo de desconexión de emergencia NA o el equipo de desconexión de seguridad SA la nueva puesta en servicio del aerogenerador. Para ello están previstos distintos interruptores 61.2, 61.3, ... de reinicio. Los interruptores 61.2, 61.3, ... de reinicio pueden estar configurados tanto como interruptores que pueden accionarse mecánicamente en los lugares correspondientes, por ejemplo, en un armario superior o en un armario de suelo.

Además, hay también un interruptor de reinicio para un retorno de la red. Durante el funcionamiento correcto del aerogenerador el interruptor de autoenclavamiento o el relé autoenclavador 61.1 está cerrado. La Fig. 3 muestra la cadena 20 de seguridad en el estado sin corriente. Además, está previsto un interruptor 62 de reinicio que se conecta a distancia mediante un equipo 41 de mando dibujado en la Fig. 3 de una central de vigilancia a distancia. Mediante el accionamiento de los interruptores 56.1,56.2, 56.3, 56.7 o 56.8 conectados por sensores se lleva a cabo una desconexión de seguridad en la que los relés 58, 59 se desexcitan de modo que el aerogenerador puede llevarse a un funcionamiento seguro. Se ejecutan entonces programas de frenado correspondientes para las partes del aerogenerador 10.

Según la invención la aceleración de rotor se monitoriza. Un criterio de desconexión o un disparo del frenado del rotor en un aerogenerador de 5 MW con un diámetro de rotor de 126 m por ejemplo puede ser aceleración de rotor que presenta un valor límite de 0,6 rpm/s. Se prefiere que esté prevista una monitorización combinada de la aceleración de rotor y de la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor, por ejemplo, un valor límite de aceleración de rotor de 0,45 rpm/s, un valor límite para la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor de - 1 °/s. Si una pala de rotor ya no pudiera girarse puede generarse un criterio seguro también al situarse el valor límite de la aceleración de rotor en 0,6 rpm/s y al situarse el valor límite de la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor en 0°/s. Por consiguiente, en comparación con el ejemplo anterior del valor límite de aceleración de 0,45 rpm/s en un valor límite de velocidad de ajuste de -1 °/s se realiza una adaptación del valor límite de aceleración a 0,6 rpm/s para realizar por consiguiente el valor límite deseado de la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor de 0°/s para la monitorización de un accionamiento de ajuste de pala bloqueado. El nivel de seguridad para la protección de averías no permitidas debido a una velocidad de rotación excesiva del rotor se mantiene aproximadamente igual a este respecto y puede determinarse solo mediante cálculos de simulación habituales.

Es también posible monitorizar solamente la aceleración de rotor.

La aceleración de rotor puede determinarse por ejemplo a través de sensores de aceleración o determinarse por ordenador a partir de una señal de velocidad de rotación o señales de posición de rotor. Para determinar la aceleración de rotor, como se muestra en la Fig. 4, puede estar prevista por ejemplo la disposición de dos sensores 33, 34 de aceleración en un eje 32 de rotor. En lugar de la disposición sobre el eje 32 de rotor también los sensores 33 y 34 pueden estar previstos en el buje. Para medir la aceleración 35 o 36 de rotor la aceleración tangencial también puede medirse en la conexión de pala. Esta puede convertirse en una aceleración angular dividiendo por el radio. Para desconectar la aceleración terrestre y las aceleraciones de cabeza de torre, por ejemplo, aceleraciones transversales, cabeceo, rodaduras y torsión mediante la medición se prefiere la disposición de dos sensores 33 y 34 de aceleración con un desfase de 180°. Una adición de ambas señales neutraliza porcentajes de aceleración no deseados. Para un valor de disparo o valor límite de 0,45 rpm/s en un radio de rotor de 1,6 m se produce una aceleración tangencial correspondiente de 0,075 m/s2. En este caso está previsto un intervalo de medición de aproximadamente ± 15 m/s2. La aceleración de rotor medida se filtra preferiblemente. Esto puede evitar desconexiones o procesos de frenado innecesarios del rotor. El filtrado es preferiblemente un filtro con un paso bajo con un elemento PT¹con una constante de tiempo de 1 s.

En particular en el funcionamiento con reducción de sonido, es decir en un modo de funcionamiento con velocidad de rotación reducida la invención puede utilizarse especialmente bien. Las figuras 5a a 5d muestran diagramas de distintos parámetros de un aerogenerador presentados cronológicamente. Se representa el comportamiento del aerogenerador en el funcionamiento con velocidad de rotación reducida cuando aparece una avería. El tiempo se presenta en segundos. En las figuras se representan tres curvas en cada caso. La curva de trazo grueso es el curso respectivo del parámetro de funcionamiento con una gestión operativa y un dispositivo de monitorización de seguridad, como se conoce en el estado de la técnica. La línea de trazo fino representa un modo de funcionamiento con un segundo dispositivo de monitorización de seguridad en el que la aceleración de rotor y la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor se monitorizan y al alcanzar los dos valores límite asociados a esto se inicia un proceso de frenado. La línea de puntos y rayas representa un modo de funcionamiento con un dispositivo de monitorización de seguridad en el que se monitoriza la velocidad de rotación y se inicia un frenado del rotor cuando se alcanza un valor límite de velocidad de rotación reducido. Los ejemplos de realización de la Fig. 5 están todos en un modo de funcionamiento con velocidad de rotación reducida.

La Fig. 5a muestra los tres diagramas correspondientes de una función de la velocidad de rotación de rotor en el tiempo. Puede verse que en el funcionamiento con velocidad de rotación la velocidad de rotación de rotor en el caso de carga previsto se regula inicialmente de manera constante a la velocidad de rotación especificada reducida, y después, por ejemplo, en caso de una avería que se produce en 20 s e incluye una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor máxima debida a una avería que es negativa, es decir crece hacia un ángulo de 0° (véase Fig. 5c). Puede distinguirse que entonces la velocidad de rotación de rotor aumenta y alcanza un máximo en alrededor de 20 vueltas por minuto (rpm), y concretamente después de alrededor de 8 s después del caso de carga. En este caso se alcanza el valor límite de velocidad de rotación en el funcionamiento normal y se inicia un proceso de frenado de modo que la velocidad de rotación de rotor se reduce. Esto sucede mediante ajuste del ángulo de pala de rotor, como puede distinguirse en la Fig. 5c.

En la monitorización de la aceleración de rotor acoplada con la monitorización de la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor, por ejemplo, con los valores límite de una aceleración de rotor de 0,45 rpm/s y un valor límite para la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor de -1 °/s resulta que la velocidad de rotación de rotor máxima alcanzada es de alrededor de 10,5 rpm. El frenado se produce claramente antes en este caso. Algo más tarde se produce el frenado cuando está previsto un segundo valor límite de velocidad de rotación que se sitúa por debajo del primer valor límite de velocidad de rotación, concretamente por ejemplo en alrededor de 18 rpm en el buje. En este caso se inicia un frenado tras alcanzar este valor límite. Esto se produce en aproximadamente 25 segundos en las figuras 5a, 5b y 5c.

En la Fig. 5b se presenta cronológicamente una aceleración de rotor filtrada con un elemento PT¹y una constante de tiempo de un segundo, que resulta para el caso de carga correspondiente. También en este caso cabe distinguir que en el funcionamiento según el estado de la técnica la aceleración de rotor que se presenta en rpm/s aumenta relativamente. El aumento de la aceleración de rotor en caso de una monitorización correspondiente de la aceleración de rotor y la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor (línea fina) está mucho menos acentuado. En la línea de puntos y rayas, concretamente en la previsión de un valor de velocidad de rotación más bajo, el rotor se acelera menos que en caso de una gestión operativa conocida.

En la Fig. 5c la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor correspondiente se presenta en °/s. Puede distinguirse que el frenado del rotor se efectúa mediante ajuste de la velocidad de paso (velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor). La velocidad de paso se ajusta a 8°/s tras alcanzar los valores límite correspondientes para frenar el rotor. En el funcionamiento según una gestión operativa conocida esto sucede después de aproximadamente 7 s desde el comienzo de la avería en 20 s.

El inicio más rápido de la operación de frenado se alcanza en la línea fina.

En la Fig. 5d se dibuja esquemáticamente el momento de flexión de raíz de pala en kNm para el dispositivo de monitorización de seguridad correspondiente. Puede distinguirse claramente que con los procedimientos según la invención para hacer funcionar el aerogenerador respectivo predominan cargas claramente menores en el aerogenerador.

Para la monitorización de un nivel de velocidad de giro reducido en un segundo modo de funcionamiento correspondiente con al menos un segundo aparato 56.8 de conmutación de velocidad de rotación que puede conectarse adicionalmente un valor límite adecuado para una instalación de 5 MW sería por ejemplo 1.170 rpm en el lado del generador que corresponde a la velocidad de rotación nominal en el funcionamiento normal. El primer valor límite de velocidad de rotación en el funcionamiento normal es entonces por ejemplo 1250 rpm. Con el segundo valor límite reducido de 1170 rpm podría monitorizarse de manera segura un modo de funcionamiento de velocidad de rotación reducida en particular de velocidades de rotación entre 870 y 1100 rpm.

Los parámetros correspondientes dependen de datos de diseño del aerogenerador y pueden determinarse o adaptarse para cada instalación. Esto puede realizarse mediante cálculos de simulación aeroelásticos. Los factores de influencia principal son en este sentido el diámetro de rotor, la aerodinámica del rotor, la inercia de rotación de rotor y tren propulsor, propiedades del sistema de ajuste de pala y calidad de las señales de sensor.

El segundo valor límite de velocidad de rotación en el modo de funcionamiento fuera o por debajo del funcionamiento normal de potencia optimizada debería situarse de manera preferida en aproximadamente 5 a 9 % o de manera preferida de 6 a 7 % por encima de la velocidad de rotación especificada reducida. Las reducciones de velocidad de rotación habituales por motivos acústicos pueden llevar a que el segundo valor límite de velocidad de rotación se sitúe exactamente en el rango de la velocidad de rotación nominal en el funcionamiento normal de potencia optimizada. En velocidades de rotación especificadas reducidas en el funcionamiento con velocidad de rotación reducida que se sitúan claramente por debajo de la velocidad de rotación nominal en el funcionamiento de potencia optimizada, los valores límite de velocidad de rotación - con respecto a la velocidad de rotación especificada reducida también pueden aumentarse claramente con relación a la velocidad de rotación especificada reducida. Así los valores límite de velocidad de rotación en el funcionamiento con velocidad de rotación reducida pueden situarse por ejemplo en 30 a 40 % por encima de esta velocidad de rotación especificada reducida, si la velocidad de rotación especificada reducida p.ej. se sitúa en solo el 75 % de la velocidad de rotación nominal en el funcionamiento normal de potencia optimizada, es decir, con respecto a la velocidad de rotación nominal en el funcionamiento de potencia optimizada los valores límite de velocidad de rotación se sitúan escasamente por debajo o escasamente por encima de esta velocidad de rotación nominal.

Según la invención la cadena de seguridad puede complementarse con funciones de monitorización adicionales. Las funciones de monitorización pueden estar integradas en el buje en un controlador de paso o un equipo de control o de regulación de ángulo de pala. Adicionalmente puede estar prevista una unidad de monitorización independiente que tiene acceso directo al actuador de ajuste de ángulo de pala de rotor.

En términos de hardware un aparato de conmutación de aceleración de rotor adicional podría alojarse en la cadena de seguridad. Este aparato de conmutación de aceleración de rotor incluye una aceleración de rotor filtrada en particular a partir de la señal de velocidad de rotación. Una valoración puede producirse a través de una chapa de iniciador o un transmisor de valor incremental.

Puede estar alojado también un aparato de conmutación de velocidad de rotación en la cadena de seguridad que se activa mediante un indicador de estado (señal de estado). Esto se indica esencialmente ya en la Fig. 3. Además, puede ser posible que un dispositivo de control o regulación detecte un modo de funcionamiento con velocidad de rotación variable o modo de funcionamiento con velocidad de rotación reducida o un modo de funcionamiento que esté reducido con vistas a un funcionamiento normal de potencia optimizada. Para ello en el buje pueden estar previstos dos aparatos de conmutación de velocidad de rotación de los cuales uno está configurado como un tipo de contacto normalmente cerrado y uno como contacto normalmente abierto. El contacto normalmente abierto está ajustado en este sentido por ejemplo con un tiempo de cálculo de promedio relativamente largo a una velocidad de rotación por debajo de la velocidad de rotación nominal y por consiguiente en un nivel de velocidad de rotación generalmente bajo el aparato de conmutación de velocidad de rotación que funciona como contacto normalmente cerrado se conmuta a activo o conecta un puente con este aparato de conmutación de velocidad de rotación mediante cierre en un nivel de velocidad de rotación que se mantiene alto durante más tiempo.

Puede estar prevista también una monitorización de parámetros de funcionamiento en el regulador 17 de la Fig. 2. Este regulador 17 o controlador de paso puede emplearse como sistema independiente para la monitorización y permite un acceso directo al o a los actuadores 18 de ajuste de ángulo de pala de rotor de la Fig. 2.

En lugar de los dos sensores de la Fig. 4 pueden emplearse también, en particular de manera redundante, cuatro sensores o números impares de sensor que generan señales correspondientes que sirven para calcular la aceleración tangencial del rotor. Podría emplearse también solo un sensor siempre y cuando se corrija por ordenador la influencia de la gravedad en caso de un buje giratorio a lo largo de la posición de rotor y del comportamiento de oscilación de la instalación se deduzcan las oscilaciones parásitas reductoras. Un registro de la aceleración de rotor mediante sensores sobre o en el buje es ventajoso dado que este permite una monitorización independiente del control de la instalación.

Además, puede estar prevista una monitorización de velocidad de rotación adicional o un aparato de conmutación de velocidad de rotación adicional en el buje de rotor. Para ello se transmitirá un valor teórico de velocidad de rotación como señal en el regulador 17 que es un regulador de ajuste de ángulo de rotor o un dispositivo de control correspondiente. En el regulador 17 puede determinarse también un valor real de velocidad de rotación para la monitorización de velocidad de rotación.

En la invención es ventajoso que en caso de una velocidad de rotación especificada discrecional también pueda adaptarse el valor límite permitido, p.ej. como especificación porcentual, por ejemplo, que el valor límite sea el 125 % de la velocidad de rotación teórica en este modo de funcionamiento. Pueden estar previstos también varios niveles de valor límite especificados. Para ello puede estar prevista preferiblemente también una monitorización de plausibilidad del valor teórico de velocidad de rotación que se transmite. Cuando no se trasmiten valores teóricos de velocidad de rotación o se transmiten valores no plausibles se inicia una maniobra de freno. La plausibilidad puede monitorizarse a través de una desviación máxima permitida entre valor nominal y valor real, un límite superior máximo del valor teórico y una aceleración o velocidad de modificación máxima permitida del valor teórico. Los valores medidos correspondientes han de filtrarse o promediarse para desconectar señales falsas individuales. Por ejemplo, para impedir un retraso demasiado grande puede estar previsto que como filtrado solo deba superarse uno de los valores límite en solo dos señales de velocidad de rotación consecutivas.

La activación de la monitorización puede estar prevista también mediante un indicador de estado (señal de estado) transferido desde el control o regulación o la gestión operativa o del sistema de seguridad a través de un anillo colector que está activo cuando no se presenta ninguna señal (disposición a prueba de fallos).

El segundo interruptor 56.9 de velocidad de rotación de la Fig. 3 puede desactivarse preferiblemente con un retraso unilateral, por ejemplo, con un retraso de 30 s. Un aparato de conmutación de velocidad de rotación correspondiente puede estar dispuesto también en el buje.

Además, puede estar previsto un módulo de especificación externo con el que pueden facilitarse especificaciones de velocidades de rotación. Este módulo de especificación externo puede enviar por ejemplo un indicador de estado o una señal de estado al regulador 17. Esto reduce el riesgo de que el regulador 17 ejecute una reducción de velocidad de rotación sin que se haya colocado el indicador de estado. Adicionalmente puede monitorizarse también la velocidad de rotación especificada interna.

En la Fig. 6 se representa un diagrama de bloque esquemático del desarrollo de procedimiento del funcionamiento de un aerogenerador. En el ejemplo de la Fig. 6 en 70 se pregunta si existe una señal para el segundo modo de funcionamiento. En este sentido puede tratarse del indicador de estado que se ha descrito anteriormente. Una señal correspondiente puede generarse por ejemplo cuando se detecta que la red 25 solo puede absorber una potencia reducida. Una señal correspondiente puede generarse también cuando por ejemplo es necesario un funcionamiento con velocidad de rotación reducida para evitar molestias relacionadas con el ruido, por ejemplo, de noche. Si esta pregunta se contesta con “no” , lo que se representa mediante n en la Fig. 6 queda claro que el aerogenerador se encuentra en el funcionamiento normal de potencia optimizada en 71.

A continuación, se pregunta si la velocidad de rotación actual es mayor que un primer valor límite de velocidad de rotación. Esto sucede en 72. Si la respuesta fuera negativa se repite la pregunta anterior en 80. En caso de respuesta afirmativa sobre la pregunta de si la velocidad de rotación es mayor que el primer valor límite de velocidad de rotación, representado con j en la Fig. 6, en 74 se inicia el proceso de frenado. Esto puede suceder mediante accionamiento de un freno mecánico o ajuste del ángulo de pala de rotor para formar ángulos mayores en la dirección de paso de puesta en bandera.

Antes de que se produzca la recurrencia del procedimiento de 72 a 70 en 73 se pregunta de nuevo si la aceleración de rotor es mayor que un valor límite de aceleración de rotor. Si la respuesta es negativa se continua con el procedimiento en 70. Si la respuesta es afirmativa se inicia un proceso de frenado. Si en 70 la pregunta de si existe una señal para el segundo modo de funcionamiento se responde con un sí, el procedimiento en 75 sigue su curso, concretamente en el segundo modo de funcionamiento que por ejemplo puede ser un modo de funcionamiento con velocidad de rotación reducida para alcanzar por ejemplo la reducción de sonido.

A continuación, en 77 se comprueba si la velocidad de rotación actual es mayor que un segundo valor límite de velocidad de rotación que es más bajo que el primer valor límite de velocidad de rotación. Si la respuesta es afirmativa, en 78 se pregunta si una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor es menor que un valor límite de una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor. Si la respuesta es afirmativa, en 79 se inicia un proceso de frenado.

Si la respuesta a la pregunta anterior es negativa, el procedimiento comienza de nuevo en 70. De manera análoga el procedimiento comienza de nuevo también en 70 si la pregunta en 77 se contesta negativamente.

Según la invención en lugar de la conjunción lógica de las preguntas en 77 y 78 puede tener lugar también exclusivamente la pregunta en 77 de modo que la pregunta en 78 se omite. De manera correspondiente también, como se representa en la Fig. 6, paralelamente a las preguntas 77 y 78 puede realizarse la pregunta en 73 sobre si la aceleración de rotor es mayor que un valor límite de aceleración de rotor. Si se responde con sí el proceso de frenado se inicia independientemente de la respuesta en 77 y 78. En la respuesta negativa a esta pregunta en 73 las preguntas 77 y 78 se realizan también de manera independiente entre sí.

La Fig. 7 representa un desarrollo del procedimiento esquemático de un procedimiento según la invención para hacer funcionar un aerogenerador en una forma de realización alternativa en el desarrollo del procedimiento según la Fig. 6. En este caso las preguntas en 77 y 73 se cambian en comparación con la Fig. 6. Con ello después de la pregunta en 70 de si existe una señal para el segundo modo de funcionamiento y esta se contesta afirmativamente el procedimiento se lleva a 75 en el segundo modo de funcionamiento, por ejemplo, un modo de funcionamiento con velocidad de rotación reducida.

Paralelamente se realizan las siguientes preguntas, concretamente en 77 de si la velocidad de rotación es mayor que el segundo valor límite de velocidad de rotación. Si la respuesta es afirmativa, en 79 se produce un frenado. La otra variante de la pregunta según la Fig. 7 en el segundo modo de funcionamiento 75 sucede inicialmente de modo que en 73 se verifica si la aceleración de rotor es mayor que el valor límite de aceleración de rotor. Si la respuesta es negativa en 70 se formula de nuevo una pregunta de si existe una señal para el segundo modo de funcionamiento. No obstante, si la respuesta a la pregunta en 73 fuera afirmativa en 78 se pregunta si la velocidad de ajuste de ángulo de pala es inferior al valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala. En caso de respuesta afirmativa a la pregunta se produce un frenado en 79. Con ello en el segundo modo de funcionamiento detrás de la gestión operativa se desprende la lógica de que un frenado sucede cuando el segundo valor límite de velocidad de rotación se ha superado O el valor límite de aceleración de rotor se ha superado Y el valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor se ha superado.

Lista de referencias

9 Buje del rotor

10 Aerogenerador

11 Torre

12 Rotor

13 Eje de rotor

14 Pala de rotor

15 Sistema de gestión operativa

15' Sistema de gestión operativa con d

de seguridad

16 Dispositivo de monitorización de se

17 Regulador

18 Ajuste de pala

19 Freno mecánico

20 Cadena de seguridad

21 Componentes eléctricos

22 Eje rápido

23 Generador (con inducido y estator)

24 Engranaje

25 Red

26 Conexión de datos

27 Conexión de datos

28 Ajuste de ángulo

29 Dirección de rotación

30 Señal parásita

31 Viento

32 Eje de rotor

33 Sensor de aceleración

34 Sensor de aceleración

35 Aceleración

36 Aceleración

41 Equipo de manejo

45 Suministro de tensión

46.1,46.2, 46.3 Interruptor de desconexión de emergencia

47 Interruptor de llave

48 Relé (desconexión de emergencia)

49 Relé (desconexión de emergencia)

56.1,56.2, 56.3 Interruptor de sensor

56.7 Primer interruptor de velocidad de rotación

56.8 Segundo interruptor de velocidad de rotación

56.9 Interruptor de sobrepresión

58 Relé (desconexión de seguridad)

59 Relé (desconexión de seguridad)

61,1 Interruptor de autoenclavamiento

61.2, 61.3 Interruptor de reinicio

62 Interruptor de reinicio

70 ¿Existe señal para segundo modo de funcionamiento? 71 Funcionamiento normal con potencia optimizada

72 ¿La velocidad de rotación es mayor que el primer valor límite de velocidad de rotación?

73 ¿La aceleración de rotor es mayor que el valor límite de aceleración de rotor?

74 Frenado

75 Segundo modo de funcionamiento

77 ¿La velocidad de rotación es mayor que el segundo valor límite de velocidad de rotación?

78 ¿La velocidad de ajuste de ángulo de pala es menor que el valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala?

79 Frenado

NA Equipo de desconexión de emergencia

SA Equipo de desconexión de seguridad

Claims

REIVINDICACIONES

i. Procedimiento para hacer funcionar un aerogenerador (10) con un rotor (12) que presenta al menos una pala (14) de rotor de ángulo ajustable, en donde un parámetro de funcionamiento se determina mediante un procedimiento de registro y se monitoriza mediante un sistema de seguridad independiente de un sistema de gestión operativa, y al alcanzar un valor límite de parámetro de funcionamiento mediante un sistema de seguridad se inicia un proceso de frenado del rotor (12), caracterizado por que el aerogenerador (10) se hace funcionar en un primer modo (71) de funcionamiento y/o un segundo modo (75) de funcionamiento, en donde el primer modo (71) de funcionamiento es un funcionamiento normal de potencia optimizada y el segundo modo (75) de funcionamiento es un modo de funcionamiento de velocidad de rotación reducida y/o de potencia reducida fuera del funcionamiento normal de potencia optimizada, en donde en el segundo modo (75) de funcionamiento del aerogenerador (10) se adapta el valor límite de parámetro de funcionamiento, de modo que el valor límite de parámetro de funcionamiento en el primer modo de funcionamiento se diferencia del valor límite de parámetro de funcionamiento en el segundo modo de funcionamiento, y/o el valor límite de parámetro de funcionamiento se modifica en función del al menos un parámetro de funcionamiento o un parámetro de funcionamiento no monitorizado por el sistema de seguridad, y/o en donde en el segundo modo (75) de funcionamiento del aerogenerador (10) se adapta el procedimiento de registro para determinar el parámetro de funcionamiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el parámetro de funcionamiento es una velocidad de rotación del rotor (12), en donde en el primer modo (71) de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12), cuando se supera una velocidad de rotación del rotor (12) que se sitúa por encima de un primer valor límite de velocidad de rotación, y en donde en el segundo modo (75) de funcionamiento se inicia un proceso de frenado del rotor (12) cuando la velocidad de rotación del rotor (12) es mayor que un segundo valor límite de velocidad de rotación, en donde el segundo valor límite de velocidad de rotación es menor que el primer valor límite de velocidad de rotación.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que además se monitoriza una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor, en particular en el segundo modo (75) de funcionamiento, en donde en particular se inicia un proceso de frenado del rotor (12) cuando la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor alcanza un valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor, en donde en particular el proceso de frenado se inicia en combinación con el alcance del valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor mediante la monitorización de la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor con una superación del segundo valor límite de velocidad de rotación por parte de la velocidad de rotación del rotor (12) y/o con una superación de un valor límite de aceleración de rotor por parte de la aceleración de rotor.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que el valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor se adapta en función del valor límite de aceleración de rotor y/o del segundo valor límite de velocidad de rotación, o por que el valor límite de aceleración de rotor se adapta en función del valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor y/o del segundo valor límite de velocidad de rotación, o por que el segundo valor límite de velocidad de rotación se adapta en función del valor límite de aceleración de rotor y/o del valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la adaptación del valor límite de parámetro de funcionamiento sucede en el funcionamiento del aerogenerador (10), en donde en particular el segundo modo (75) de funcionamiento es un funcionamiento del aerogenerador (10) con velocidad de rotación reducida, potencia reducida y/o momento de torsión reducido, en donde en particular el parámetro de funcionamiento monitorizado es una velocidad de rotación del rotor (12), una aceleración del rotor (12), un ángulo de ajuste de pala de rotor, una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor, una aceleración de ángulo de ajuste de pala de rotor, un momento de torsión de rotor o una potencia eléctrica suministrada.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que se monitorizan al menos dos parámetros de funcionamiento y se comparan con un valor límite de parámetro de funcionamiento asociado en cada caso, en donde en particular el proceso de frenado solo se inicia cuando los al menos dos parámetros de funcionamiento en cada caso alcanzan sus valores límite de parámetro de funcionamiento asociados, en donde en particular los valores límite de parámetro de funcionamiento se adaptan al menos parcialmente unos en función de otros.
7. Aerogenerador (10) con un rotor (12) que presenta al menos una pala (14) de rotor de ángulo ajustable, en donde el aerogenerador (10) comprende un sistema (15) de gestión operativa, en donde está previsto un sistema (16, 20) de seguridad para monitorizar al menos un parámetro de funcionamiento, en donde el sistema (16, 20) de seguridad en el sistema (15) de gestión operativa suministra una señal para frenar el rotor (12) o inicia el frenado del rotor (12) tan pronto como el al menos un parámetro de funcionamiento alcanza un valor límite de parámetro de funcionamiento, caracterizado por que el sistema (15) de gestión operativa prevé al menos un primer modo (71) de funcionamiento y un segundo modo (75) de funcionamiento, en donde el primer modo (71) de funcionamiento es un funcionamiento normal de potencia optimizada y el segundo modo (75) de funcionamiento es un modo de funcionamiento de velocidad de rotación reducida y/o de potencia reducida fuera del funcionamiento normal de potencia orientada, en donde el valor límite de parámetro de funcionamiento en el primer modo (71) de funcionamiento se diferencia del valor límite de parámetro de funcionamiento en el segundo modo (75) de funcionamiento y/o el valor límite de parámetro de funcionamiento puede modificarse dependiendo del al menos un parámetro de funcionamiento o de un parámetro de funcionamiento no monitorizado por el sistema (16, 20) de seguridad.
8. Aerogenerador (10) según la reivindicación 7, caracterizado por que un parámetro de funcionamiento es una velocidad de rotación de rotor, en donde para el primer modo (71) de funcionamiento está previsto un primer aparato (56.7) de conmutación de velocidad de rotación en el sistema (16, 20) de seguridad, y para el segundo modo (75) de funcionamiento está previsto un segundo aparato (56.8) de conmutación de velocidad de rotación en el sistema (16, 20) de seguridad, en donde al menos uno de los aparatos (56.7, 56.8) de conmutación de velocidad de rotación cuando se supera un valor límite de velocidad de rotación asignado al aparato (56.7, 56.8) de conmutación de velocidad de rotación respectivo suministra la señal de frenado, en donde en particular una velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor y/o una aceleración de rotor es un parámetro de funcionamiento, en donde en particular la velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor debe alcanzar un valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor y la aceleración de rotor debe alcanzar un valor límite de aceleración de rotor para provocar que el sistema (16, 20) de seguridad proporcione una señal de frenado o inicie el frenado del rotor (12), en donde en particular el valor límite de velocidad de ajuste de ángulo de pala de rotor depende del valor límite de aceleración de rotor.
9. Aerogenerador (10) según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que está previsto un sensor (56.1 -56.3, 56.7, 56.8) para el parámetro de funcionamiento en el sistema (16, 20) de seguridad, en particular en una cadena (20) de seguridad.
10. Aerogenerador (10) según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el sistema (16, 20) de seguridad es independiente del sistema (15) de gestión operativa, en donde en particular el sistema (16, 20) de seguridad o partes del mismo está dispuesto en un actuador (18) de ajuste de ángulo de pala o regulador (17) de ajuste de ángulo de pala.
11. Programa informático con medios de código de programa, caracterizado por que los medios de código de programa están adaptados para ejecutar el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6 cuando el programa informático se ejecuta en particular en el dispositivo de control o de regulación de un aerogenerador (10).
12. Programa informático según la reivindicación 11 que está almacenado en un soporte de datos legible por un ordenador.