ES2972695T3

ES2972695T3 - Sistema y procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica cuando una pala de rotor se atasca

Info

Publication number: ES2972695T3
Application number: ES19186807T
Authority: ES
Inventors: Carlos Alberto Concha; Samuel David Draper
Original assignee: General Electric Renovables Espana SL
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2024-06-14
Anticipated expiration: 2039-07-17
Also published as: DK3597906T3; EP3597906B1; US10808680B2; EP3597906A1; US20200025172A1

Abstract

Un método (100) para reducir cargas de una turbina eólica (10) cuando una pala de rotor (22) de la turbina eólica (10) está atascada. El método (100) incluye monitorear continuamente, a través de un controlador (26), un efecto de carga de la pala del rotor atascada (22) de la turbina eólica (10). El método (100) también incluye proporcionar, a través del controlador (26), un programa predeterminado (70) que relaciona el efecto de carga monitoreado de la pala del rotor atascada (22) de la turbina eólica (10) con un ángulo de guiñada para una góndola. (16) del aerogenerador (10). Además, el método (100) incluye desviar, a través del controlador (26), la góndola (16) de la turbina eólica (10) lejos de una dirección del viento entrante de acuerdo con el programa predeterminado (70). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica cuando una pala de rotor se atasca

Campo

[0001]La presente divulgación se refiere en general a turbinas eólicas, y más en particular a sistemas y procedimientos para reducir cargas de una turbina eólica cuando una pala de rotor se atasca durante un escenario de marcha en vacío (“idling”).

Antecedentes

[0002]La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles actualmente, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna típicamente incluye una torre, un generador, una multiplicadora, una góndola, y un rotor que incluye una o más palas de rotor. Las palas de rotor capturan la energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos y transmiten la energía cinética a través de energía de rotación para girar un eje que acopla las palas de rotor a una multiplicadora, o si no se usa una multiplicadora, directamente al generador. A continuación, el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica que se puede distribuir en una red de suministro.

[0003]Durante la operación, la dirección del viento que propulsa la turbina eólica puede cambiar. La turbina eólica puede ajustar por tanto la góndola a través de, por ejemplo, un ajuste de orientación (“yaw”) alrededor de un eje longitudinal de la torre para mantener la alineación con la dirección del viento. Además, cuando la turbina eólica está parada o en marcha en vacío, las estrategias de control convencionales incluyen rastrear activamente la dirección del viento para proporcionar una mejor alineación con la dirección del viento para minimizar los retardos de arranque cuando la velocidad del viento se incrementa o disminuye de nuevo en el intervalo de operación. El documento US 2009/0081041 A1 se refiere a un procedimiento para controlar una planta de energía eólica, con una góndola dispuesta en una torre y con un rotor con al menos una pala de rotor, con un ángulo de ajuste de pala que se puede ajustar por medio de un equipo de ajuste de pala, en el que la góndola se rota alrededor del eje de torre, en el que se monitoriza la función del equipo de ajuste de pala, y cuando se produce un error del equipo de ajuste de pala, la góndola se rota desde una posición en operación a una posición de reposo, en la que existe un flujo del viento contra la superficie extendida por la al menos una pala de rotor en una rotación del rotor que se reduce con respecto a la posición en operación. El documento EP 3409 940 A1 se refiere a un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica, comprendiendo el procedimiento monitorizar, por medio de un controlador de turbina, un sistema depitchde la pala de rotor de la turbina eólica para detectar averías (“faults”); si se detecta una avería, determinar un estado operativo de la turbina eólica; y, si está presente un estado operativo predeterminado al mismo tiempo que está presente la avería, orientar activamente una góndola de la turbina eólica alejándose de una dirección del viento entrante hasta que al menos una de la avería se corrija o el estado operativo cambie. El documento EP 3409 940 A1 entra dentro del Art. 54(3) EPC.

[0004]Sin embargo, en una situación donde la turbina eólica se avería y una de las palas de rotor se atasca (a diferencia de la situación de marcha en vacío normal) existen beneficios limitados a rastrear el viento ya que se necesita reparación antes de reiniciar la turbina eólica. Además, en dichas situaciones, la turbina eólica puede experimentar cargas incrementadas debidas a la pala de rotor atascada, así como desequilibrio del rotor.

[0005]En consecuencia, serían bienvenidos en la técnica sistemas y procedimientos mejorados para sistemas y procedimientos para reducir las cargas de una turbina eólica cuando una pala de rotor se atasca durante un escenario de marcha en vacío.

Breve descripción

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

[0007]En un aspecto, la presente divulgación se refiere a un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 para reducir cargas de una turbina eólica cuando una pala de rotor de la turbina eólica está atascada. El procedimiento incluye monitorizar continuamente, por medio de un controlador, un efecto de carga de la pala de rotor atascada de la turbina eólica. El procedimiento también incluye proporcionar, por medio del controlador, una pauta (“schedule”) predeterminada que relaciona el efecto de carga monitorizado de la pala de rotor atascada de la turbina eólica con un ángulo de orientación para una góndola de la turbina eólica. Además, el procedimiento incluye orientar, por medio del controlador, la góndola de la turbina eólica alejándose de la dirección del viento entrante de acuerdo con la pauta predeterminada.

[0008]En un modo de realización, la pauta predeterminada comprende una pluralidad de efectos de carga, correspondiendo cada uno a un ángulo de orientación diferente para la góndola de la turbina eólica. En otro modo de realización, la etapa de orientar la góndola de la turbina eólica de acuerdo con la pauta predeterminada puede incluir proporcionar continuamente los diferentes ángulos de orientación a uno o más mecanismos de accionamiento de orientación de la pala de rotor en base a la pluralidad de efectos de carga en lugar de aplicar un único ángulo de orientación cuando la pala de rotor se atasca.

[0009]De acuerdo con la invención, el procedimiento incluye monitorizar una velocidad de rotor de la turbina eólica y orientar la góndola de la turbina eólica de acuerdo con la pauta predeterminada solo cuando la velocidad de rotor está por debajo de un umbral de velocidad predeterminado.

[0010]En modos de realización adicionales, el procedimiento puede incluir orientar la góndola de la turbina eólica de acuerdo con la pauta predeterminada para evitar un efecto de paleteo (“paddling”) o carga de la pala de rotor. Como se describe en el presente documento, el efecto de paleteo de la pala de rotor se produce cuando el rotor se acerca a una posición de cero grados y el viento golpea la turbina eólica mientras el rotor desacelera rápidamente, provocando de este modo una alta carga en la pala de rotor y una torre de la turbina eólica.

[0011]En varios modos de realización, el procedimiento puede incluir además detectar el efecto de paleteo de la turbina eólica en respuesta a orientar la góndola de acuerdo con la pauta predeterminada y orientar continuamente la góndola de la turbina eólica a diferentes ángulos de orientación hasta que se reduce el efecto de paleteo por debajo de un umbral predeterminado. En otros modos de realización, el procedimiento puede incluir orientar la góndola de la turbina eólica de acuerdo con la pauta predeterminada solo cuando la turbina eólica está apagada o en marcha en vacío.

[0012]En otro aspecto, la presente divulgación se refiere a un sistema de acuerdo con la reivindicación 7 para reducir cargas de una turbina eólica cuando una pala de rotor de la turbina eólica está atascada. El sistema incluye al menos un sensor configurado para monitorizar un efecto de carga de la pala de rotor atascada de la turbina eólica y un controlador acoplado de forma comunicativa al/a los sensor(es). El controlador incluye al menos un procesador configurado para realizar una o más operaciones, incluyendo pero sin limitarse a recibir una pauta predeterminada que relaciona el efecto de carga monitorizado de la pala de rotor atascada de la turbina eólica con un ángulo de orientación para una góndola de la turbina eólica y orientar la góndola de la turbina eólica alejándose de la dirección del viento entrante de acuerdo con la pauta predeterminada. También se debe entender que el sistema puede incluir además cualquiera de las características adicionales como se describe en el presente documento.

[0013]Aún en otro aspecto, la presente divulgación se refiere a un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica cuando una pala de rotor de la turbina eólica está atascada. El procedimiento incluye monitorizar continuamente, por medio de un controlador, un efecto de carga de la pala de rotor atascada de la turbina eólica. El procedimiento también incluye orientar, por medio del controlador, una góndola de la turbina eólica alejándose de una dirección del viento entrante hasta un primer ángulo de orientación en base al efecto de carga. Además, el procedimiento incluye detectar, por medio del controlador, un primer efecto de carga de la pala de rotor en respuesta a orientar la góndola al primer ángulo de orientación. Además, el procedimiento incluye orientar, por medio del controlador, la góndola de la turbina eólica a un segundo ángulo de orientación diferente si el primer efecto de carga excede un umbral de carga predeterminado. Como tal, el controlador se configura para monitorizar continuamente el efecto de carga y continuar orientando la góndola hasta que el efecto de carga esté por debajo del umbral de carga predeterminado.

[0014]En un modo de realización, el procedimiento puede incluir detectar un segundo efecto de carga en respuesta a orientar la góndola al segundo ángulo de orientación. En otro modo de realización, el procedimiento puede incluir orientar continuamente la góndola de la turbina eólica a diferentes ángulos de orientación hasta que se reduce el segundo efecto de carga por debajo de un umbral predeterminado. También se debe entender que el procedimiento puede incluir además cualquiera de las características y/o etapas adicionales como se describe en el presente documento.

[0015]Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0016]Una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de una turbina eólica de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra una vista interna en perspectiva de una góndola de una turbina eólica de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación;

la FIG. 3 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de componentes adecuados que se pueden incluir en un controlador de turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 4 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 5 ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de una pauta predeterminada que relaciona el efecto de carga con el ángulo/desplazamiento de orientación de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 6 ilustra un gráfico de un modo de realización del efecto de paleteo de una pala de rotor de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación; y

la FIG. 7 ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento para reducir cargas de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0017]Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que uno o más ejemplos se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la materia que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se pueden usar características ilustradas o descritas como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones como dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0018]En referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye una torre 12 que se extiende desde una superficie de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12 y un rotor 18 acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje rotatorio 20 y al menos una pala de rotor 22 acoplada a y que se extiende hacia afuera del buje 20. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el rotor 18 incluye tres palas de rotor 22. Sin embargo, en un modo de realización alternativo, el rotor 18 puede incluir más o menos de tres palas de rotor 22. Cada pala de rotor 22 se puede espaciar alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para permitir que la energía cinética se transfiera del viento a energía mecánica utilizable y, posteriormente, energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 20 se puede acoplar de forma rotatoria a un generador eléctrico 24 (FIG. 2) situado dentro de la góndola 16 para permitir que se produzca energía eléctrica.

[0019]En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra una vista interna simplificada de un modo de realización de la góndola 16 de la turbina eólica 10. Como se muestra, un generador 24 se puede disponer dentro de la góndola 16. En general, el generador 24 se puede acoplar al rotor 18 de la turbina eólica 10 para generar potencia eléctrica a partir de la energía de rotación generada por el rotor 18. Por ejemplo, el rotor 18 puede incluir un eje principal 40 acoplado al buje 20 para su rotación con el mismo. El generador 24 se puede acoplar a continuación al eje principal 40 de modo que la rotación del eje principal 40 accione el generador 24. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el generador 24 incluye un eje de generador 42 acoplado de forma rotatoria al eje principal 40 a través de una multiplicadora 44. Sin embargo, en otros modos de realización, se debe apreciar que el eje de generador 42 se puede acoplar de forma rotatoria directamente al eje principal 40. De forma alternativa, el generador 24 se puede acoplar de forma rotatoria directamente al eje principal 40.

[0020]Se debe apreciar que el eje principal 40 se puede soportar en general dentro de la góndola 16 por una trama de soporte o bancada 46 situada encima de la torre de turbina eólica 12. Por ejemplo, el eje principal 40 se puede soportar por la bancada 46 por medio de un par de rodamientos de apoyo 48, 50 montados en la bancada 46.

[0021]Como se muestra en las FIGS. 1 y 2, la turbina eólica 10 también puede incluir un sistema de control de turbina o un controlador de turbina 26 dentro de la góndola 16. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 2, el controlador de turbina 26 se dispone dentro de un armario de control 52 montado en una porción de la góndola 16. Sin embargo, se debe apreciar que el controlador de turbina 26 se puede disponer en cualquier localización sobre o en la turbina eólica 10, en cualquier localización en la superficie de soporte 14 o en general en cualquier otra localización. El controlador de turbina 26 se puede configurar en general para controlar los diversos modos en operación (por ejemplo, secuencias de arranque o de apagado) y/o componentes de la turbina eólica 10.

[0022]Además, como se muestra en la FIG. 2, uno o más sensores 57, 58 se pueden proporcionar en la turbina eólica 10. Más específicamente, como se muestra, un sensor de pala 57 se puede configurar con una o más de las palas de rotor 22 para monitorizar las palas de rotor 22. También se debe apreciar que, como se usa en el presente documento, el término "monitorizar" y variaciones del mismo indica que los diversos sensores de la turbina eólica 10 se pueden configurar para proporcionar una medición directa de los parámetros que se monitorizan o una medición indirecta de dichos parámetros. Por tanto, los sensores descritos en el presente documento se pueden usar, por ejemplo, para generar señales relacionadas con el parámetro que se monitoriza, que se pueden utilizar a continuación por el controlador 26 para determinar la condición.

[0023]Además, como se muestra, se puede proporcionar un sensor de viento 58 en la turbina eólica 10. El sensor de viento 58, que puede ser, por ejemplo, una veleta, y anemómetro, y sensor LIDAR, u otro sensor adecuado, puede medir la velocidad y dirección del viento. Como tales, los sensores 57, 58 pueden estar además en comunicación con el controlador 26, y pueden proporcionar información relacionada al controlador 26. Por ejemplo, se puede producir la orientación de la turbina eólica 10 debido a la detección de cambios en la dirección del viento 28, para mantener la alineación de la turbina eólica 10 con la dirección del viento 28. Además, se puede producir la orientación de la turbina eólica 10 debido a la detección de una pala atascada, lo que se describe con más detalle en el presente documento.

[0024]Además, el controlador de turbina 26 también se puede acoplar de forma comunicativa a diversos componentes de la turbina eólica 10 para controlar en general la turbina eólica 10 y/o dichos componentes. Por ejemplo, el controlador de turbina 26 se puede acoplar comunicativamente al/a los mecanismo(s) de accionamiento de orientación 38 de la turbina eólica 10 para controlar y/o alterar la dirección de orientación de la góndola 16 en relación con la dirección 28 (FIG. 1) del viento. Además, a medida que cambia la dirección 28 del viento, el controlador de turbina 26 se puede configurar para controlar un ángulo de orientación de la góndola 16 alrededor de un eje de orientación 36 para situar las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento, controlando de este modo las cargas que actúan sobre la turbina eólica 10. Por ejemplo, el controlador de turbina 26 se puede configurar para transmitir consignas/señales de control a un mecanismo de accionamiento de orientación 38 (FIG. 2) de la turbina eólica 10, por medio de un controlador de orientación o transmisión directa, de modo que la góndola 16 se puede rotar sobre el eje de orientación 36 por medio de un rodamiento de orientación 56.

[0025]Todavía en referencia a la FIG. 2, cada pala de rotor 22 también puede incluir un mecanismo de ajuste depitch32 configurado para rotar cada pala de rotor 22 alrededor de su eje depitch34. Además, cada mecanismo de ajuste depitch32 puede incluir un motor de accionamiento depitch33 (por ejemplo, cualquier motor eléctrico, hidráulico o neumático adecuado), una caja de engranajes de accionamiento depitch35 y un piñón de accionamiento depitch37. En dichos modos de realización, el motor de accionamiento depitch33 se puede acoplar a la caja de engranajes de accionamiento depitch35 de modo que el motor de accionamiento depitch33 imparta fuerza mecánica a la caja de engranajes de accionamiento depitch35. De forma similar, la caja de engranajes de accionamiento depitch35 se puede acoplar al piñón de accionamiento depitch37 para la rotación con el mismo. El piñón de accionamiento depitch37 puede estar, a su vez, en acoplamiento rotacional con un rodamiento depitch54 acoplado entre el buje 20 y una correspondiente pala de rotor 22 de modo que la rotación del piñón de accionamiento depitch37 provoca la rotación del rodamiento depitch54. Por tanto, en dichos modos de realización, la rotación del motor de accionamiento depitch33 acciona la caja de engranajes de accionamiento depitch35 y el piñón de accionamiento depitch37, rotando de este modo el rodamiento depitch54 y la pala de rotor 22 alrededor del eje depitch34.

[0026]Como tal, el controlador de turbina 26 se puede acoplar de forma comunicativa a cada mecanismo de ajuste depitch32 de la turbina eólica 10 (de los que se muestra uno) a través de un controlador depitch30 para controlar y/o alterar el ángulo depitchde las palas de rotor 22 (es decir, un ángulo que determina una perspectiva de las palas de rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento). Por ejemplo, el controlador de turbina 26 y/o el controlador depitch30 se pueden configurar para transmitir una consigna/señal de control a cada mecanismo de ajuste depitch32 de modo que el/los mecanismo(s) de ajuste depitch32 ajusta(n) el ángulo depitchde las palas de rotor 22 como se describe en el presente documento. El controlador de turbina 26 puede controlar el ángulo depitchde las palas del rotor 22, de forma individual o bien simultánea, transmitiendo consignas/señales de control adecuadas a un controlador depitchde la turbina eólica 10, que se puede configurar para controlar la operación de un una pluralidad de accionamientos depitcho mecanismos de ajuste depitch32 de la turbina eólica, o controlando directamente la operación de la pluralidad de accionamientos depitcho mecanismos de ajuste depitch.

[0027]En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de componentes adecuados que se pueden incluir dentro del controlador 26 de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el controlador 26 puede incluir uno o más procesadores 60 y dispositivo(s) de memoria asociado(s) 62 configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares y almacenar datos pertinentes como se divulga en el presente documento). Adicionalmente, el controlador 26 también puede incluir un módulo de comunicaciones 64 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 26 y los diversos componentes de la turbina eólica 10. Además, el módulo de comunicaciones 64 puede incluir una interfaz de sensor 66 (por ejemplo, uno o más convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde uno o más sensores 57, 58 se conviertan en señales que se puedan entender y procesar por los procesadores 60. Se debe apreciar que los sensores 57, 58 se pueden acoplar de forma comunicativa al módulo de comunicaciones 64 usando cualquier medio adecuado. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3, los sensores 57, 58 se acoplan a la interfaz de sensor 66 por medio de una conexión por cable. Sin embargo, en otros modos de realización, los sensores 57, 58 se pueden acoplar a la interfaz de sensor 66 por medio de una conexión inalámbrica, tal como usando cualquier protocolo de comunicaciones inalámbricas adecuado conocido en la técnica.

[0028]Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (PLC), un circuito integrado específico de aplicación y otros circuitos programables. Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 62 puede(n) comprender en general uno o más elementos de memoria, incluyendo, pero sin limitarse a, un medio legible por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoriaflash),un disquete, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 62 se puede(n) configurar, en general, para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 60, configuran el controlador 26 para que realice diversas funciones incluyendo, pero sin limitarse a, transmitir señales de control adecuadas para implementar una acción/acciones correctiva(s) en respuesta a una señal de distancia que excede un umbral predeterminado como se describe en el presente documento, así como diversas otras funciones implementadas por ordenador adecuadas.

[0029]Como se analiza anteriormente, una turbina eólica 10, tal como la góndola 16 de la misma, puede rotar alrededor del eje de orientación 36 según se requiera. En particular, se puede producir la rotación alrededor del eje de orientación 36 debido a cambios en la dirección del viento 28, de modo que el rotor 18 se alinea con la dirección del viento 28. Por ejemplo, cuando la turbina eólica 10 está en un estado de marcha en vacío, el controlador 26 rastrea activamente la dirección del viento para proporcionar una mejor alineación con el viento y minimizar los retardos de arranque cuando la velocidad del viento se incrementa o disminuye de nuevo en el intervalo de operación. Sin embargo, en una situación donde la turbina eólica 10 está en un estado de marcha en vacío o estacionario y una o más de las palas de rotor 22 se atasca, existen beneficios limitados de rastrear el viento porque se requerirá reparación antes de reiniciar la turbina eólica 10. Por tanto, en dichas situaciones, el controlador de turbina 26 se configura para implementar una estrategia de control para reducir la fuerza de arrastre en la pala de rotor averiada para reducir cargas en la misma y/o para evitar el desequilibrio del rotor.

[0030]Más específicamente, como se muestra en la FIG. 4, un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 100 para reducir cargas de la turbina eólica 10 en situaciones donde la turbina eólica 10 está en un estado de marcha en vacío o parada y una o más de las palas de rotor 22 se atasca. En general, el procedimiento 100 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 10 mostrada en la FIGS. 1 y 2, así como los diversos componentes de controlador mostrados en la FIG. 3. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento divulgado 100 se puede implementar con turbinas eólicas que tienen cualquier otra configuración adecuada y/o dentro de sistemas que tienen cualquier otra configuración de sistema adecuada. Además, aunque la FIG. 4 representa las etapas realizadas en un orden particular para propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados en el presente documento no se limitan a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversas formas sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0031]Como se muestra en 102, el procedimiento 100 incluye monitorizar continuamente un efecto de carga de la pala de rotor atascada 22 de la turbina eólica 10. Como se muestra en 104, el procedimiento 100 incluye proporcionar una pauta predeterminada que relaciona el efecto de carga monitorizado de la pala de rotor atascada 22 de la turbina eólica 10 con un ángulo de orientación para una góndola de la turbina eólica. Más específicamente, como se muestra en la FIG. 5, se ilustra un modo de realización de una pauta predeterminada 70 de acuerdo con la presente divulgación. Por ejemplo, como se muestra, la pauta predeterminada ilustrada 70 corresponde a una tabla de consulta (LUT). En otros modos de realización, la pauta predeterminada 70 puede ser un gráfico, cuadro, tabla o cualquier otro formato adecuado que pueda relacionar dos puntos de datos. Como se muestra, la pauta predeterminada 70 incluye una pluralidad de efectos de carga (o umbrales), correspondiendo cada uno a un ángulo de orientación diferente para la góndola 16 de la turbina eólica 10. Se debe entender que la FIG. 5, se proporciona solo como ejemplo y no pretende ser limitante. Más bien, otros modos de realización pueden incluir diferentes pautas dependiendo de la capacidad de hardware/resultados de simulaciones/características del viento específicas del sitio.

[0032]En referencia de nuevo a la FIG. 4, como se muestra en 106, el procedimiento 100 también puede incluir monitorizar una velocidad de rotor del rotor 18 de la turbina eólica 10. Más específicamente, como se muestra en 108, el procedimiento 100 puede incluir determinar si la velocidad de rotor está por debajo de un umbral de velocidad predeterminado. Por ejemplo, cuando la turbina eólica 10 se para durante una situación de viento extremo y también tiene una pala de rotor atascada 22, la pala 22 puede experimentar un efecto de "paleteo" que provoca altas cargas en la estructura de pala, así como el momento de flexión de base de torre. Como se ilustra además en la FIG. 6, el efecto de paleteo se produce a bajas velocidades de rotor 72 (por ejemplo, la turbina eólica 10 está apagada pero el rotor 18 está girando lentamente o en marcha en vacío) cuando el rotor 18 se acerca a la posición de cero grados 74 y el viento golpea la turbina eólica 10 mientras el rotor 18 desacelera rápidamente, provocando una alta carga 76 (como se muestra por los picos en la FIG. 6) tanto en las palas de rotor 22 como en la torre 12 de la turbina eólica.

[0033]Por tanto, si las velocidades del rotor están por debajo del umbral de velocidad predeterminado, como se muestra en 110, el procedimiento 100 incluye orientar la góndola 16 de la turbina eólica 10 alejándose de la dirección del viento entrante 28 de acuerdo con la pauta predeterminada 70. Más específicamente, en un modo de realización, el controlador 26 se puede configurar para orientar la góndola 16 proporcionando continuamente los diferentes ángulos de orientación a los mecanismos de accionamiento de orientación 38 de la turbina eólica 10 en base a la pluralidad de efectos de carga, es decir, en lugar de aplicar un único ángulo de orientación cuando la pala de rotor se atasca. En consecuencia, el procedimiento 100 puede incluir orientar la góndola 16 de la turbina eólica 10 de acuerdo con la pauta predeterminada para evitar el efecto de paleteo de la pala de rotor 22. En determinados modos de realización, el procedimiento 100 puede incluir además detectar el efecto de paleteo de la pala de rotor 22, si lo hay, en respuesta a orientar la góndola 16 de acuerdo con la pauta predeterminada y orientar continuamente la góndola 16 de la turbina eólica 10 a diferentes ángulos de orientación hasta que se reduce el efecto de paleteo por debajo de un umbral predeterminado o sea mínimo. En modos de realización adicionales, el procedimiento 100 también puede incluir orientar la góndola 16 de acuerdo con la pauta predeterminada solo cuando la turbina eólica 10 está apagada o en marcha en vacío. Por tanto, orientar la góndola 16 fuera del viento proporciona una reducción de cargas sustancial.

[0034]Más específicamente, como se muestra en la FIG. 7, un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento 200 para reducir cargas de la turbina eólica 10 en situaciones donde la turbina eólica 10 está en un estado de marcha en vacío o parada y una o más de las palas de rotor 22 se atasca. En general, el procedimiento 200 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 10 mostrada en la FIGS. 1 y 2, así como los diversos componentes de controlador mostrados en la FIG. 3. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento divulgado 200 se puede implementar con turbinas eólicas que tienen cualquier otra configuración adecuada y/o dentro de sistemas que tienen cualquier otra configuración de sistema adecuada. Además, aunque la FIG. 7 representa las etapas realizadas en un orden particular para propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados en el presente documento no se limitan a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversas formas sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0035]Como se muestra en 202, el procedimiento 200 incluye monitorizar continuamente un efecto de carga de la pala de rotor atascada 22 de la turbina eólica 10. Por ejemplo, en un modo de realización, el controlador 26 puede monitorizar el efecto de carga de la pala de rotor atascada por medio de uno o más sensores. Como se muestra en 204, el procedimiento 200 incluye orientar la góndola 16 de la turbina eólica 10 alejándose de una dirección de viento entrante hasta un primer ángulo de orientación en base al efecto de carga. Como se muestra en 206, el procedimiento 200 incluye detectar un primer efecto de carga de la pala 10 del rotor en respuesta a orientar la góndola 16 al primer ángulo de orientación. Como se muestra en 206, el procedimiento 200 incluye determinar si el primer efecto de carga excede un umbral de carga predeterminado. Si es así, como se muestra en 208, el procedimiento 200 incluye orientar la góndola 16 de la turbina eólica 10 a un segundo ángulo de orientación diferente. En un modo de realización, el procedimiento 200 también puede incluir detectar un segundo efecto de carga en respuesta a orientar la góndola 16 al segundo ángulo de orientación. En otro modo de realización, el procedimiento 200 puede incluir orientar continuamente la góndola 16 a diferentes ángulos de orientación hasta que se reduce el segundo efecto de carga por debajo de un umbral predeterminado o sea insignificante.

[0036]También se debe entender que, si la turbina eólica 10 continúa operando normalmente, el controlador 26 se configura para monitorizar continuamente la dirección del viento entrante 28 y orientar la góndola 16 en la dirección del viento entrante 28 para proporcionar una alineación mejorada con el viento con retardos de arranque mínimos cuando la velocidad del viento se incrementa o disminuye de nuevo en el intervalo de operación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento (100) para reducir cargas de una turbina eólica (10) cuando una pala de rotor (22) de la turbina eólica (10) está atascada, comprendiendo el procedimiento (100):

monitorizar continuamente, por medio de un controlador (26), un efecto de carga de la pala de rotor atascada (22) de la turbina eólica (10);

proporcionar, por medio del controlador (26), una pauta predeterminada que relaciona el efecto de carga monitorizado de la pala de rotor atascada (22) de la turbina eólica (10) con un ángulo de orientación para una góndola (16) de la turbina eólica (10);

orientar, por medio del controlador (26), la góndola (16) de la turbina eólica (10) alejándose de una dirección del viento entrante de acuerdo con la pauta predeterminada; y

monitorizar una velocidad de rotor (18) de la turbina eólica (10) y orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) de acuerdo con la pauta predeterminada solo cuando la velocidad de rotor está por debajo de un umbral de velocidad predeterminado.

2. El procedimiento (100) de la reivindicación 1, en el que la pauta predeterminada comprende una pluralidad de efectos de carga, correspondiendo cada uno a un ángulo de orientación diferente para la góndola (16) de la turbina eólica (10).

3. El procedimiento (100) de la reivindicación 1 o 2, en el que orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) de acuerdo con la pauta predeterminada comprende además proporcionar continuamente los diferentes ángulos de orientación a uno o más mecanismos de accionamiento de orientación de la pala de rotor (22) en base a la pluralidad de efectos de carga en lugar de aplicar un único ángulo de orientación cuando la pala de rotor (22) se atasca.

4. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) de acuerdo con una pauta predeterminada para evitar un efecto de paleteo de la pala de rotor (22), produciéndose el efecto de paleteo de la pala de rotor (22) cuando el rotor se acerca a una posición de cero grados y el viento golpea la turbina eólica (10) mientras el rotor desacelera rápidamente, provocando de este modo una alta carga en la pala de rotor (22) y una torre (12) de la turbina eólica (10).

5. El procedimiento (100) de la reivindicación 4, que comprende además:

detectar el efecto de paleteo de la turbina eólica (10) en respuesta a orientar la góndola (16) de acuerdo con la pauta predeterminada; y,

orientar continuamente la góndola (16) de la turbina eólica (10) a diferentes ángulos de orientación hasta que se reduce el efecto de paleteo por debajo de un umbral predeterminado.

6. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) de acuerdo con la pauta predeterminada solo cuando la turbina eólica (10) está apagada o en marcha en vacío.

7. Un sistema para reducir cargas de una turbina eólica (10) cuando una pala de rotor (22) de la turbina eólica (10) se atasca, comprendiendo el sistema:

al menos un sensor (57) configurado para monitorizar un efecto de carga de la pala de rotor atascada (22) de la turbina eólica (10);

un controlador (26) acoplado de forma comunicativa al al menos un sensor (57), comprendiendo el controlador (26) al menos un procesador (60) configurado para realizar una o más operaciones, comprendiendo las una o más operaciones:

recibir una pauta predeterminada que relaciona el efecto de carga monitorizado de la pala de rotor atascada (22) de la turbina eólica (10) con un ángulo de orientación para una góndola (16) de la turbina eólica (10); y,

orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) alejándose de una dirección del viento entrante de acuerdo con la pauta predeterminada; y

8. El sistema de la reivindicación 7, en el que la pauta predeterminada comprende una pluralidad de efectos de carga, correspondiendo cada uno a un ángulo de orientación diferente para la góndola (16) de la turbina eólica (10).

9. El sistema de la reivindicación 7 u 8, en el que orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) de acuerdo con la pauta predeterminada comprende además proporcionar continuamente los diferentes ángulos de orientación a uno o más mecanismos de accionamiento de orientación de la pala de rotor (22) en base a la pluralidad de efectos de carga en lugar de aplicar un único ángulo de orientación cuando la pala de rotor (22) se atasca.

10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la una o más operaciones comprenden además orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) de acuerdo con una pauta predeterminada para evitar un efecto de paleteo de la pala de rotor (22), produciéndose el efecto de paleteo de la pala de rotor (22) cuando el rotor se acerca a una posición de cero grados y el viento golpea la turbina eólica (10) mientras el rotor desacelera rápidamente, provocando de este modo una alta carga en la pala de rotor (22) y una torre de la turbina eólica (10).

11. El sistema de la reivindicación 10, en el que la una o más operaciones comprenden además:

12. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que la una o más operaciones comprenden además orientar la góndola (16) de la turbina eólica (10) de acuerdo con la pauta predeterminada solo cuando la turbina eólica (10) está apagada o en marcha en vacío.