ES2986440T3

ES2986440T3 - Determinación de momentos flectores de palas con dos sensores de carga por pala de rotor con la integración de datos del rotor

Info

Publication number: ES2986440T3
Application number: ES18742457T
Authority: ES
Inventors: Markus Schmid; Thomas Schauss
Original assignee: VC VIII Polytech Holding ApS
Current assignee: VC VIII Polytech Holding ApS
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2024-11-11
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: EP4431734A2; EP3652431A1; EP3652431C0; US20200224640A1; CN110892148A; DE102017115926B4; WO2019012132A1; DE102017115926A1; US11371486B2; CN110892148B; EP4431734A3; EP3652431B1

Abstract

La invención se refiere a un conjunto para la monitorización y/o control de una turbina eólica. El conjunto comprende un primer sensor de deformación para medir un primer momento de flexión de una pala de rotor de una turbina eólica en una primera dirección espacial; un segundo sensor de deformación para medir un segundo momento de flexión de una pala de rotor de una turbina eólica en una segunda dirección espacial, que difiere de la primera dirección espacial; un dispositivo para determinar componentes constantes de fuerzas y momentos de las palas de rotor previstas en la turbina eólica; y un controlador para combinar el primer momento de flexión de la pala, el segundo momento de flexión de la pala y los componentes constantes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Determinación de momentos flectores de palas con dos sensores de carga por pala de rotor con la integración de datos del rotor

Campo técnico

Las formas de realización de la presente invención se refieren en general a un control y/o una regulación o supervisión del funcionamiento de instalaciones de energía eólica. En particular, las formas de realización se refieren a dispositivos y procedimientos con un sistema de medición de alargamiento teniendo en cuenta o midiendo datos del rotor.

Estado de la técnica

Las instalaciones de energía eólica están sujetas a un control y una regulación complejos, que pueden ser necesarios, por ejemplo, por condiciones de funcionamiento cambiantes. Además, para supervisar el estado de una instalación de energía eólica, son necesarias mediciones. Debido a las condiciones relacionadas con el funcionamiento de una instalación de energía eólica, por ejemplo las fluctuaciones de temperatura, la intemperie y las condiciones meteorológicas, pero también en particular las condiciones de viento fuertemente cambiantes, así como el gran número de medidas de seguridad prescritas por la ley, la supervisión y los sensores necesarios para la supervisión están sujetos a un gran número de condiciones marco.

Las palas de rotor pueden estar equipadas con sensores de alargamiento, sensores de aceleración u otros sensores para detectar las cargas sobre las palas, las aceleraciones u otras magnitudes de medición físicas. Hasta ahora, los momentos flectores de pala se han estado midiendo a través de sensores de carga dispuestos dentro de la pala de rotor. Normalmente, cuatro sensores de alargamiento en la base de pala están interconectados por parejas en un medio puente. Cabe señalar que mediante sensores adicionales, más allá de los dos sensores, se pretende minimizar las incertidumbres de medición. Para ello, el sistema se sobredetermina con más de dos sensores de carga. Por ejemplo, el documento US 2009/0246019 describe un sistema de medición constituido por cuatro sensores de alargamiento en la base de pala para la detección de hielo. La base para la medición de los momentos flectores de las palas de rotor en instalaciones de energía eólica es la norma IEC61400-13. Describe cómo a través de la medición directa mediante sensores de alargamiento en la base de pala y una calibración correspondiente puede deducirse la magnitud de medición indirecta de los momentos flectores de las palas. Para ello, se utilizan cuatro sensores de alargamiento por pares acimutalmente opuestos para determinar los momentos. Esta disposición suprime las componentes continuas no deseadas (fuerza centrípeta, alargamiento térmico, etc.) de la pala de rotor en la medición. Además, las sensibilidades parasitarias de los sensores, como la temperatura, se compensan mediante esta disposición.

En el documento WO 2017/000960A1 se describe un sistema de medición capaz de determinar momentos flectores de las palas con solo tres sensores de alargamiento por pala de rotor. En este caso, los inventores consideran los sensores independientemente entre sí y no se realiza ninguna formación de pares, de modo que los sensores pueden colocarse libremente en sentido acimutal. Los tres sensores están dispuestos de manera que ningún par de sensores forme un ángulo de 0° o 180° entre sí. Esto significa que los sensores cubren respectivamente una parte de los momentos flectores de los sensores contiguos. El documento EP 2 354 538 A1 describe un procedimiento para la calibración in situ de los sensores de carga de una instalación de energía eólica. El documento WO 2017/000947 A1 describe un sistema de exploración de palas para una instalación de energía eólica

Un grupo de sensores que parece prometedor para futuras aplicaciones son los sensores fibrópticos. Por lo tanto, es deseable seguir mejorando las mediciones para supervisar una instalación de energía eólica con sensores fibrópticos.

En general, es por tanto deseable hacer posibles las mejoras en la regulación y supervisión, en los sensores para una pala de rotor de una instalación de energía eólica, en las palas de rotor para instalaciones de energía eólica y en las propias instalaciones de energía eólica.

Resumen de la invención

De acuerdo con una forma de realización, se proporciona una disposición para la supervisión y/o regulación de una instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con otra forma de realización, se proporciona un procedimiento para la supervisión y/o regulación de una instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 7.

Breve descripción de los dibujos

Ejemplos de realización están representados en los dibujos y se explican con más detalle en la siguiente descripción. En los dibujos, muestran:

La figura 1 muestra esquemáticamente una pala de rotor de una instalación de energía eólica con sensores de acuerdo con las formas de realización aquí descritas;

la figura 2 muestra esquemáticamente una parte de una instalación de energía eólica con palas de rotor y sensores de acuerdo con las formas de realización aquí descritas;

la figura 3 muestra esquemáticamente una pala de rotor de una instalación de energía eólica con sensores de acuerdo con las formas de realización aquí descritas;

la figura 4A muestra esquemáticamente una parte de una instalación de energía eólica con palas de rotor y sensores de acuerdo con otras formas de realización aquí descritas;

la figura 4B muestra una sección transversal esquemática de una pala de rotor de una instalación de energía eólica con sensores de alargamiento.

la figura 5 muestra esquemáticamente una guía de luz con una rejilla de fibra de Bragg para su uso en sensores de alargamiento de acuerdo con las formas de realización aquí descritas;

la figura 6 muestra esquemáticamente una estructura de medición para un sensor de alargamiento fibróptico de acuerdo con las formas de realización aquí descritas o para procedimientos de supervisión y/o control y/o regulación de acuerdo con las formas de realización aquí descritas; y

La figura 7 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de supervisión y/o control y/o regulación de instalaciones de energía eólica de acuerdo con las formas de realización aquí descritas.

En los dibujos, los signos de referencia iguales se refieren a componentes o pasos iguales o con la misma función.

Modos de realización de la invención

A continuación, se hará referencia con más detalle a distintas formas de realización de la invención, estando ilustrados uno o varios ejemplos en los dibujos.

Los momentos flectores en la pala de una instalación de energía eólica pueden utilizarse para muchas aplicaciones. Entre ellas se incluyen el paso de pala individual de una pala de rotor («Individual Pitch Control» / control individual de ángulo de paso), la supervisión de carga, la desconexión por picos de carga, la detección de desequilibrios del rotor o la medición del campo de viento.

Las instalaciones de energía eólica pueden ser supervisadas y reguladas mediante una técnica de medición en las palas de rotor. Además, pueden realizarse una o varias de las siguientes aplicaciones: El paso de pala individual de una pala de rotor, la optimización de la sustentación de una pala de rotor, la regulación de carga de una pala de rotor o de la instalación de energía eólica, la medición de carga en una pala de rotor o en la instalación de energía eólica, la determinación del estado de componentes de la instalación de energía eólica, por ejemplo, la determinación del estado de una pala de rotor, la detección de hielo, la estimación de la vida útil de componentes de la instalación de energía eólica, por ejemplo, de una pala de rotor, la regulación de campos de viento, la regulación de defectos de inercia del rotor, la regulación de la instalación de energía eólica en función de las cargas, la regulación de la instalación de energía eólica en relación con instalaciones de energía eólica contiguas, el mantenimiento predictivo, la medición de la distancia entre la punta de pala de rotor y la torre, la desconexión por picos de carga y la detección de desequilibrios.

Las formas de realización de la presente invención se refieren a una combinación de sensores de alargamiento en la pala de rotor de una instalación de energía eólica y a la medición o el uso de datos del rotor. De acuerdo con las formas de realización aquí descritas, los momentos flectores de las palas pueden dividirse en dos dimensiones: La dirección de giro y la de pivotamiento. Conociendo el ángulo de paso, se pueden calcular los momentos flectores de las palas en el plano del rotor y en la normal al plano del rotor. Además, a partir de los momentos flectores determinados de las palas pueden determinarse los momentos flectores del rotor y los momentos flectores de la torre acoplada a través de la cadena cinemática.

De acuerdo con las formas de realización aquí descritas, que pueden combinarse con otras formas de realización, se proporciona una disposición para la supervisión y/o la regulación de una instalación de energía eólica. La disposición incluye un primer sensor de alargamiento para medir un primer momento flector de pala de la pala de rotor de una instalación de energía eólica en una primera dirección espacial; un segundo sensor de alargamiento para medir un segundo momento flector de una pala de rotor de una instalación de energía eólica en una segunda dirección espacial que difiere de la primera dirección espacial; una disposición para determinar componentes continuas de fuerzas y de momentos de las palas de rotor proporcionadas en la instalación de energía eólica; y un control para combinar el primer momento flector de pala, el segundo momento flector de pala y las componentes continuas.

Los datos de medición que antes se registraban mediante sensores de carga adicionales en la pala de rotor para determinar con precisión el momento flector de pala, se deducen de datos del rotor. Los datos del rotor incluyen, entre otros, el ángulo del rotor, la velocidad del rotor, el ángulo de paso y/o las vibraciones del rotor. De acuerdo con algunas formas de realización, uno o varios datos del rotor pueden ser determinados por uno o varios sensores de aceleración, uno o varios sensores giroscópicos, por uno o varios sensores de ángulo de giro montados en la instalación, o similares, o por una combinación de los mismos. En formas de realización de la invención, es posible prescindir de la instrumentación de más de dos sensores de carga en la pala de rotor manteniendo la precisión.

De acuerdo con formas de realización adicionales que pueden combinarse con otras formas de realización aquí descritas, para medir la deformación, pueden usarse sensores de alargamiento con compensación de temperatura, por ejemplo sensores de alargamiento con compensación pasiva de temperatura, en particular sensores de alargamiento fibrópticos con compensación de temperatura. Los sensores de alargamiento con compensación de temperatura, en particular, sensores de alargamiento con compensación pasiva de temperatura, no varían con la temperatura. Se proporcionan con una estructura de captador que puede compensar la dilatación térmica del material de la pala. De este modo, se puede conseguir una mayor precisión en la determinación de los momentos flectores de pala.

La figura 1 muestra una pala de rotor 100 de una instalación de energía eólica. La pala de rotor 100 tiene un eje 101 a lo largo de su extensión longitudinal. La longitud 105 de la pala de rotor se extiende desde la brida de pala 102, o la base de pala, hasta la punta de pala 104. La figura 1 muestra además una disposición 120 de sensores de alargamiento o extensómetros. La disposición 120 incluye un primer sensor de alargamiento 122, y un segundo sensor de alargamiento 124. Esta disposición se explica con más detalle en las figuras 3, 4A y 4B. La disposición de dos sensores de alargamiento permite detectar dos direcciones espaciales diferentes, en particular la dirección de giro y la dirección de impacto.

Las cargas sobre las palas de una instalación de energía eólica están dominadas por momentos flectores de las palas. El objetivo es determinar los momentos flectores de pala en la pala de rotor para supervisar o regular estas cargas y así minimizarlas. Los momentos flectores de la pala representan generalmente una magnitud de medición indirecta para la técnica de medición. De acuerdo con la norma IEC 61400-13 para la medición de la carga sobre las palas en las instalaciones de energía eólica, las cargas se determinan indirectamente midiendo el alargamiento de las palas. Los alargamientos medidos representan la magnitud de medición directa. A través de un calibrado del sistema de medición, puede determinarse la función de transferencia de los momentos flectores de pala a las señales de alargamiento. Mediante la formación de la función inversa, a continuación, a partir de las señales de alargamiento medidas pueden deducirse los momentos flectores de pala.

De acuerdo con la norma IEC 61400-13, los alargamientos de pala se determinan por medio de cuatro sensores de alargamiento. Los sensores de alargamiento se aplican en un radio de pala con un vector de sensibilidad paralelo al eje de la pala. Los cuatro sensores de alargamiento se disponen acimutalmente en una retícula angular de 90°, por lo que idealmente respectivamente dos sensores opuestos están alineados acimutalmente en el sistema de coordenadas de las palas de rotor en la dirección de pivotamiento y giro. Por los sensores opuestos se realiza un medio puente de alargamiento que compensa la dilatación térmica del material del sustrato en el primer orden. Además, se aplican sensores de temperatura cerca de los sensores de alargamiento para poder compensar los influjos de la temperatura en el objeto de medición y en el sistema de sensores.

La figura 2 muestra una instalación de energía eólica 200. La instalación de energía eólica 200 incluye una torre 40 y una góndola 42. A la góndola 42 está fijado el rotor. El rotor incluye un buje 44 al que se fijan las palas de rotor 100. De acuerdo con formas de realización típicas, el rotor tiene al menos 2 palas, en particular tres. Durante el funcionamiento de la instalación de energía eólica o la instalación de energía eólica, rota el rotor, es decir, el buje con las palas de rotor gira alrededor de un eje. Durante ello, es accionado un generador para producir electricidad. Como se muestra en la figura 2, una pala de rotor incluye una disposición 120 de sensores de alargamiento. La unidad de evaluación 114 suministra una señal a un control y/o a una regulación 50 de la instalación de energía eólica 200.

De acuerdo con algunas formas de realización, que pueden combinarse con otras, los sensores de alargamiento son sensores de alargamiento fibróptico. En el caso de los sensores de alargamiento fibrópticos, una señal óptica es transmitida a la unidad de evaluación 114 por medio de una guía de luz, por ejemplo una fibra óptica. En un sensor de alargamiento fibróptico, el elemento sensor en sí normalmente se pone a disposición dentro de una fibra óptica, por ejemplo en forma de una rejilla de fibra de Bragg. Esto se describe en detalle en relación con las figuras 5 y 6.

Las formas de realización y aplicaciones mencionadas anteriormente pueden hacerse posible mediante una combinación de sensores de alargamiento y datos del rotor. De acuerdo con algunas formas de realización aquí descritas, como se muestra en la figura 3, se usan dos sensores de alargamiento. Para determinar las cargas de las palas, se utilizan los sensores de alargamiento que están dispuestos de tal manera que los momentos flectores de las palas en la dirección de giro y pivotamiento se representen de forma óptima. Una componente continua de la medición se compensa, por ejemplo, mediante un tercer sensor dentro del rotor o datos del rotor basados en otros componentes.

De acuerdo con algunas formas de realización, como se muestra por ejemplo en la figura 4B, un sensor de alargamiento adicional puede estar puesto a disposición dentro de la pala de rotor. Usando tres sensores de alargamiento se puede realizar una redundancia y, por tanto, aumentar la seguridad contra fallos. Además, es posible usar sensores de alargamiento con compensación de temperatura, en particular sensores de alargamiento fibrópticos con compensación de temperatura, de acuerdo con las formas de realización aquí descritas. Usando sensores de alargamiento con compensación de temperatura, se puede minimizar la influencia de la temperatura en la determinación de los momentos flectores de las palas. Los sensores de alargamiento fibrópticos hacen posible además un alto nivel de fiabilidad en la determinación de los momentos flectores de las palas gracias a su elevada resistencia a cargas de pico y continuas.

De acuerdo con las formas de realización aquí descritas, como se muestra a modo de ejemplo en la figura 3, se instalan dos sensores de alargamiento en la base de pala 102 para determinar los momentos flectores de la pala en la dirección de giro y de pivotamiento. Un primer sensor de alargamiento 122 puede medir un momento flector en la dirección X. Un segundo sensor de alargamiento 124 puede medir un momento flector en la dirección Y. Los sensores de alargamiento se disponen de tal manera que están colocados de forma ideal acimutalmente, ortogonalmente entre sí cubriendo así de forma óptima el sistema de coordenadas de la pala de rotor en la dirección de giro y de pivotamiento.

Mediante sensores en el buje, véase por ejemplo el sensor 422 en la figura 4A, entre otras, la fuerza gravitatoria y la fuerza centrípeta pueden ser derivadas a las palas de rotor, entre otras cosas. Las magnitudes de medición pueden derivarse, por ejemplo, de sensores adicionales en el buje. El sensor 422 puede ser, por ejemplo, un sensor de aceleración y/o un sensor giroscópico. Alternativa o adicionalmente, las magnitudes de medición para el rotor pueden derivarse de sensores existentes en la instalación, por ejemplo, sensores de ángulo de giro para el paso, la cadena cinemática y el acimut.

Si se usan sensores, como por ejemplo sensores de aceleración, en el buje o en las palas de rotor, a partir de los mismos pueden ser determinadas directamente la fuerza gravitatoria y la fuerza centrípeta que actúan sobre el buje o las palas de rotor. Por lo tanto, no es necesario determinar el ángulo y la velocidad del rotor a partir de las señales de aceleración. Si se usan sensores de aceleración en las palas de rotor, tampoco es necesario determinar el ángulo de paso

Mediante la fusión o combinación de estos datos, es posible extraer conclusiones precisas sobre los momentos flectores de las palas individuales y los parámetros físicos de todo el rotor. Sobre todo, la utilización de los datos de sensor del rotor ofrece una reducción de los sensores dentro de la pala de rotor.

De acuerdo con las formas de realización aquí descritas, una disposición 120 de sensores de alargamiento, por ejemplo, un primer sensor de alargamiento 122 y un segundo sensor de alargamiento 124, puede proporcionarse dentro de una pala de rotor. La disposición 120 puede proporcionarse dentro o cerca de la base de pala. El momento de flexión de la pala se mide, por ejemplo, en la dirección de pivotamiento y en la dirección de giro. Otra disposición 420 para medir los datos del rotor puede estar dispuesta dentro del buje de rotor 44, como se muestra a modo de ejemplo en la figura 4A. La disposición 420 puede incluir un sensor 422, por ejemplo un sensor de aceleración y/o un sensor giroscópico. Los datos de rotor pueden ser puestos a disposición alternativa o adicionalmente mediante señales contenidas en la instalación de energía eólica.

La disposición 420 puede determinar componentes continuas de fuerzas y de momentos de las palas de rotor. La medición de las componentes continuas de fuerzas y de momentos en las palas de rotor, por ejemplo tres palas de rotor, puede determinarse a través de un punto de sensor central en el buje, en la góndola o en la cadena cinemática. En las soluciones convencionales, las componentes continuas se realizaban individualmente para cada pala respectivamente con la ayuda de sensores adicionales en la pala. Usando una disposición 420 central para registrar datos del rotor o usando datos del rotor de la instalación de energía eólica, se pueden instrumentar menos sensores en la pala de rotor. Igualmente, se necesitan menos canales de medición en el amplificador de medición para medir los momentos flectores. De esta manera, se puede usar un sistema más económico para la medición, ya que se puede prescindir de sensores y de una instalación más compleja en la pala de rotor o se pueden reducir los sensores y la instalación en la pala de rotor. También se reduce el tiempo de instalación.

Instalando los sensores en el buje o en la góndola, también es posible prescindir de complejos dispositivos de protección contra rayos, ya que se encuentran en una zona de protección contra rayos cerrada. Al recurrir a sensores ya instalados por el fabricante del sistema, como los transmisores angulares en el paso, la cadena cinemática, el acimut y otros sensores como el de temperatura, se puede prescindir totalmente de instalar sensores adicionales. De esta manera, además se ahorran costes y trabajo de instalación.

Si en las palas de rotor están disponibles sensores de aceleración, estas señales de sensor de aceleración pueden usarse para medir las componentes continuas de las fuerzas y los pares. En este caso, se puede prescindir de sensores en el buje o en la góndola y de recurrir a sensores adicionales del fabricante de la instalación, tales como sensores de ángulo de giro en el paso, la cadena cinemática, el acimut.

Las formas de realización de la presente invención para determinar los momentos flectores de pala reducen una sobredeterminación de la medición de los momentos flectores de la pala con el fin de compensar componentes continuas de las fuerzas y de los momentos. Se puede reducir la sobredeterminación que podría realizarse mediante sensores adicionales instalados en todas las palas de rotor. Mediante la disposición 420 con sensores en el buje o en la cadena cinemática, o en cualquier otro lugar de la góndola, para compensar las componentes continuas de las fuerzas y momentos de las palas de rotor, se puede proporcionar un sistema más económico. Es posible determinar los momentos flectores de las palas con solo dos sensores de alargamiento por pala de rotor con la misma calidad que con varios sensores por pala de rotor.

La figura 4B muestra una sección transversal de una pala de rotor 100, así como una disposición de tres sensores de alargamiento, en la que los sensores de alargamiento pueden montarse, por ejemplo, en la base de pala o cerca de ella. De acuerdo con algunas formas de realización aquí descritas, los tres sensores de alargamiento pueden montarse en una retícula angular de aproximadamente 120°, siendo posible una desviación de -20°, en particular de -10°. En el caso ideal se usa una cuadrícula angular acimutal de 120° para cubrir el sistema de coordenadas de pala. El ángulo acimutal puede referirse a las coordenadas en la base de pala, por ejemplo con un eje central paralelo a la longitud de la pala de rotor. Esto significa que el ángulo acimutal se refiere a un sistema de coordenadas de la pala de rotor. Los momentos flectores de las palas se realizan a través de un circuito reducido por medio de tres sensores de alargamiento:

En general, mediante dos sensores de alargamiento, por ejemplo en la dirección de giro y en la dirección de pivotamiento, pueden determinarse los momentos flectores de las palas. De acuerdo con la norma IEC 61400-13, los alargamientos de pala se determinan por medio de cuatro sensores de alargamiento. Si se analizan estadísticamente las probabilidades de supervivencia de un sensor de alargamiento, tres sensores de alargamiento dan lugar a un aumento significativo de la probabilidad de supervivencia del sistema general en comparación con un sistema con dos sensores de alargamiento. Sin embargo, un aumento adicional de la probabilidad de supervivencia del sistema global mediante cuatro sensores es correspondientemente bajo. Una disposición 120 de tres sensores de alargamiento para determinar los momentos flectores de una pala de rotor de una instalación de energía eólica ofrece, por tanto, una probabilidad de supervivencia elevada similar del sistema general para determinar los momentos flectores de las palas con un gasto reducido de material y, por tanto, unos costes reducidos de producción de energía. Al mismo tiempo, con tres sensores de alargamiento pueden compensarse las fuerzas centrípetas y las componentes continuas de los efectos de la temperatura. De acuerdo con formas de realización típicas, los sensores de alargamiento pueden ser sensores de alargamiento fibrópticos. También es posible utilizar sensores fibrópticos con compensación de temperatura.

De acuerdo con las formas de realización aquí descritas, que pueden combinarse con otros aspectos, detalles y formas de realización, se proporciona una disposición para la supervisión y/o la regulación de una instalación de energía eólica. La disposición incluye un primer sensor de alargamiento (122) para medir un primer momento flector de pala de una pala de rotor de una instalación de energía eólica en una primera dirección espacial; un segundo sensor de alargamiento (124) para medir un segundo momento flector de una pala de rotor de una instalación de energía eólica en una segunda dirección espacial que difiere de la primera dirección espacial; y un tercer sensor de alargamiento, determinando el primer sensor de alargamiento, el segundo sensor de alargamiento y el tercer sensor de alargamiento en combinación dos momentos flectores.

La figura 5 ilustra un sensor o sensor fibróptico 510 integrado en una fibra óptica que presenta una rejilla de fibra de Bragg 506. Aunque en la figura 5, solo se muestra una única rejilla de fibra de Bragg 506, se entiende que la presente invención no se limita a un registro de datos a partir de una rejilla de fibra de Bragg 506 individual, sino que a lo largo de una guía de luz 212 de una fibra de transmisión, una fibra sensora o una fibra óptica puede estar dispuesta una multiplicidad de rejillas de fibra de Bragg 506.

Por lo tanto, la figura 5 muestra solo una sección de un guiaondas óptico que está configurado como fibra sensora o guía de luz 212, siendo esta fibra sensora sensible a un alargamiento de fibra (véase la flecha 508). A este respecto, cabe señalar que los términos "óptico" o "luz" pretenden indicar un rango de longitud de onda en el espectro electromagnético, que puede extenderse desde el rango espectral ultravioleta, pasando por el rango espectral visible, hasta el rango espectral infrarrojo. Una longitud de onda central de la rejilla de fibra de Bragg 506, es decir, la denominada longitud de onda de Bragg AB, se obtiene mediante la siguiente ecuación:

A,B = 2 • nk • A.

A este respecto, nk es el índice de refracción efectivo del modo básico del núcleo de la fibra óptica y A es el período de rejilla espacial (período de modulación) de la rejilla de fibra de Bragg 506.

Un ancho espectral que viene dado por una semianchura de la respuesta de reflexión, depende de la extensión de la rejilla de fibra de Bragg 506 a lo largo de la fibra sensora. Por lo tanto, por el efecto de la rejilla de fibra de Bragg 506, la propagación de la luz dentro de la fibra sensora o de la guía de luz 212 depende, por ejemplo, de fuerzas, momentos y tensiones mecánicas, así como temperaturas, a los que la fibra sensora, es decir, la fibra óptica y, en particular, la rejilla de fibra de Bragg 506 son sometidas dentro de la fibra sensora.

Como se muestra en la figura 5, la radiación electromagnética 14 o luz primaria entra en la fibra óptica o la guía de luz 112 desde la izquierda, saliendo una parte de la radiación electromagnética 14 como luz transmitida 16 con un curso de longitud de onda cambiado en comparación con la radiación electromagnética 14. Además, es posible recibir luz reflejada 15 en el extremo de entrada de la fibra (es decir, en el extremo en el que también se irradia la radiación electromagnética 14), presentando también la luz reflejada 15 una distribución de longitud de onda modificada. De acuerdo con las formas de realización aquí descritas, la señal óptica que se usa para la detección y evaluación puede ser proporcionada por la luz reflejada, por la luz transmitida, así como por una combinación de ambas.

En el caso de que la radiación electromagnética 14 o la luz primaria se irradie en un rango espectral ancho, se produce un mínimo de transmisión en la luz transmitida 16 en el punto de la longitud de onda de Bragg. En la luz reflejada hay un máximo de reflexión en este punto. La detección y evaluación de las intensidades del mínimo de transmisión o del máximo de reflexión, o de las intensidades en los correspondientes rangos de longitud de onda, genera una señal que puede ser evaluada con respecto al cambio de longitud de la fibra óptica o la guía de luz 112 proporcionando así información sobre fuerzas o vibraciones.

La figura 6 muestra un sistema de medición típico para la evaluación de sensores de alargamiento fibrópticos y similares. El sistema presenta una fuente 602 de radiación electromagnética, por ejemplo, una fuente de luz primaria. La fuente sirve para proporcionar radiación óptica con la que se puede irradiar al menos un elemento sensor fibróptico de un sensor, por ejemplo un sensor de alargamiento. Para este fin se proporciona una fibra de transmisión óptica o una guía de luz 603 entre la fuente de luz primaria 602 y un primer acoplador de fibra 604. El acoplador de fibra acopla la luz primaria a la fibra óptica o guía de luz 112. La fuente 602 puede ser, por ejemplo, una fuente de luz de banda ancha, un láser, un LED («light emitting diode» / diodo emisor de luz), un s Ld (diodo superluminiscente), una fuente de luz ASE (fuente de luz «Amplified Spontaneous Emission» / emisión espontánea amplificada) o un SOA (Smiconductor Optical Amplifier» / amplificador óptico semiconductor). Para las formas de realización aquí descritas también pueden emplearse varias fuentes de tipo idéntico o diferente (véase arriba).

El elemento sensor 610 fibróptico, como por ejemplo una rejilla de fibra de Bragg (FBG) o un resonador óptico, está integrado en una fibra sensora o acoplado ópticamente a la fibra sensora. La luz reflejada por los elementos sensores fibrópticos es guiada a su vez a través del acoplador de fibra 604 que dirige la luz a través de la fibra de transmisión 605 a un divisor de haz 606. El divisor de haz 606 divide la luz reflejada para la detección por medio de un primer detector 607 y un segundo detector 608. A este respecto, la señal detectada en el segundo detector 608 es filtrada primero con un filtro óptico de borde 609.

Mediante el filtro de borde 609 puede ser detectado un desplazamiento en la longitud de onda de Bragg en el FBG o un cambio en la longitud de onda por el resonador óptico. En general, un sistema de medición como el mostrado en la figura 6 puede ser proporcionado sin el divisor de haz 606 o el detector 607. Sin embargo, el detector 607 hace posible una normalización de la señal de medición del sensor de alargamiento con respecto a otras fluctuaciones de intensidad, como por ejemplo fluctuaciones en la intensidad de la fuente 602, fluctuaciones debidas a reflexiones en interfaces individuales entre guías de luz individuales u otras fluctuaciones de intensidad. Esta normalización mejora la precisión de medición y reduce la dependencia de los sistemas de medición de la longitud de las guías de luz puestas a disposición entre la unidad de evaluación y el sensor fibróptico.

En particular usando varios FBG, se pueden usar dispositivos de filtro óptico adicionales (no mostrados) para filtrar la señal óptica o la luz secundaria. Un equipo de filtro óptico 609 o dispositivos de filtro óptico adicionales pueden comprender un filtro óptico seleccionado del grupo compuesto por un filtro de capa delgada, una rejilla de fibra de Bragg, un LPG, una rejilla de guía de ondas de matriz (AWG «Arrayed Waveguide Grating»), una rejilla de Echelle, una disposición de rejillas, un prisma, un interferómetro, y cualquier combinación de los mismos.

Otro aspecto de la supervisión de instalaciones de energía eólica, que puede combinarse con otras formas de realización y aspectos aquí descritos, pero que también se proporciona independientemente de otras formas de realización, aspectos y detalles, es un procedimiento mejorado para la supervisión y el control y/o la regulación de una instalación de energía eólica con sensores de vibración y sensores de alargamiento, en particular sensores de vibración fibrópticos y sensores de alargamiento fibrópticos. Se pueden realizar una o varias de las siguientes aplicaciones: El paso de pala individual de una pala de rotor, la optimización de la sustentación de una pala de rotor, la regulación de carga de una pala de rotor o de la instalación de energía eólica, la medición de carga en una pala de rotor o en la instalación de energía eólica, la determinación del estado de componentes de la instalación de energía eólica, por ejemplo, la determinación del estado de una pala de rotor, la detección de hielo, la estimación de la vida útil de componentes de la instalación de energía eólica, por ejemplo, de una pala de rotor, la regulación de campos de viento, la regulación de defectos de inercia del rotor, la regulación de la instalación de energía eólica en función de las cargas, la regulación de la instalación de energía eólica en relación con instalaciones de energía eólica contiguas, el mantenimiento predictivo, la medición de la distancia entre la punta de pala de rotor y la torre, la desconexión por picos de carga y la detección de desequilibrios. De acuerdo con este aspecto o esta forma de realización, se proporciona un procedimiento para la supervisión, el control o la regulación de una instalación de energía eólica. El procedimiento incluye la medición de los momentos flectores de una pala de rotor de la instalación de energía eólica en al menos dos direcciones espaciales diferentes (véase el signo de referencia 702 en la figura 7); la medición de componentes continuas de fuerzas y de momentos de las palas de rotor proporcionadas en la instalación de energía eólica (véase el signo de referencia 704 en la figura 7); y la supervisión y/o el control de la instalación de energía eólica mediante la combinación del momento flector de pala y las componentes continuas, (véase la referencia 706 en la figura 7)

Aunque la presente invención se ha descrito anteriormente con la ayuda de ejemplos de realización típicos, no se limita a éstos, sino que puede modificarse de múltiples maneras. La invención tampoco se limita a las posibilidades de aplicación mencionadas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una disposición para la supervisión y/o regulación de una instalación de energía eólica, que comprende:

un primer sensor de alargamiento (122) para medir un primer momento flector de pala de una pala de rotor de una instalación de energía eólica en una primera dirección espacial;

un segundo sensor de alargamiento (124) para medir un segundo momento flector de una pala de rotor de una instalación de energía eólica en una segunda dirección espacial que difiere de la primera dirección espacial; una disposición (420) para determinar las componentes continuas de fuerzas y de momentos de las palas de rotor proporcionadas en la instalación de energía eólica; y

un control para combinar el primer momento flector de pala, el segundo momento flector de pala y las componentes continuas,

en la que la disposición (420) para determinar componentes continuas comprende un sensor (422), y en la que la disposición (420) se proporciona en el buje o la góndola de la instalación de energía eólica.

2. La disposición de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la primera dirección espacial y la segunda dirección espacial encierran un ángulo de 70° a 110°.

3. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en la que el primer sensor de alargamiento y el segundo sensor de alargamiento están dispuestos en una cuadrícula angular acimutal de aproximadamente 90°.

4. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, comprendiendo además:

al menos un tercer sensor de alargamiento, determinando el primer sensor de alargamiento, el segundo sensor de alargamiento y el tercer sensor de alargamiento en combinación dos momentos flectores.

5. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que los sensores de alargamiento son sensores de alargamiento fibrópticos.

6. La disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que los sensores de alargamiento están dispuestos en la zona de una base de pala de la pala de rotor.

7. Un procedimiento para la supervisión y/o regulación de una instalación de energía eólica, que comprende:

la medición de momentos flectores de una pala de rotor de la instalación de energía eólica en al menos dos direcciones espaciales diferentes; y

la medición de componentes continuas de fuerzas y de momentos de las palas de rotor proporcionadas en la instalación de energía eólica con una disposición (420) para determinar las componentes continuas de las fuerzas y momentos;

la supervisión y/o el control de la instalación de energía eólica mediante la combinación del momento flector de pala y las componentes continuas;

en el cual las componentes continuas de las fuerzas y de los momentos de dos o más palas de rotor se miden con un sensor (422) de la disposición (420), y en el cual la disposición (420) se proporciona en el buje o la góndola de la instalación de energía eólica.