ES2990008T3 - Operar una turbina eólica en condiciones meteorológicas severas - Google Patents

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Abstract

Se describe un método de funcionamiento de una turbina eólica (3a, 3b, 3c), en particular de varias turbinas eólicas de un parque eólico (1), comprendiendo el método: recibir, por parte de la turbina eólica (3a) o de un controlador de parque eólico, información relevante para la seguridad (9, 9a) desde una fuente externa (10) externa a la turbina eólica (3a); activar, por parte de la turbina eólica (3a) o del controlador de parque eólico, un modo de funcionamiento seguro en función de la información recibida, siendo la fuente externa (10) diferente de un controlador de parque eólico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Operar una turbina eólica en condiciones meteorológicas severas
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método y a una disposición para operar una turbina eólica, en particular, para obtener protección contra unas condiciones meteorológicas severas. Además, la presente invención se refiere a un parque eólico que incluye la disposición.
Antecedentes de la técnica
El documento US 2020/0332766 A1 da a conocer un método de control para una turbina eólica, que incluye adquirir las condiciones de trabajo actuales de un sistema de energía, un sistema de guiñada y un sistema de comunicación de la turbina eólica cuando se recibe una señal de advertencia de tifón; determinar una estrategia de control objetivo correspondiente a las condiciones de trabajo actuales según una relación correspondiente preestablecida entre las estrategias de control y las condiciones de trabajo del sistema de energía, el sistema de guiñada y el sistema de comunicación, en donde las estrategias de control pueden incluir una estrategia de barlovento activa para controlar el sistema de guiñada para encararse a la dirección del viento del tifón, una estrategia de sotavento pasiva controlada para controlar el sistema de guiñada para encararse en sentido opuesto a la dirección del viento del tifón, y una estrategia de sotavento pasiva para ajustar el sistema de guiñada para encararse en sentido opuesto a la dirección del viento del tifón; y controlar la turbina eólica mediante el uso de la estrategia de control objetivo.
En condiciones meteorológicas severas, tales como una tormenta o un ciclón, una turbina eólica o todo un parque de turbinas eólicas pueden correr el riesgo de sufrir daños. Por ejemplo, una tormenta y/o un ciclón tropical que se acercan pueden provocar cargas muy elevadas en las turbinas eólicas.
Las turbinas que no están diseñadas para estos niveles de carga cuando están en modo en reposo contra el viento pueden protegerse guiñando a una posición a favor del viento. Sin embargo, dado que la guiñada a una posición a favor del viento puede llevar algún tiempo en función del sistema de guiñada, es posible que la turbina eólica no tenga tiempo suficiente para protegerse mediante el guiñado de la turbina, por ejemplo, si la tormenta está demasiado cerca del parque o se acerca a una velocidad demasiado alta.
Especialmente, cuando la turbina eólica en general no está en una posición de guiñada en contra del viento, esto puede resultar en cargas muy elevadas. Las cargas elevadas pueden resultar en un diseño pesado de la turbina eólica y la estructura de soporte. Esto añade un coste significativo a los parques eólicos donde existe el riesgo de ciclones o tifones.
Convencionalmente, una turbina eólica puede haber guiñado a una posición a favor del viento en base a mediciones individuales, tales como, por ejemplo, la velocidad del viento, las cargas de las palas u otras señales. De este modo, convencionalmente, es posible que no se alcance la posición a favor del viento o, en general, un estado operativo seguro, con suficiente antelación antes de que la tormenta se acerque a la turbina eólica. En general, convencionalmente, es posible haber introducido sistemas de seguridad que pueden reaccionar ante situaciones anormales y disponer la turbina en un estado seguro. Convencionalmente, cada una de las turbinas eólicas individuales debe detectar el evento anormal o las condiciones meteorológicas severas y, así, las turbinas eólicas pueden disponerse en un estado operativo seguro. Sin embargo, si las condiciones meteorológicas severas o, en particular, una tormenta, se acercan muy rápido, es posible que el comportamiento reactivo de los sistemas de seguridad solo pueda permitir obtener una reducción limitada de las cargas. Otras soluciones de la técnica anterior se describen en los documentos CN111 779 628 A, WO2010/083835 A2, CN109 488 529 A, US2004/258521 A1, WO 2013/083131 A1 y US2011/193344 A1.
Por lo tanto, pueden ser necesarios un método y una disposición correspondiente para operar una turbina eólica, en donde la protección y la seguridad de la turbina eólica puedan garantizarse también en caso de condiciones meteorológicas potencialmente dañinas, tal como una tormenta, un ciclón o un tifón. En particular, pueden ser necesarios un método y una disposición correspondiente de este tipo, en donde las turbinas eólicas puedan adoptar más pronto un estado operativo seguro en comparación con los sistemas de la técnica anterior.
Resumen de la invención
Esta necesidad puede ser satisfecha por el objeto según las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
Según una realización de la presente invención, se da a conocer un método para operar una turbina eólica, en particular, una pluralidad de turbinas eólicas de un parque eólico, comprendiendo el método: recibir, mediante la turbina eólica o un controlador de parque eólico, información relevante para la seguridad desde una fuente externa, externa a la turbina eólica; activar, mediante la turbina eólica o el controlador de parque eólico, un modo de operación seguro en función de la información recibida, en donde la fuente externa es diferente de un controlador de parque eólico.
El método puede ser realizado por una turbina eólica y/o un controlador de parque eólico. En particular, cada turbina eólica de un parque eólico puede realizar el método de forma individual e independiente con respecto a cualquier otra turbina eólica. En otras realizaciones, solo grupos de turbinas eólicas realizan el método, mientras que otros grupos de turbinas eólicas, por ejemplo, proporcionan la información relevante para la seguridad a los grupos, que realizan el método. El método puede implementarse en software y/o hardware.
La información relevante para la seguridad puede ser, por ejemplo, en forma de señales eléctricas y/u ópticas y/o inalámbricas. La información relevante para la seguridad puede comprender información que sea relevante para la seguridad de la turbina eólica considerada. La información relevante para la seguridad puede comprender diferentes tipos de información, tal como se detallará a continuación. Recibir la información relevante para la seguridad puede permitir que la turbina eólica o el controlador de parque eólico decidan si se debe entrar en o adoptar el modo de operación seguro, para proteger la turbina eólica de daños.
La fuente externa puede adoptar diferentes formas en diferentes realizaciones, tal como se detallará a continuación. La fuente externa puede estar separada espacialmente de la turbina eólica, por ejemplo, al menos 1 km o, por ejemplo, al menos 10 km, o incluso al menos 100 km. Cuando la fuente externa está separada y alejada de la turbina eólica, la fuente externa puede, antes de la turbina eólica considerada, tener acceso a la información que sea relevante para la seguridad de la turbina eólica considerada. Por ejemplo, la fuente externa puede estar más cerca de una tormenta que se acerca que la turbina eólica considerada y puede, por ejemplo, tener información en relación con los valores de medición de la velocidad del viento y/o la turbulencia del viento u otros valores de medición de otras características de unas condiciones meteorológicas severas que se aproximan. Esta información puede incluirse en la información relevante para la seguridad y puede ser suministrada por la fuente externa a través de uno o más nodos informáticos intermedios, por ejemplo, al controlador de turbina eólica o controlador de parque eólico considerados.
Por lo tanto, la turbina eólica puede recibir la información relevante para la seguridad mucho antes de que se produzcan las condiciones meteorológicas severas en la ubicación de la turbina eólica considerada. De este modo, la turbina eólica puede habilitarse, con suficiente antelación antes de que las condiciones meteorológicas severas lleguen a su propia ubicación, para iniciar, activar o adoptar un modo de operación seguro. En particular, activar el modo de operación seguro puede llevar un tiempo considerable. Por lo tanto, es ventajoso recibir oportunamente la información relevante para la seguridad de tal modo que exista tiempo suficiente para alcanzar realmente el modo de operación seguro. Activar el modo de operación seguro puede comprender al menos iniciar cualquier acción requerida para alcanzar finalmente el modo de operación seguro. En otras realizaciones, activar el modo de operación seguro también puede comprender establecer el modo de operación seguro.
El modo de operación seguro puede considerarse como un modo de operación de la turbina eólica en donde la turbina eólica está protegida de manera eficiente contra los daños que pueden causar las condiciones meteorológicas severas, en particular, una carga de viento elevada. El modo de operación seguro se puede realizar de diferentes maneras, tal como se detallará a continuación. Además, es posible adoptar una o más de cualquier variante de los modos de operación seguros, por ejemplo, en una secuencia. Adoptar el modo de operación seguro puede proteger de daños los componentes de la turbina eólica que, de otro modo, estarían en riesgo debido a la carga de viento elevada.
El hecho de que el modo de operación seguro se active o adopte no solo puede depender de la información recibida, sino que también puede depender de información adicional o de los propios resultados de medición, según las realizaciones de la presente invención.
Activar el modo de operación seguro o adoptar el modo de operación seguro puede comprender activar uno o más accionadores, tal como los accionadores del sistema de guiñada y/o los accionadores del ángulo de paso, etc. Por ejemplo, el modo de operación seguro puede comprender variar el paso de las palas del rotor para reducir la fuerza de elevación de las palas. El modo de operación seguro puede comprender además orientar el rotor a una posición a favor del viento, en donde el plano del rotor que abarcan las palas del rotor puede estar orientado o posicionado a favor del viento. El modo de operación seguro también puede incluir una reducción de la potencia y/o la velocidad del rotor.
El método puede comprender además procesar y/o evaluar la información recibida, en particular, también en combinación con otra información para decidir si se debe activar el modo de operación seguro.
Cuando la recepción y/o la activación se realizan mediante un controlador de parque eólico, el controlador de parque eólico puede estar acoplado de manera comunicativa a la turbina o turbinas eólicas en cuestión.
Cuando la información relevante para la seguridad se recibe de una fuente externa, es posible garantizar que la turbina eólica entre en o adopte un modo de operación seguro con la suficiente antelación, por ejemplo, antes de que unas condiciones meteorológicas severas lleguen realmente a la ubicación de instalación de la turbina eólica. De este modo, la turbina eólica y, en particular, los componentes de las turbinas eólicas, pueden protegerse contra daños.
Según una realización de la presente invención, la información relevante para la seguridad comprende al menos uno de: una orden, una advertencia, en particular, en relación con unas condiciones meteorológicas severas; una indicación de que al menos una turbina eólica vecina entró o va a entrar en un modo operativo seguro; información meteorológica, en particular, datos relacionados con el viento.
La advertencia en relación con las condiciones meteorológicas severas puede comprender, por ejemplo, una característica de las condiciones meteorológicas severas, incluyendo la velocidad del viento esperada o medida, la turbulencia del viento esperada o medida, la dirección del viento esperada o medida, etc. Además, la advertencia puede comprender una fecha y hora de llegada previstas y/o la distancia entre la turbina eólica considerada y las condiciones meteorológicas severas. Adicional o alternativamente, la advertencia puede comprender las cargas esperadas causadas por el viento en uno o más componentes de la turbina eólica.
En particular, cuando una turbina eólica es la fuente externa, la información relevante para la seguridad puede comprender una indicación de que esta turbina eólica vecina ha entrado o va a entrar en un modo operativo seguro. En particular, la turbina eólica que recibe la información relevante para la seguridad puede recibir una advertencia y/o una indicación de que una turbina eólica entró en un modo operativo seguro, desde dos o más turbinas eólicas, en particular, turbinas eólicas del mismo parque eólico. Dependiendo del número de advertencias y/o del número de indicaciones en relación con el modo operativo seguro, la turbina eólica en cuestión puede decidir si activar o adoptar el modo de operación seguro o no.
La información meteorológica puede comprender cualquier tipo de información que caracterice las situaciones meteorológicas actuales y/o reales y/o previstas y/o futuras en una o más ubicaciones. La información meteorológica también puede comprender información geográfica. Por lo tanto, la información meteorológica puede resolverse espacial y/o temporalmente. Además, la información relevante para la seguridad no solo puede recibirse de una única fuente externa, sino que puede recibirse de múltiples fuentes externas. La información relevante para la seguridad de una pluralidad de fuentes externas puede procesarse y evaluarse, para decidir si se activa el modo operativo seguro o no.
De este modo, la información relevante para la seguridad puede configurarse de diferentes maneras, aumentando la flexibilidad del método.
Según una realización de la presente invención, la información meteorológica comprende información en relación con al menos uno de: una velocidad de viento real y/o prevista; una turbulencia de viento real y/o prevista; una aceleración de viento real y/o prevista; al menos una carga de viento real y/o prevista; un punto de llegada en el tiempo de unas condiciones meteorológicas severas; una duración de unas condiciones meteorológicas severas; una velocidad y/o dirección de propagación de unas condiciones meteorológicas severas; una distancia entre la turbina eólica y unas condiciones meteorológicas severas; un tipo o característica de unas condiciones meteorológicas severas.
De este modo, se puede proporcionar información relevante para caracterizar las condiciones meteorológicas potencialmente dañinas. Por lo tanto, el método se puede aplicar a una serie de diferentes condiciones meteorológicas potencialmente dañinas. Todo tipo de información en relación con la velocidad del viento, la turbulencia, la aceleración, la carga del viento, etc., se puede proporcionar resuelta espacialmente y resuelta en el tiempo. Por lo tanto, se permite una evaluación mejorada de la información relevante para proporcionar una base sólida para la decisión de si adoptar o no el modo de operación seguro.
Según una realización de la presente invención, las condiciones meteorológicas severas se caracterizan por o comprenden al menos uno de: la velocidad del viento está por encima de un umbral de velocidad del viento; la turbulencia del viento está por encima de un umbral de velocidad del viento; la carga del viento está por encima de un umbral de carga; una tormenta o un ciclón.
También es posible incluir cualquier caracterización de las condiciones meteorológicas que permita derivar una carga esperada de al menos un componente de la turbina eólica. De este modo, el efecto potencial en la turbina eólica cuando se somete a condiciones meteorológicas severas puede estimarse de manera apropiada y precisa, mejorando así aún más la fiabilidad de la decisión de si adoptar o no el modo de operación seguro.
Según una realización de la presente invención, el método comprende además procesar, en particular, mediante un componente de la turbina eólica y/o el controlador o piloto de parque eólico, la información relevante para la seguridad, en particular, la información meteorológica, usando una lógica de evaluación para derivar un resultado de evaluación; en donde activar el modo de operación seguro depende del resultado de evaluación. Y/o también se incluye almacenamiento electrónico, en donde, por ejemplo, se almacena un software ejecutable que es ejecutado por el procesador.
La lógica de evaluación puede haberse determinado previamente, por ejemplo, en base a datos de entrenamiento y/o simulación y/o modelo físico. De este modo, se permite combinar diferentes tipos de componentes de información meteorológica que, en particular, pueden ser relevantes para estimar daños potenciales a los componentes de la turbina eólica. Cuando se aplica la lógica de evaluación para derivar el resultado de evaluación, se puede habilitar o simplificar la toma de una decisión de si activar o no el modo de operación seguro.
El resultado de evaluación puede indicar, por ejemplo, una extensión o grado de daño que cabría esperar cuando, por ejemplo, se mantiene un estado operativo o modo de operación actual o real, por ejemplo, un modo de operación nominal. En otras realizaciones, el resultado de evaluación (p. ej., binario) puede indicar si se debe activar o adoptar o no el modo de operación seguro.
Según una realización de la presente invención, la lógica de evaluación comprende al menos un umbral en relación con al menos uno de: la velocidad del viento; la turbulencia del viento; la aceleración del viento; al menos una carga del viento; una duración de tiempo restante hasta un punto de llegada en el tiempo (previsión) de condiciones meteorológicas severas; una duración de tiempo (previsión) de unas condiciones meteorológicas severas; una velocidad y/o dirección de propagación de unas condiciones meteorológicas severas; una distancia entre la turbina eólica y las condiciones meteorológicas severas.
La configuración (p. ej., el umbral o umbrales establecidos) de la lógica de evaluación puede habilitarse, según lo requiera la aplicación particular, pudiendo depender de la constitución física de la turbina eólica y sus componentes. La consideración de uno o más de los umbrales dentro de la lógica de evaluación puede permitir tener en cuenta uno o más tipos de cargas relacionadas con el viento en uno o más componentes de la turbina eólica. De este modo, es posible mejorar la protección de los componentes de la turbina eólica.
Según una realización de la presente invención, el al menos un umbral depende de la constitución y/o integridad de la turbina eólica por el hecho de que el umbral es más estricto para la turbina eólica que tiene un mayor grado de daños previos y/o desgaste previo y/o vida.
Por ejemplo, para una turbina eólica relativamente antigua, se pueden establecer umbrales más restrictivos en comparación con una turbina eólica más nueva. Cada turbina eólica puede tener acceso a los datos de configuración o datos de integridad de sus diversos componentes. Esos datos de integridad de la pluralidad de componentes pueden considerarse para establecer el uno o más umbrales. Además, los umbrales pueden derivarse mediante simulación o modelado físico, lo que puede implicar la derivación de cargas de viento para diferentes velocidades del viento, turbulencia del viento y/o aceleración del viento.
Según una realización de la presente invención, si la velocidad del viento y/o la turbulencia del viento y/o la aceleración del viento y/o la carga del viento está o están por encima de un umbral respectivo, y si el punto de llegada en el tiempo de unas condiciones meteorológicas severas está más cerca que un umbral de tiempo restante, y/o si la duración de las condiciones meteorológicas severas está por encima de un umbral de duración, el resultado de evaluación indica activar el modo de operación seguro.
El resultado de evaluación también puede indicar cuál de una pluralidad de modos operativos seguros disponibles potenciales debe activarse. Dependiendo de las condiciones meteorológicas evaluadas, se puede establecer uno de una pluralidad de resultados de evaluación potenciales. Cada uno de la pluralidad de resultados de evaluación puede indicar, por ejemplo, cuáles de la pluralidad de modos operativos seguros disponibles potenciales se van a adoptar o qué secuencia de modos operativos seguros se debe ejecutar. De este modo, se obtiene una gran flexibilidad y se puede permitir una reacción de manera específica ante unas condiciones meteorológicas severas potenciales específicas de una manera específica para las condiciones meteorológicas severas.
Según una realización de la presente invención, activar el modo de operación seguro incluye al menos uno de: reducir la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica; reducir la producción de potencia de la turbina eólica; detener la producción de potencia de la turbina eólica; detener la rotación del rotor; modo en reposo lento del rotor; modo en reposo rápido del rotor; desconectar la turbina eólica de una red eléctrica; guiñar el rotor en una orientación a favor del viento.
De este modo, también es posible soportar modos de operación seguros convencionales. Por ejemplo, dependiendo del nivel de severidad de las condiciones meteorológicas, es posible seleccionar el modo de operación seguro respectivo. Los diferentes modos de operación seguros pueden tener propiedades o ventajas particulares. Por ejemplo, en el caso de unas condiciones meteorológicas menos severas, la velocidad de rotación del rotor puede solamente reducirse, es decir, restringirse, sin detener por completo la producción de potencia de la turbina eólica. En esta situación, la turbina eólica puede permanecer conectada a la red eléctrica. Sin embargo, en condiciones meteorológicas más severas, la turbina eólica puede desconectarse de la red eléctrica y el rotor puede estar en modo de reposo a una velocidad de rotación relativamente baja o relativamente rápida. Seleccionar uno de los modos de operación seguros disponibles puede permitir una reacción adecuada a las condiciones meteorológicas severas particulares, al tiempo que se garantiza la protección de los componentes de la turbina eólica.
Según una realización de la presente invención, la fuente externa comprende al menos uno de: una entidad alejada de la turbina eólica; otra turbina eólica, en particular, adyacente a la turbina eólica; un servicio meteorológico; un sistema de previsión meteorológica; al menos un mástil meteorológico; un sistema de información por radar, en particular, local; un operador que envía una señal de control; un sistema de predicción de velocidad del viento; un sensor o estación de medición de parámetros meteorológicos. De este modo, se consigue una gran flexibilidad.
Según una realización de la presente invención, una turbina eólica considerada puede recibir información relevante para la seguridad de dos o más fuentes externas diferentes. De este modo, es posible permitir recibir información más completa que puede caracterizar con precisión unas condiciones meteorológicas severas que se aproximan potencialmente. La información relevante para la seguridad puede recibirse a través de una red de comunicación que incluye al menos uno de: internet; una red privada virtual; una red privada; una red SCADA; y/o en donde la pluralidad de turbinas eólicas están conectadas comunicativamente a través de una red de comunicación para comunicar la información.
De este modo, se puede emplear tecnología de comunicación disponible convencionalmente, simplificando así el método. La red de comunicación puede comprender una red de comunicación por cable y/o inalámbrica y/u óptica.
Según una realización de la presente invención, el modo de operación seguro se activa antes de que unas condiciones meteorológicas severas alcancen la turbina eólica. En particular, la turbina eólica puede no utilizar ninguna medición de la velocidad del viento o la turbulencia del viento que ha sido realizada por un sensor de viento de la turbina eólica. En particular, el modo de operación seguro puede establecerse antes de que las condiciones meteorológicas severas lleguen a la turbina eólica. De este modo, es posible evitar el fallo de los componentes de la turbina eólica.
Debe entenderse que las características, individualmente o en cualquier combinación, divulgadas, descritas, proporcionadas o explicadas para un método para operar una turbina eólica, pueden aplicarse además, individualmente o en cualquier combinación, a una disposición para operar una turbina eólica, según las realizaciones de la presente invención, y viceversa.
Según una realización de la presente invención, se da a conocer una disposición para operar una turbina eólica, comprendiendo la disposición: un puerto de entrada adaptado para recibir información relevante para la seguridad de una fuente externa, externa a la turbina eólica; un módulo de activación adaptado para activar un modo de operación seguro en función de la información recibida, en donde la fuente externa es diferente de un controlador de parque eólico.
La disposición puede ser, por ejemplo, una parte de un controlador de turbina eólica o un controlador de parque eólico. El puerto de entrada puede ser un puerto de entrada por cable, inalámbrico y/u óptico. El módulo de activación puede implementarse en software y/o hardware. Activar un modo de operación seguro puede comprender suministrar una o más señales de control a un controlador o a un accionador.
Según una realización de la presente invención, se da a conocer un parque eólico que incluye al menos una turbina eólica; y al menos una disposición según la realización anterior, configurada como controlador de turbina eólica o controlador de parque eólico.
Los aspectos definidos anteriormente y otros aspectos de la presente invención se infieren de los ejemplos de realización que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle a continuación en la memoria haciendo referencia a ejemplos de realización, aunque el alcance de la invención se define en las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones de la presente invención se describen ahora con referencia a los dibujos adjuntos. La invención no está limitada a las realizaciones ilustradas o descritas.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un parque eólico según una realización de la presente invención que incluye una pluralidad de disposiciones según realizaciones de la presente invención.
La figura 2 ilustra esquemáticamente un esquema de método según una realización de la presente invención.
Descripción detallada
El parque eólico 1 ilustrado esquemáticamente en la figura 1 comprende una pluralidad de turbinas eólicas 3a, 3b, 3c y puede comprender potencialmente un gran número de turbinas eólicas, por ejemplo, entre 10 y 500. En la presente realización, varias turbinas eólicas 3a, 3b, 3c comprenden cada una una disposición 5a, 5b, 5c según una realización de la presente invención para operar la respectiva turbina eólica. En la realización ilustrada, las disposiciones 5a, 5b, 5c pueden ser, por ejemplo, una parte de un controlador de turbina eólica no ilustrado en detalle.
La disposición 5a comprende un puerto de entrada 7a que está adaptado para recibir información relevante para la seguridad 9a desde una fuente externa 10 que es externa a la turbina eólica 3a. De manera similar, la turbina eólica 3b comprende la disposición 5b, que recibe información relevante para la seguridad 9b de la fuente externa 10.
Debe entenderse que las características similares o iguales en estructura y/o función están indicadas en la figura 1 con los mismos números. Es posible tomar una descripción de un elemento o estructura no descritos en detalle de la descripción respectiva de la estructura o elemento correspondientes.
La turbina eólica 3c comprende una disposición 5c que recibe la información 9c relevante para la seguridad de la fuente externa 10. La información 9a, 9b, 9c relevante para la seguridad puede ser, en particular, esencialmente idéntica. La fuente externa 10 puede comprender, por ejemplo, un servicio de previsión meteorológica o una estación o sistema de medición de datos de viento.
Cada una de las disposiciones 5a, 5b, 5c comprende además un módulo de activación, no ilustrado en detalle, que está adaptado para activar un modo de operación seguro dependiendo de la información recibida 9a, 9b, 9c, respectivamente.
La información 9a, 9b, 9c relevante para la seguridad puede indicar, por ejemplo, que una región 11 de bajas presiones que tiene una velocidad particular 12 que tiene una dirección particular se está acercando al parque eólico 1. La información 9a, 9b, 9c relevante para la seguridad puede comprender, en general, información meteorológica en relación con la velocidad del viento, la turbulencia del viento, la aceleración del viento y otras, tal como se ha explicado anteriormente.
Las disposiciones 5a, 5b, 5c pueden adaptarse para procesar la información 9a, 9b, 9c relevante para la seguridad, respectivamente, usando una lógica de evaluación, no ilustrada en detalle, que se describirá a continuación con referencia a la figura 2. Las turbinas eólicas 3a, 3b, 3c respectivas pueden comprender además accionadores respectivos para adoptar el modo de operación seguro, por ejemplo, incluyendo orientar la góndola en una orientación a favor del viento y/o para reducir la velocidad de rotación del rotor, tal como se ha explicado en detalle anteriormente.
Según una realización de la presente invención, solo una o más, aunque no todas las turbinas eólicas del parque eólico 1, reciben la información relevante para la seguridad. Según una realización, por ejemplo, la turbina eólica 3a recibe la información 9a relevante para la seguridad desde la fuente externa 10 en la disposición respectiva 5a. Sin embargo, las otras turbinas eólicas 3b, 3c reciben la información 9a relevante para la seguridad, no del servicio 10 de previsión meteorológica (un ejemplo de una fuente externa) sino de la turbina eólica 3a, que también es externa a las respectivas turbinas eólicas 3b, 3c.
En particular, todas las turbinas eólicas del parque eólico 1 pueden estar acopladas comunicativamente entre sí o mutuamente a cualquier otra turbina eólica del parque eólico. Al tener un canal de comunicación entre todas las turbinas eólicas de un parque eólico, cualquier turbina que mida la velocidad del viento, las cargas o cualquier otra señal, que haga que su sistema de protección se active, puede comunicar esto a otras turbinas eólicas del parque eólico. De este modo, las otras turbinas eólicas del parque eólico pueden activar el mismo sistema de protección o pueden adoptar un modo operativo seguro independientemente de sus propias mediciones, pero solo en base a las mediciones de otra turbina o una combinación de otras turbinas.
Al recibir y utilizar información de otra turbina eólica o de una combinación de otras turbinas eólicas, una turbina eólica considerada puede lograr la ventaja de disponer de más tiempo para protegerse contra unas condiciones meteorológicas severas, tales como una tormenta tropical o un ciclón, mediante la activación de un sistema de protección, por ejemplo, guiñando a la posición a favor del viento. Esto puede representar especialmente una ventaja, ya que la transición de la posición de guiñada en contra del viento a la posición de guiñada a favor del viento puede tardar un tiempo considerable, tal como varios minutos, en completarse. Por lo tanto, se pueden reducir los daños a un gran número de turbinas.
Además, el riesgo de que una turbina vuelva a una posición de guiñada contra el viento en el ojo de una tormenta, en donde puede haber una velocidad del viento y un impacto de carga reducidos, también se puede reducir, ya que otras turbinas eólicas pueden informar a la turbina eólica de que la tormenta aún está presente. De este modo, se puede mejorar la robustez del sistema de protección. Los canales de comunicación entre turbinas eólicas mutuas pueden realizarse mediante un sistema de comunicación seguro entre turbinas eólicas o también pueden usar un sistema existente, por ejemplo, un sistema de comunicación entre piloto de parque y turbina eólica. En particular, las realizaciones de la presente invención pueden evitar la desactivación errónea de un sistema de protección que, por ejemplo, puede ocurrir convencionalmente si la turbina eólica está dentro del ojo de la tormenta. Es posible reducir los riesgos de daños en un gran número de turbinas durante una tormenta, ya que el sistema de protección puede activarse antes de lo convencionalmente conocido.
Al recibir la información 9a, 9b, 9c relevante para la seguridad del servicio de previsión o la estación 10 de medición de parámetros del viento, las turbinas eólicas 3a, 3b, 3c pueden protegerse habilitando el sistema de protección respectivo o adoptando el modo operativo seguro con mucha antelación antes de que la tormenta llegue al parque y dañe las turbinas. La información 9a, 9b, 9c puede recibirse de uno o más servicios meteorológicos, información de radar local, control manual de un operador, sistemas de predicción de la velocidad del viento y otros. La información 9a, 9b, 9c relevante para la seguridad también puede contener, adicional o alternativamente, datos de velocidad o aceleración del viento pronosticados, cargas esperadas, turbulencia y/o duración de la tormenta. Los datos pueden transferirse al controlador de parque eólico y/o a los controladores de turbina eólica individuales a través de las conexiones de internet (VPN) y/o una interfaz SCADA.
El controlador de parque eólico y/o el controlador de turbina eólica individual o las disposiciones respectivas 5a, 5b, 5c pueden comprender una lógica interna que determina cuándo activar el sistema de protección y qué sistema o medida de protección activar. De este modo, existen una serie de valores o límites de umbrales predefinidos, cuyas cantidades físicas, tales como la velocidad del viento, el nivel de turbulencia y cualquier otro dato, se deben superar para activar el sistema de protección o decidir si adoptar o no el modo operativo seguro. Esto también se puede combinar o también se podría realizar en combinación con un límite de tiempo de la hora de llegada prevista de las condiciones meteorológicas extremas para evitar una activación antes de que sea necesario. Los umbrales predeterminados pueden reducirse, por ejemplo, para las turbinas que ya han detectado fatiga estructural, daños o errores menores.
La figura 2 ilustra esquemáticamente una realización 15 de un método para operar una turbina eólica según una realización de la presente invención. El sistema 10 meteorológico externo puede medir continuamente los datos del viento y suministrar los datos 9 del viento (ejemplo de datos relevantes para la seguridad) a un controlador de parque eólico o controlador de turbina eólica, indicados colectivamente con el signo de referencia 16. El elemento receptor 16, según una realización de la presente invención, por ejemplo, puede representarse o implementarse como una disposición, por ejemplo, ilustrada en la figura 1 e indicada con los signos de referencia 5a, 5b, 5c.
El controlador de parque eólico y/o el controlador 16 de turbina eólica pueden evaluar los datos comparándolos con límites predefinidos (umbrales). Además, se puede evaluar la hora de llegada esperada comparándola con un límite o umbral predefinido. Si una o más evaluaciones indican que los parámetros del viento están por encima de uno o más límites, se puede activar un sistema de protección y/o se puede activar o adoptar un modo de operación seguro. Por lo tanto, el controlador de parque eólico y/o el controlador 16 de turbina eólica pueden generar y suministrar una señal de control, que indica una orden 17 a las turbinas eólicas o a cada turbina individual, indicadas colectivamente con el signo de referencia 3 en la figura 2. Las turbinas eólicas individuales o todas las turbinas eólicas pueden entonces activar o adoptar un modo de operación seguro que incluye, por ejemplo, reducir la velocidad y/o la potencia y/o detener la producción de potencia mediante un modo en reposo rápido y/o una detención, seguidos de un modo en reposo lento y/o una detención, seguidos de un modo en reposo a favor del viento u otros.
De este modo, los datos de previsión pueden utilizarse en los sistemas de protección del controlador, que pueden disponer las turbinas eólicas del parque eólico en un estado seguro antes de que las condiciones meteorológicas extremas lleguen a las turbinas eólicas.
Al utilizar información de uno o más sistemas externos que se comunican a través de internet (VPN) o una conexión SCADA, las turbinas eólicas pueden tener la ventaja de disponer de más tiempo para protegerse de las tormentas tropicales o los ciclones mediante la activación de un sistema de protección. De este modo, es posible reducir el diseño de la turbina eólica para cargas extremas y se pueden reducir los costes. Además, también es posible reducir el riesgo de que una turbina desactive su sistema de protección en el ojo de la tormenta, ya que la información externa revelará que la tormenta sigue presente. De este modo, es posible mejorar en general la robustez del sistema de protección. Entre la fuente externa 10 y las turbinas eólicas es posible establecer un canal de comunicación seguro.
Mediante las realizaciones de la presente invención, se pueden reducir las cargas extremas que actúan sobre los componentes de las turbinas eólicas, lo que permite reducir el coste de la turbina y la estructura de soporte. Adicional o alternativamente, se puede usar una orden externa de un operador de parque eólico para activar el sistema de protección de posición de guiñada a favor del viento si el operador tiene conocimiento de unas condiciones meteorológicas severas que se acercan al parque eólico.
Debe entenderse que no todos los canales de comunicación ilustrados en la figura 1 necesitan implementarse para realizaciones particulares. Por ejemplo, las turbinas eólicas pueden estar conectadas solo a la fuente externa 10, pero no es necesario que estén conectadas entre sí. En otras realizaciones, solo una o dos o más turbinas eólicas están conectadas comunicativamente a la fuente externa 10, pero las otras no están conectadas a la fuente externa 10, sino que solo están conectadas a una de esas turbinas eólicas que está conectada a la fuente externa 10. Son posibles otras combinaciones.
El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método para operar una turbina eólica (3a, 3b, 3c), en particular, una pluralidad de turbinas eólicas de un parque eólico (1), comprendiendo el método:
    recibir, mediante la turbina eólica (3a) o un controlador de parque eólico, información (9, 9a) relevante para la seguridad desde una fuente externa (10) externa a la turbina eólica (3a); activar, mediante la turbina eólica (3a) o el controlador de parque eólico, un modo de operación seguro en función de la información recibida,
    en donde la fuente externa (10) es diferente de un controlador de parque eólico y comprende otra turbina (3b, 3c) eólica vecina, en particular, adyacente a la turbina eólica (3a),
    en donde la información (9, 9a) relevante para la seguridad comprende una indicación de que la turbina eólica vecina entró o va a entrar en un modo operativo seguro.
  2. 2. Método según la reivindicación anterior, en donde la información (9, 9a) relevante para la seguridad comprende al menos uno de:
    una advertencia, en particular, en relación con condiciones meteorológicas severas; una indicación de que al menos otra turbina eólica vecina entró o va a entrar en un modo operativo seguro;
    información meteorológica, en particular, datos relacionados con el viento.
  3. 3. Método según la reivindicación anterior, en donde la información meteorológica (9, 9a) comprende información en relación con al menos uno de:
    una velocidad de viento real y/o prevista;
    una turbulencia de viento real y/o prevista;
    una aceleración de viento real y/o prevista;
    al menos una carga de viento real y/o prevista;
    un punto de llegada en el tiempo de unas condiciones meteorológicas severas;
    una duración de unas condiciones meteorológicas severas;
    una velocidad y/o dirección de propagación de unas condiciones meteorológicas severas; una distancia entre la turbina eólica y unas condiciones meteorológicas severas;
    un tipo o característica de unas condiciones meteorológicas severas.
  4. 4. Método según la reivindicación anterior, en donde las condiciones meteorológicas severas secaracterizan poro comprenden al menos uno de:
    la velocidad del viento está por encima de un umbral de velocidad del viento;
    la turbulencia del viento está por encima de un umbral de velocidad del viento;
    la carga del viento está por encima de un umbral de carga;
    una tormenta o un ciclón.
  5. 5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
    procesar, en particular, mediante un componente de la turbina eólica y/o el controlador o piloto de parque eólico, la información (9, 9a) relevante para la seguridad, en particular, la información meteorológica, usando una lógica de evaluación para derivar un resultado de evaluación;
    en donde activar el modo de operación seguro depende del resultado de evaluación.
  6. 6. Método según la reivindicación anterior, en donde la lógica de evaluación comprende al menos un umbral en relación con al menos uno de:
    la velocidad del viento;
    la turbulencia del viento;
    la aceleración del viento;
    al menos una carga del viento;
    una duración de tiempo restante hasta un punto de llegada en el tiempo (previsto) de condiciones meteorológicas severas;
    una duración de tiempo (prevista) de unas condiciones meteorológicas severas;
    una velocidad y/o dirección de propagación de unas condiciones meteorológicas severas; una distancia entre la turbina eólica y las condiciones meteorológicas severas.
  7. 7. Método según la reivindicación anterior, en donde el al menos un umbral depende de la constitución y/o integridad de la turbina eólica por el hecho de que el umbral es más estricto para la turbina eólica que tiene un mayor grado de daños previos y/o desgaste previo y/o vida.
  8. 8. Método según una de las dos reivindicaciones anteriores, en donde,
    si la velocidad del viento y/o la turbulencia del viento y/o la aceleración del viento y/o la carga del viento está o están por encima de un umbral respectivo, y
    si el punto de llegada en el tiempo de unas condiciones meteorológicas severas está más cerca que un umbral de tiempo restante, y/o
    si la duración de las condiciones meteorológicas severas está por encima de un umbral de duración, el resultado de evaluación indica activar el modo de operación seguro.
  9. 9. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde activar el modo de operación seguro incluye al menos uno de:
    reducir la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica;
    reducir la producción de potencia de la turbina eólica;
    detener la producción de potencia de la turbina eólica;
    detener la rotación del rotor;
    modo en reposo lento del rotor;
    modo en reposo rápido del rotor;
    desconectar la turbina eólica de una red eléctrica;
    guiñar el rotor en una orientación a favor del viento.
  10. 10. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente externa (10) comprende al menos uno de:
    una entidad alejada de la turbina eólica;
    un servicio meteorológico;
    un sistema de previsión meteorológica;
    al menos un mástil meteorológico;
    un sistema de información por radar, en particular, local;
    un operador que envía una señal de control;
    un sistema de predicción de velocidad del viento;
    un sensor o estación de medición de parámetros meteorológicos.
  11. 11. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la información (9, 9a) relevante para la seguridad se recibe a través de una red de comunicación que incluye al menos uno de:
    internet;
    una red privada virtual;
    una red privada;
    una red SCADA; y/o
    en donde la pluralidad de turbinas eólicas están conectadas comunicativamente a través de una red de comunicación para comunicar la información.
  12. 12. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el modo de operación seguro se activa antes de que unas condiciones meteorológicas severas alcancen la turbina eólica.
  13. 13. Disposición (5a, 5b, 5c) para operar una turbina eólica (3a, 3b, 3c), comprendiendo la disposición:
    un puerto de entrada (7a) adaptado para recibir información (9, 9a) relevante para la seguridad desde una fuente externa (19) externa a la turbina eólica (3a);
    un módulo de activación adaptado para activar un modo de operación seguro en función de la información recibida (9, 9a), en donde la fuente externa (10) es diferente de un controlador de parque eólico y comprende otra turbina (3b, 3c) eólica vecina, en particular, adyacente a la turbina eólica (3a),
    en donde la información (9, 9a) relevante para la seguridad comprende una indicación de que la turbina eólica vecina entró o va a entrar en un modo operativo seguro.
  14. 14. Parque eólico (1), que incluye:
    al menos una turbina eólica (3a, 3b, 3c); y
    al menos una disposición (5aq) según la reivindicación anterior, configurada como controlador de turbina eólica o controlador de parque eólico.
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