MéTODO DE FUNCIONAMIENTO DE AEROGENERADOR

CAMPO DE LA INVENCIóN

La invención se refiere a un método de funcionamiento de un aerogenerador, y en particular al método de funcionamiento de un aerogenerador en casos de ráfagas de funcionamiento extremas.

ANTECEDENTES

Los aerogeneradores de velocidad variable con medios para Ia orientación de las palas son bien conocidos en el estado de Ia técnica.

Estos medios de control comprenden al menos un actuador y una transmisión de regulación conectados a un dispositivo de control. El dispositivo de control recibe datos de entrada de componentes seleccionados del aerogenerador y envía datos de salida al actuador para cambiar Ia posición angular de las palas según determinadas reglas que permiten la implementación de métodos de funcionamiento destinados a Ia optimización de Ia producción de potencia y a Ia protección del aerogenerador en el caso de elevadas velocidades de viento o de fallos del aerogenerador.

Uno de estos casos es el de una ráfaga de funcionamiento extrema que produce cargas extremas en los componentes estructurales principales tales como el pie de Ia pala y Ia base de Ia torre. En este caso, Ia técnica conocida normalmente propone utilizar los citados medios de control para parar el aerogenerador. Por ejemplo, el documento WO 2004/077068 describe el uso de sistemas de radar óptico para detectar ráfagas mucho antes de que el cambio de viento alcance Ia torre del aerogenerador, de manera que las palas puedan posicionarse en bandera utilizando los medios de orientación de las palas.

El objeto de esta invención es un método para tratar este caso, manteniendo el aerogenerador en funcionamiento y minimizando los momentos flectores en el pie de Ia pala y en la base de la torre.

SUMARIO DE LA INVENCIóN

Para conseguir este objetivo, Ia presente invención proporciona un método de funcionamiento de un aerogenerador de velocidad variable con medios para Ia orientación de las palas en casos de una ráfaga de funcionamiento extrema, caracterizado porque comprende los pasos siguientes: a) detectar Ia presencia de una ráfaga de funcionamiento extrema; b) realizar un aumento súbito del ángulo de ataque dentro del intervalo de 6 a 14 grados en el régimen máximo de oscilación permitido por los medios para Ia orientación de las palas del aerogenerador.

En una realización preferida, el método incluye también el siguiente paso adicional: c) variar las velocidad del rotor para evitar grandes aceleraciones del rotor que pudieran hacer que se necesitase un subsiguiente paso b). En una realización preferida, Ia presencia de una ráfaga de funcionamiento extrema se detecta cuando Ia aceleración del generador es superior a un valor predeterminado durante un tiempo mínimo predeterminado.

En otra realización preferida, Ia presencia de una ráfaga de funcionamiento extrema se detecta utilizando sistemas de radar óptico. Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIóN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 es un diagrama esquemático del método de Ia presente invención.

La Figura 2 muestra varias series temporales de Ia respuesta simulada de una aerogenerador bajo un método de funcionamiento según la presente invención en el caso de una ráfaga de funcionamiento extrema de 11 m/s.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

La norma internacional IEC 61400-1 Edición 2 especifica un caso de hipótesis de carga máxima con Ráfaga de Funcionamiento Extrema a 50 años (EOG ₅₀ ), que describe una ráfaga coherente con una magnitud fijada y una forma de tipo Gaussiana característica.

Bajo una estrategia de funcionamiento consistente en seguir operando a través de Ia ráfaga sin ningún tipo de parada, un caso de carga tal puede producir efectos negativos en los aerogeneradores, tales como: - Sobre-velocidades elevadas del rotor y del generador.

- Momento flector extremo en el pie de Ia pala.

- Deflexión extrema de Ia pala hacia Ia torre.

- Momento flector extremo en Ia base de Ia torre.

En simulaciones aeroelásticas Ia solicitante ha encontrado que Ia diferencia principal entre el caso de carga EOG ₅₀ y los casos de carga de producción normal de potencia está en la magnitud y Ia duración de Ia aceleración del generador. En particular, se ha encontrado que sobre- velocidades del 20% del generador se sobrepasan a menudo durante el funcionamiento normal, pero Ia duración de este exceso es bastante corta comparada con el caso de carga EOG ₅₀ , en el cual Ia sobre-velocidad del generador dura más tiempo.

En consecuencia, el criterio a aplicar para aumentar el ángulo de ataque según el método de Ia presente invención es detectar un valor predeterminado de aceleración del generador, medida como un porcentaje de Ia velocidad nominal del generador (Gns), en el intervalo del 10% al 30% de Gns/sec, y un valor predeterminado de su duración en el intervalo de 0,2 a 0,6 s, con una realización preferida de 0,4 s.

En otra realización preferida Ia ráfaga se detecta utilizando sistemas de radar óptico montados en el buje del rotor como se describe por ejemplo en el documento WO 2004/077068.

Atendiendo al aumento del ángulo de ataque, se ha encontrado que un aumento del ángulo de ataque en el intervalo de 6 a 14 grados, y

preferiblemente en el intervalo de 12 a 14 grados, tiene un efecto favorable tanto para el momento flector extremo de Ia pala como para Ia velocidad extrema del generador que pueden aparecer a diferentes velocidades del viento. Un aumento superior del ángulo de ataque no da una reducción significativa adicional de Ia velocidad máxima extrema del generador.

El empuje de oscilación ha de realizarse tan rápido como sea posible, i.e., en el régimen máximo de oscilación permitido por los medios para la orientación de las palas del aerogenerador, Io cual, para un gran número de turbinas estándar, está comprendido en el intervalo de 8 a 10 grados/s. Un rápido incremento del ángulo de ataque puede originar una situación crítica que podría activar otro empuje de oscilación como el descrito anteriormente, ya que Ia disminución de Ia velocidad del rotor inmediatamente después del incremento del ángulo de ataque podría estar seguida de una elevada aceleración. Para evitar este efecto, el método según Ia invención incluye el paso c), en el cual se disminuye en una primera sub-etapa Ia velocidad del rotor, medida como un porcentaje de Ia velocidad nominal del rotor (Rns), en el intervalo del 1% al 4% Rns/s, con una realización preferida del 2% Rns/s, hasta alcanzar una velocidad del rotor en el intervalo del 60% al 90% Rns, con una realización preferida del 80% Rns, aumentándose lentamente en una segunda sub-etapa Ia velocidad del rotor en un régimen dentro del intervalo del 0,5% al 2% Rns, con una realización preferida del 1% Rns/s, hasta alcanzar Ia velocidad nominal.

Este método puede implementarse utilizando los medios disponibles para Ia orientación de las palas de los aerogeneradores de velocidad variable conocidos como se muestra en Ia Figura 1.

Los medios para la orientación de las palas comprenden palas 11 , un actuador 21 , una transmisión de regulación 23 y un dispositivo de control 25. El dispositivo de control recibe datos de entrada del generador 13, del rotor 15 y / o de otro componente 17 de Ia turbina, y envía datos de salida D1 al actuador 21 para cambiar Ia posición angular de las palas 11 según reglas predeterminadas. Según el método de Ia presente invención, el dispositivo de control 25 recibe datos de entrada del generador 13 o de los sistemas de radar óptico

montados en el rotor 15 y, después de detectar una ráfaga de funcionamiento extrema, envía datos de salida D1 al actuador 21 para aumentar el ángulo de ataque de las palas 11 hacia Ia posición de bandera en un valor predeterminado. Los cambios en Ia velocidad del rotor se hacen simplemente cambiando Ia referencia de Ia velocidad del generador que se utiliza como parámetro de entrada para el regulador de la oscilación.

Las series temporales mostradas en Ia Figura 2 ilustran los resultados obtenidos con el método de funcionamiento objeto de Ia presente invención en un ejemplo a 11 m/s. El empuje de oscilación se activa en t=26 s. Entonces, Ia referencia de Ia velocidad del generador se cambia para alcanzar 350 rpm en aproximadamente 9 s, permanece a 350 rpm durante 10 s y alcanza el valor nominal de 440 rpm en aproximadamente 18 s.

Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro del alcance de, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, las reivindicaciones siguientes.