AIRE ACOPLADA A UNA REJILLA DE POTENCIA

Campo de ia Invención

El asunto materia aquí descrito se refiere generalmente, a métodos y sistemas para turbinas de aire, y más particuiarmente, a métodos y sistemas para reducir la generación de ruido en las turbinas de aire de una manera eficiente.

Antecedentes de la Invención

Por lo menos algunas turbinas de aire conocidas incluyen una torre y una barquilla montada en la torre. Un rotor es montado de manera rotatoria a la barquilla y es conectado a un generador por medio de una flecha. Una pluralidad de paletas se extienden desde eí rotor. Las paletas son orientadas de modo que el aire que pasa sobre las paletas gira el rotor y hace girar la flecha, operando de esta manera el generador para generar electricidad.

Durante ia operación de dichas turbinas de aire conocidas, el tránsito de rotación de las cuchillas a través deí aire genera emisiones acústicas aerodinámicas en la forma de un ruido que se puede escuchar. Estas emisiones acústicas pueden producir ruido con un nivel de decibeles (dB) que puede acercarse o hasta exceder los niveles reguiatorios locales. Por consiguiente, existen al menos algunos métodos para controlar el ruido de una turbina de aire o una instalación de turbina de aire que incluye una pluralidad de turbinas de aire (por ejemplo, un estacionamiento de turbinas de aire). En particular, una turbina de aire puede ser operada de modo que el ruido producido sea debajo de los parámetros de dB previamente determinados más adelante. Dicha operación de una turbina de aire para reducir las emisiones acústicas también es conocida como una operación de reducción de ruido (NRO),

La NRO generalmente implica que una turbina de aire genera una energía eléctrica debajo de la capacidad de generación de la potencia máxima posible de la turbina de aire. Por lo tanto, la condición de operación de una turbina de aire bajo la operación de reducción de ruido generalmente no es dirigida para lograr una salida de potencia máxima pero para cumplir con las regulaciones del ruido se aplican a las turbinas de aire. Sin embargo, durante la NRO, es importante acercarse a! máximo de la capacidad de una turbina de aire para generar energ fa eléctrica .

Breve Descripción de la Invención

En un aspecto, se proporciona un método de operación de una turbina de aire acoplada a una rejilla de potencia para producir energía eléctrica de la misma. El método incluye: a) la operación de la turbina de aire en un modo de reducción de ruido; b) determinar si la rejilla de potencia se encuentra en una condición de rejilla inestable correspondiente a un aumento en la demanda de potencia; y c) aumentar la energía eléctrica entregada por la turbina de aire a la rejilla de potencia durante un período de tiempo de estabilización para soportar la estabilización de la rejilla inestable. El aumento de la energía eléctrica para soportar !a estabilización de !a rejilla inestable es realizado de modo que un aumento en el ruido resultante se encuentra debajo de un nivel superior seleccionado. Generalmente, una condición de rejilla inestable correspondiente a un aumento de la demanda de energía ocurre cuando la frecuencia de la rejilla de potencia se encuentra debajo de un valor de referencia de frecuencia de la rejilla. A modo de ejemplo, pero no de limitación, ei valor de referencia de frecuencia de la rejilla puede ser el valor nominal de la frecuencia de ia rejilla (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz) o un valor de frecuencia cercano.

En otro aspecto, se proporciona una turbina de aire. La turbina de aire incluye: un rotor que gira en una velocidad de rotación; al menos una cuchilla del rotor acoplada al rotor; y ai menos un sistema de ajuste de avance acoplado a la cuchilla del rotor; b) al menos un procesador acoplado a dicho ai menos un sistema de ajuste de avance. Dicho al menos un procesador es programado para: i) operar la turbina de aire para generar un ruido debajo de un primer nivel de sonido; ii) determinar si la rejilla de potencia se encuentra en una condición de rejilla inestable correspondiente a una frecuencia de rejilla debajo de un valor de referencia de la frecuencia de rejiila; iii) aumentar la potencia eléctrica entregada por la turbina de aire a la rejilla de potencia durante un período de tiempo de estabilización para soportar la estabilización de ia rejilla inestable. La turbina de aire genera ruido arriba del primer nivel de sonido durante ei período de tiempo de estabilización. Dicho al menos un procesador está programado además para operar la turbina de aire para generar al menos el ruido debajo del primer nivel de sonido después de ios lapsos de los períodos de tiempo de estabilización. Un aumento de ruido resultante de la estabilización de soporte de la rejiila inestable se encuentra debajo de un nivel superior seleccionado.

Todavía en otro aspecto, se proporciona un sistema de control de turbina de aire para utilizarse en una turbina de aire. El sistema de control incluye: a) por lo menos un sistema de ajuste de avance acoplado a ia cuchilla del rotor; y b) por lo menos un procesador acoplado a dicho al menos un sistema de ajuste de avance. Dicho al menos un procesador está programado para: i) operar la turbina de aire para generar un ruido debajo del primer nivel de sonido; ii) determinar si ia rejilla de potencia se encuentra en una condición de rejilla inestable correspondiente a una frecuencia de rejilla debajo del valor de referencia de la frecuencia de rejilla; iii) aumentar la energía eléctrica entregada por la turbina de aire a la rejilla de potencia durante un período de tiempo de estabilización para soportar la estabilización de la rejilla inestable. La turbina de aire genera ruido arriba dei primer nivel de sonido durante ei período de tiempo de estabilización. Dicho al menos un procesador está programado además para: iv) operar la turbina de aire para generar un ruido debajo del primer nivel de sonido después de los iapsos de! período de tiempo de estabilización. Un aumento en el ruido resultante de! soporte de la estabilización de la rejilla inestable se encuentra debajo de un nive! superior seleccionado.

Los métodos y sistemas aquí descritos facilitan una operación de reducción de ruido más eficiente (NRO) de una turbina de aire aprovechando la capacidad potencial de una turbina de aire que opera bajo ¡a NRO para estabilizar una rejilla inestable. En particu!ar, una turbina de aire que opera debajo de la NRO generalmente dispone de una capacidad extra para generar energía eléctrica ya que, durante la NRO, la turbina de aire es probable que genere una energía eléctrica debajo de la capacidad de generación de energía máxima posible de la turbina de aire. De acuerdo con las modalidades de la presente descripción, la NRO eficiente puede ser realizada aprovechando esta capacidad extra para generar energía para estabilizar una rejilla inestable. Además, la estabilización puede ser realizada en consideración de un aumento de ruido resultante de modo que se facilita mantener bajo el impacto del ruido de un evento de estabilización de acuerdo con las modalidades de la presente descripción. En particular, la estabilización puede ser realizada de modo que un aumento en el ruido resultante de la estabilización de soporte de una rejilla inestable se encuentra debajo de un nivel superior seleccionado.

De acuerdo con algunas modalidades, el niveí superior seleccionado define un valor promedio. Por ejemplo, la estabilización puede ser realizada de modo que un aumento del ruido resultante de la estabilización (por ejemplo, debido a un aumento de la velocidad de! rotor) no ocasiona que el ruido promediado con el paso del tiempo exceda un límite de ruido superior particular. De acuerdo con al menos algunas modalidades de ía presente descripción, ia estabilización de una rejilla de potencia inestable durante la NRO puede ser realizada sin ocasionar un impacto importante en las emisiones acústicas de la turbina de aire y, más específicamente, sin comprometer el cumplimiento con las regulaciones de ruido aplicables para la turbina de aire. De acuerdo con algunas modalidades, un nivel superior seleccionado es un nivel de sonido el cual no es excedido durante el período de estabilización. Por ejemplo, pero sin limitarnos a, el nivel de sonido puede corresponder a un nivei de sonido absoluto en un tiempo particular o un nivel de sonido promediado.

Los aspectos, ventajas y características adicionales de la presente invención se podrán apreciar a partir de las reivindicaciones dependientes, la descripción y los dibujos adjuntos.

Breve Descripción de los Dibujos

Una descripción compieta incluyendo la mejor modalidad para ¡levar a cabo la presente invención, para un experto en la técnica se establece más particularmente en el resto de la descripción, incluyendo la referencia a las figuras adjuntas en donde:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina de aire de ejemplo.

La figura 2 es una vista seccional ampliada de una porción de la turbina de aire mostrada en ia figura 1.

La figura 3 es una representación esquemática gráfica de la generación de energía por ia turbina de aire de ia figura 1.

La figura 4 es una vista esquemática del acoplamiento de la turbina de aire de la figura 1 a una rejilla de potencia.

La figura 5 es una representación gráfica esquemática de! ruido producido por ia turbina de aire de la figura 1 durante un período de tiempo incluyendo un evento de estabilización.

La figura 6 es una representación gráfica esquemática de un esquema para la operación de la turbina de aire 10.

Descripción Detallada de ¡a invención

Ahora se hará referencia detalladamente a las diferentes modalidades, de uno o más ejemplos los cuales están ilustrados en cada figura. Cada ejemplo es proporcionado a modo de explicación y no significa que sea una limitación. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una modalidad pueden ser utilizadas en, o en conjunto con otras modalidades para producir todavía modalidades adicionales. Se pretende que la presente descripción incluya todas las modificaciones y variaciones.

Como se usa en la presente descripción, los términos "turbina de aire" pretenden ser representativos de cualquier aparato que genere la energía de rotación de ia energía del aire, y más específicamente, convierte la energía cinética del aire en energía mecánica. Como se usa en la presente descripción, los términos "turbina de aire" pretenden ser representativos de cualquier turbina de aire que genere energía eiéctrica de la energía de rotación generada a partir de la energía del aire, y más específicamente, convierte la energía mecánica convertida de energía cinética de! aire en energía eléctrica. Como se usa en la presente descripción, el término "cuchilla" pretende ser representativo de cualquier aparato que proporciona una fuerza reactiva cuando está en movimiento en relación con el fluido que io rodea.

De acuerdo con las modalidades de la presente descripción, la operación en un modo de reducción de ruido (al que también nos referimos como una operación de ruido reducido) incluye el control o ajuste de los parámetros de operación de una turbina de aire de modo que el ruido producido por ía turbina de aire se encuentra debajo de algunos niveles previamente determinados. Por ejemplo, pero sin limitarnos a, la reducción del ruido puede ser para mantener el ruido producido debajo de un nivel de sonido máximo. Un nivel de sonido máximo puede corresponder a un nivel de ruido generado en un momento particular. Alternativamente o además de, la reducción de ruido puede ser para mantener el ruido producido debajo de un nivel de sonido máximo promediado en el tiempo previamente determinado. Alternativamente o además de lo anterior, la reducción de ruido puede ser para mantener el nivel de sonido producido excedido sobre una porción del tiempo (por ejemplo, el 10%) bajo un límite previamente determinado.

A modo de ejemplo, la velocidad de rotación del rotor puede ser reducida para reducir el ruido generado por la turbina de aire. Alternativamente o además de, el ángulo de avance para cada cuchilla del rotor puede ser avanzada individualmente para disminuir efectivamente el ruido que está siendo generado por la turbina de aire. La operación de reducción de ruido generalmente es tal que la turbina de aire cumple con las regulaciones de ruido aplicables en el área en la cual está siendo operada la turbina de aire. De acuerdo con las modalidades de la presente descripción, la operación de una turbina de aire en un modo de reducción de ruido generalmente ocasiona que la turbina de aire genere una energía eléctrica debajo de ía capacidad máxima de generación de energía posible de la turbina de aire. Generalmente, esta capacidad máxima corresponde a la energía eléctrica que la turbina de aire podría generar potencialmente sin operar en el modo de reducción de ruido y en vista de las condiciones particulares del aire (ver figura 3).

Como se usa en ía presente descripción, los términos energía de potencia pretenden ser representativos de una red de electricidad interconectada para producir la electricidad. Generalmente, la rejilla de potencia es para producir electricidades de los proveedores a ios consumidores. Una rejilla de potencia puede soportar al menos uno de: (i) generación de electricidad; (ii) transmisión de energía eléctrica; (iii) distribución de electricidad; o (iv) control de electricidad. Por ejemplo, pero sin limitarnos a, una rejilla de potencia de acuerdo con las modalidades de la presente invención se puede referir a una red eléctrica de un continente completo a una red de transmisión regional, o a una subestación tal como una rejilla de transmisión de servicios local o una rejilla de distribución.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina de aire de ejemplo 10. En la modalidad de ejemplo, la turbina de aire 10 es una turbina de aire de eje horizontal. Alternativamente, la turbina de aire 10 puede ser una turbina de aire de eje vertical. En la modalidad de ejemplo, la turbina de aire 10 incluye una torre 12 que se extiende desde el sistema de soporte 14, una barquilla 16 montada en fa torre 12, y un rotor 18 que está conectado a la barquilla 16. El rotor 18 incluye un concentrador rotatorio 20 y al menos una cuchilla de! rotor 22 conectados a y que se extienden hacia fuera del concentrador 20. En la modalidad de ejemplo, el rotor 18 tiene tres cuchillas del rotor 22. En una modalidad alternativa, el rotor 18 incluye más o menos tres cuchillas del rotor 22. En ¡a modalidad de ejemplo, la torre 12 está fabricada de acero tubular para definir una cavidad (no mostrada en la figura 1) entre el sistema de soporte 14 y la barquilla 16. En una modalidad alternativa, la torre 12 es cualquier tipo adecuado de torre que tiene cualquier altura adecuada.

Las cuchillas del rotor 22 están separadas alrededor del concentrador 20 para facilitar ia rotación del rotor 18 para hacer posible que la energía cinética sea transferida del aire en energía mecánica, y posteriormente, energía eléctrica. Las cuchillas del rotor 22 están acopladas al concentrador 20 por medio del acoplamiento de una porción de la raíz de la cuchilla 24 al concentrador 20 en una pluralidad de regiones de transferencia de carga 26. Las regiones de transferencia de carga 26 tienen una reglón de transferencia de carga del concentrador y una región de transferencia de carga de la cuchilla {ambas no mostradas en la figura 1). Las cargas inducidas a las cuchillas del rotor 22 son transferidas ai concentrador 20 por medio de regiones de transferencia de carga 26.

En una modalidad, las cuchillas del rotor 22 tienen una longitud en un rango de aproximadamente 15 metros (m) hasta aproximadamente 91 metros. Alternativamente, las cuchillas del rotor 22 pueden tener cualquier longitud adecuada que haga posible que la turbina de aire 10 funcione como aquí se describe. Por ejemplo, otros ejemplos no limitativos de las longitudes de la cuchilla incluyen 10 metros o menos, 20 metros, 37 metros, o una longitud que es mayor de 91 metros tal como de 100 metros. Conforme e! aire golpea las cuchillas del rotor 22 de una dirección 28, el rotor 18 es girado alrededor de un eje de rotación 30. Conforme las cuchillas del rotor 22 son giradas y sometidas a las fuerzas centrífugas, ias cuchillas del rotor 22 también son sometidas a varias fuerzas e impulsos. Como tales, las cuchillas del rotor 22 pueden desviarse y/o girar de una posición neutral, o no desviada, a una posición desviada.

Además, el ángulo de avance o avance de la cuchilla de las cuchillas del rotor 22, es decir, el ángulo que determina una perspectiva de las cuchillas de! rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento, puede ser cambiado por un sistema de ajuste de avance 32 para controlar la carga y la energía generada por una turbina de aire 10 ajusfando una posición angular de al menos una cuchilla de! rotor 22 en relación con los vectores de aire. Se muestran los ejes de avance 34 para las cuchillas del rotor 22. Durante la operación de la turbina de aire 10, ei sistema de ajuste de avance 32 puede cambiar el avance de una cuchilla de las cuchillas del rotor 22 de modo que las cuchillas del rotor 22 son movidas a una posición machihembrada, de modo que la perspectiva de al menos una cuchilla del rotor 22 en relación con los vectores de aire proporcione un área de superficie mínima de la cuchilla del rotor 22 para ser orientada hacia los vectores de aire, lo cual facilita reducir la velocidad de rotación del rotor 18 y/o facilita la pérdida de velocidad del rotor 18.

Generalmente, aumentando un ángulo de avance de las cuchillas del rotor 22 se disminuye un porcentaje del área de la cuchilla expuesta al aire. Por el contrario, disminuyendo el ángulo de avance de las cuchillas de! rotor 22 se aumenta un porcentaje de área de la cuchilla expuesta al aire. Por ejemplo, un ángulo de avance de la cuchilla de aproximadamente 0 grados (a la que algunas veces nos referimos como una "posición de potencia") expone un porcentaje importante de! área de superficie de la cuchilla al aire, resultando de esta manera en ¡a inducción del primer valor de las fuerzas de elevación en las cuchillas del rotor 22. De un modo similar, un ángulo de avance de la cuchilla de aproximadamente 90 grados (al que algunas veces nos referimos como una "posición machihembrada") expone un porcentaje significativamente más bajo del área de superficie de la cuchilla ai aire, dando como resultado de esta manera una inducción de un segundo valor de fuerzas de elevación en las cuchillas del rotor 22. El primer valor de las fuerzas de elevación inducidas en las cuchillas del rotor 22 generalmente es mayor que el segundo valor de las fuerzas de elevación inducidas en las cuchillas del rotor 22. Por lo tanto, los valores de las fuerzas de elevación son por lo general, directamente proporcionales al área de superficie de la cuchilla expuesta al aire. De ahí que, los valores de las fuerzas de elevación inducidas en las cuchillas del rotor 22 son i directamente proporcionales a ios valores del ángulo de avance de la cuchilla.

Generalmente, conforme aumentan las fuerzas de elevación de la cuchilla, aumenta la velocidad lineal de las cuchillas del rotor 22 (por ejemplo, en la punta de! rotor). Por el contrario, conforme disminuyen las fuerzas de elevación de la cuchilla, disminuye la velocidad lineal de las cuchillas del rotor 22. Por lo tanto, los valores de la velocidad linea! de las cuchillas del rotor 22 son directamente proporcionales a ios valores de las fuerzas de elevación inducidas en las mismas. Sigue que ¡a velocidad lineal de las cuchillas de! rotor 22 es indirectamente proporcional al ángulo de avance de la cuchilla.

En la modalidad de ejemplo, el avance de la cuchilla de cada cuchilla del rotor 22 es controlado individualmente por un sistema de control 36 que incluye un procesador 40. Alternativamente, ei avance de la cuchilla para todas las cuchillas del rotor 22 puede ser controlado simultáneamente por el sistema de control 36. Además, en la modalidad de ejemplo, conforme cambia la dirección 28, una dirección de despiste de la barquilla 16 puede ser controlada alrededor del eje de despiste 38 para colocar las cuchillas del rotor 22 con respecto a la dirección 28.

En ia modalidad de ejemplo, la turbina de aire 10 incluye un generador eléctrico 42 colocado dentro de la barquilla 16 y conectado al rotor 18. De esta manera, la turbina de aire 10 puede generar una energía eléctrica. El generador eléctrico 42 puede ser cualquier tipo de generador eléctrico adecuado para generar una energía eléctrica de acuerdo con las modalidades de ia presente invención tal como, pero sin limitarse a, un generador de velocidad variable. De acuerdo con las modalidades de la presente invención, la turbina de aire 10 está conectada a una rejilla de potencia 92 para producir energía eléctrica de la misma. Por ejemplo, el generador eléctrico 42 puede estar conectado a la rejilla de potencia 92 a través de una conexión eléctrica 94. La conexión de la turbina de aire 10 a la rejilla de potencia 92 se detalla adicionalmente más adelante con referencia a la figura 4.

De acuerdo con al menos algunas modalidades, la turbina de aire 10 está equipada con y conectada operativamente a un sistema de sensor para medir el ruido relacionado con la turbina de aire 10. Por ejemplo, un micrófono de campo cercano 98 o un sistema para realizar una ubicación de medición de ruido de acuerdo con el estándar IEC se puede proporcionar en la proximidad de ia turbina de aire 10 para monitorear las emisiones de ruido desde la turbina de aire 10. El micrófono de campo cercano 98 puede estar montado directamente en la turbina de aire 10, Alternativamente o además, un micrófono de campo lejano 100 puede estar localizado relativamente lejos de la turbina de aire 10 de modo que puede ser monitoreado el impacto de ruido de la turbina de aire 10 en el área importante (por ejemplo, un área inhabilitada). Por ejemplo, el micrófono de campo lejano 100 puede estar instalado fuera del estacionamiento turbina de aire (no mostrado) incluyendo la turbina de aire 10. El sistema sensor de ruido puede estar configurado adicional mente para determinar el nivel de ruido de fondo en ei área que rodea la turbina de aire 10. El nivel de ruido del fondo generalmente corresponde al ruido no generado por una turbina de aire o, más específicamente, por un estacionamiento de turbinas de aire.

Generalmente, el sistema sensor de ruido está conectado operativamente al sistema de control 36 de modo que ias emisiones acústicas de la turbina de aire 10 puedan ser controladas en línea. En particular, el sistema sensor de ruido puede enviar una señal al sistema de control 36 incluyendo la información relacionada con, por ejemplo, pero sin limitarse a, un ruido emitido por la turbina de aire 10, un impacto de ruido de la turbina de aire 10, y/o un nivel de ruido de fondo en un área específica. El impacto de ruido generalmente corresponde a la influencia o efecto de emisiones acústicas de la turbina de aire 10 (o un estacionamiento de turbinas de aire respectivo) en un área específica. El sistema de control 36 y el sistema sensor de ruido se pueden comunicar utilizando cualesquiera medios apropiados tales como, pero sin limitarse a, conexiones eléctricas (no mostradas) o un sistema inalámbrico (no mostrado).

La figura 2 es una vista seccional ampliada de una porción de la turbina de aire 10. En la modalidad de ejemplo, la turbina de aire 10 incluye la barquilla 16 y un concentrador 20 que está conectado de manera rotatoria a la barquilla 16. Más específicamente, el concentrador 20 está conectado de manera rotatoria al generador eléctrico 42 colocado dentro de la barquilla 16 por la flecha del rotor 44 (a la que algunas veces nos referimos ya sea como la flecha principal o la flecha de baja velocidad), una caja de engranajes 46, una flecha de alta velocidad 48, y un acoplamiento 50. En la modalidad de ejemplo, ia flecha del rotor 44 está colocada coaxialmente al eje longitudinal 116. La rotación de la flecha del rotor 44 impulsa rotatoriamente la caja de engranajes 46 que posteriormente impulsa la flecha de alta velocidad 48. La flecha de alta velocidad 48 impulsa rotatoriamente el generador 42 que con el acoplamiento 50 y ía rotación de la flecha de alta velocidad 48 facilita la producción de energía eléctrica por el generador 42. La caja de engranajes 46 y el generador 42 son soportados por un soporte 52 y un soporte 54. En la modalidad de ejemplo, la caja de engranajes 46 utiliza una geometría de trayectoria dobíe para impulsar la flecha de alta velocidad 48.

Como una alternativa al acoplamiento de la flecha del rotor 44 al generador eléctrico 42 a través de la caja de engranajes 46, la turbina de aire 10 puede ser una turbina de aire impulsada directamente sin engranes. En particular, ía flecha del rotor 44 puede ser conectada directamente al generador 42 con el acoplamiento 50.

La barquilla 16 también incluye un mecanismo de dirección de despiste 56 que puede ser utilizado para girar la barquilla 16 y el concentrador 20 en el eje de despiste 38 (mostrado en ¡a figura 1) para controlar la perspectiva de las cuchillas del rotor 22 con respecto a la dirección 28 del viento. La barquilla 16 también incluye al menos un mástil meteorológico 58 que incluye una paleta de aire y un anemómetro (ninguno mostrado en ia figura 2). El mástil 58 proporciona información al sistema de control 36 que puede incluir la dirección del viento y/o ia velocidad del viento. En ia modalidad de ejemplo, la barquilla 16 también incluye un cojinete de soporte delantero principal 60 y un cojinete de soporte posterior principal 62.

El cojinete de soporte delantero 60 y el cojinete de soporte posterior 62 facilitan el soporte radial y alineación de la flecha del rotor 44. El cojinete de soporte delantero 60 está conectado a la flecha del rotor 44 cerca del concentrador 20. El cojinete de soporte posterior 62 está colocado en la flecha del rotor 44 cerca de la caja de engranajes 46 y/o el generador 42. Alternativamente, ia barquilla 16 incluye cualquier número de cojinetes de soporte que hace posible que la turbina de aire 10 funcione como aquí se describe. La flecha del rotor 44, e! generador 42, la caja de engranajes 46, la flecha de alta velocidad 48, el acoplamiento 50 y cualesquiera aparatos de soporte, ai seguro y/o aseguramiento incluyendo, pero sin limitarnos a, el soporte 52 y/o el soporte 54, y el cojinete de soporte delantero 60 y el cojinete de soporte posterior 62, son a los que a veces nos referimos como el tren de propulsión 64.

En la modalidad de ejemplo, el concentrador 20 incluye un ensamble de avance 66. El ensamble de avance 66 incluye uno o más sistemas de propulsión de avance 68. Cada sistema de propulsión de avance 68 está conectado a una cuchilla respectiva del rotor 22 (mostrada en la figura 1) para modular las cuchillas de avance de ¡as cuchillas de rotor 22 asociadas a lo largo del eje de avance 34. Solamente uno de los tres sistemas de propulsión de avance 68 se muestra en la figura 2.

En la modalidad de ejemplo, el ensamble de avance 66 incluye por lo menos un cojinete de avance 72 conectado al concentrador 20 y a la cuchilla del rotor 22 respectiva (mostrada en la figura 1) para hacer girar la cuchilla del rotor 22 respectiva alrededor del eje de avance 34. El sistema de propulsión de avance 68 incluye un motor de propulsión de avance 74, una caja de engranajes de avance 76, y un piñón de propulsión de avance 78. El motor de propulsión de avance 74 está conectado a la caja de engranajes de propulsión de avance 76 de modo que el motor de propulsión de avance 74 imparta fuerza mecánica a la caja de engranajes de propulsión de avance 76. La caja de engranajes de propulsión de avance 76 está conectada al piñón de propulsión de avance 78 de modo que el piñón de propulsión de avance 78 es girado por la caja de engranajes de propulsión de avance 76. El cojinete de avance 72 está conectado al piñón de propulsión de avance 78 de modo que la rotación del piñón de propulsión de avance 78 ocasiona la rotación del cojinete de avance 72. Más específicamente, en la modalidad de ejemplo, el piñón de propulsión de avance 78 está conectado al cojinete de avance 72 de modo que la rotación de la caja de engranajes de propulsión de avance 76 gira el cojinete de avance 72 y la cuchilla del rotor 22 alrededor del eje de avance 34 para cambiar el avance de la cuchilla de Sa cuchilla 22.

En la modalidad de ejemplo, cada sistema de propulsión de avance 68 incluye al menos un motor de propulsión de avance 74. El motor de propulsión de avance 74 es cualquier motor eléctrico operado por energía eléctrica que hace posible que el sistema de propulsión de avance 68 funcione tal y como aquí se describe. Alternativamente, el sistema de propulsión de avance 68 incluye cualquier estructura, configuración, adaptación, y/o componentes adecuados tales como, pero sin limitarse a, cilindros hidráulicos, resortes, y componentes servomecánicos. Además, el sistema de propulsión de avance 68 puede ser operado por cualesquiera medios adecuados tales como, pero sin limitarse a, fluidos hidráulicos, y/o energía mecánica, tal como, pero sin limitarse a, fuerzas inducidas por resorte y/o fuerzas electromagnéticas.

El sistema de propulsión de avance 68 está conectado al sistema de control 36 para ajustar el avance de la cuchilla del rotor 22 al momento de recibir una o más señales del sistema de control 36. En la modalidad de ejemplo, el motor de propulsión de avance 74 es cualquier motor adecuado operado por energía eléctrica y/o un sistema hidráulico que hace posible que el ensamble de avance 66 funcione como aquí se describe. Alternativamente, el ensamble de avance 66 puede incluir cualquier estructura, configuración, adaptación, y/o componentes adecuados tales como, pero sin limitarse a, cilindros hidráulicos, resortes, y/o componentes servomecánicos. Además, e! ensamble de avance 66 puede ser operado por cualesquiera medios adecuados tales como, pero sin limitarse a, fluido hidráulico y/o energía mecánica, tal como, pero sin limitarse a, fuerzas inducidas por resorte y/o fuerzas electromagnéticas. En ciertas modalidades, el motor de propulsión de avance 74 es operado por la energía extraída de la inercia de rotación dei concentrador 20 y/o una fuente de energía almacenada (no mostrada) que suministra energía a los componentes de la turbina de aire 10.

Como se mencionó anteriormente, la turbina de aire 10 está equipada con un sistema de control 36. En la modalidad de ejemplo, el sistema de control 36 está configurado para operar funciones diferentes de ia turbina de aire 10 como aquí se describen. En particular, el procesador 40 de! sistema de control 36 generalmente está programado para impíementar los pasos de operación de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Por consiguiente, el procesador de programación 40 facilita el efecto técnico de proporcionar una operación de reducción de ruido más eficiente, en la cual puede ser estabilizada una rejilla inestable produciendo un bajo impacto de emisiones acústicas resultantes de la turbina de aire. Más específicamente, ia estabilización puede ser realizada sin comprometer el cumplimiento con las regulaciones del ruido aplicables para la turbina de aire 10.

El sistema de control, 36 puede ser conectado de manera operativa a oíros sistemas de control para impíementar las diferentes funciones de control de la turbina de aire 10 tales como, pero sin limitarse a, el control de despiste, el control de pérdida de velocidad, o el control del generador de torsión. Además, el sistema de control 36 puede estar configurado para coordinar la operación de la turbina de aire 10 con otras turbinas en el estacionamiento de turbinas de aire (no mostrado) y/o con una rejilla de potencia. El sistema de control 36 puede estar conectado de manera operativa con otros sistemas de control, por ejemplo, a través de una red de comunicación basada en conexiones eléctricas o medios inalámbricos. En la modalidad de ejemplo, ei sistema de control 36 se muestra como que está centralizado dentro de la barquilla 16. Alternativamente o además de, e! sistema de control 36 puede ser un sistema distribuido en toda la turbina de aire 10, en el sistema de soporte 14, dentro de un espacio de aire, y/o en un centro de control remoto.

Como se estableció anteriormente, el sistema de control 36 incluye un procesador 40 configurado para realizar los métodos y/o pasos aquí descritos. Además, otros componentes aquí descritos (por ejemplo, propulsores de avance, propulsores de despiste, o componentes del generador) también pueden incluir un procesador para implementar funciones específicas. Como se usa en la presente descripción, el término "procesador" no está limitado a circuitos integrados a los que nos referimos en la técnica como una computadora, si no se refiere ampliamente a un controlador, un rnicrocontroiador, una microcomputadora, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación, y oíros circuitos que se pueden programar, y estos términos son utilizados de manera intercambiable en la presente descripción. Deberá quedar entendido que un procesador y/o un sistema de control también pueden inciuir memoria, canales de entrada, y/o canales de salida.

En la modalidad aquí descrita, la memoria puede incluir, sin limitación, un medio legible por computadora, tal como una memoria de acceso aleatorio (RAM), y un medio no volátil legible por computadora, tal como una memoria instantánea. Alternativamente, también pueden ser utilizados un diskette, una memoria solo de lectura de disco compacto (CD-ROM), un disco magnético óptico (MOD), y/o un disco versátil digital (DVD). También, en las modalidades aquí descritas, los canales de entrada incluyen, sin limitación, sensores y/o periféricos de computadora asociados con una interfase del operador, tal como un ratón y un teclado. Además, en la modalidad de ejemplo, los canales de salida pueden incluir, sin limitación, un dispositivo de control, un monitor de interfase del operador y/o una pantalla.

Los procesadores aquí descritos procesan información transmitida de una pluralidad de aparatos eléctricos y electrónicos que pueden incluir, sin limitación, sensores, accionadores, compresores, sistemas de control, y/o aparatos de monitoreo. Dichos procesadores pueden estar localizados físicamente en, por ejemplo, un sistema de control, un sensor, un dispositivo de monitoreo, una computadora de escritorio, una computadora portátil, un gabinete del controiador lógico programable (PLC), y/o un gabinete de sistema de control distribuido (DCS). La memoria RAM y ios dispositivos de almacenamiento almacenan y transfieren información e instrucciones para ser ejecutadas por los procesadores. La memoria RAM y los dispositivos de almacenamiento también pueden ser utilizados para almacenar y proporcionar variables temporales, información e instrucciones estáticas (es decir, no cambiantes), u otra información intermedia para los procesadores durante fa ejecución de instrucciones por parte del procesador. Las instrucciones que son ejecutadas pueden incluir sin limitación, comandos de control del sistema de control de la turbina de aire. La ejecución de secuencias de instrucciones no está limitada a combinación alguna específica del sistema de circuito de la computadora y de las instrucciones del software.

En la modalidad de ejemplo, el sistema de control 36 incluye un controiador de tiempo real (no mostrado) que incluye cualquier sistema basado en el procesador o basado en un microprocesador adecuado, tal como un sistema de cómputo, que incluye microcontroladores, circuitos de conjuntos de instrucciones reducidos (RISC), sistemas integrados específicos de la aplicación ASICs), circuitos lógicos, y/o cualquier otro circuito o procesador que es capaz de ejecutar las funciones aquí descritas. En una modalidad, el controlador de tiempo real puede ser un microprocesador que incluye una memoria solo de íectura (ROM) y/o una memoria de acceso aleatorio (RAM), tal como, por ejemplo, una microcomputadora de 32 bits con una memoria ROM de dos Mbits, y una memoria RAM de 64 Kbits. Como se usa en la presente descripción, los términos "tiempo real" se refieren a los resultados que ocurren en un período de tiempo substancialmente corto después de un cambio en las entradas que afecta el resultado, siendo el período de tiempo un parámetro de diseño que puede ser seleccionado basado en la importancia del resultado y/o la capacidad del sistema que procesa las entradas para generar el resultado.

De acuerdo con las modalidades de la presente descripción, la turbina de aire 10 puede operar en un modo de reducción de ruido. El modo de reducción de ruido generalmente es para controlar el potencial de emisiones acústicas efectivas de la turbina de aire 10. Generalmente, la turbina de aire 10 genera dos tipos de emisiones acústicas: i) emisiones acústicas ocasionadas por efectos aerodinámicos; y ii) emisiones acústicas ocasionadas por efectos mecánicos. El modo de reducción de ruido de acuerdo con las modalidades de la presente descripción está dirigido generalmente a reducir ambos tipos de emisiones para cumplir con algunas condiciones predeterminadas, por ejemplo, con una regulación de ruido aplicable en el área en el cual está instalada la turbina de aire 10.

De acuerdo con las modalidades típicas, e! sistema de control 36 está configurado para implementar un modo de reducción de ruido para operar de manera coincidente la turbina de aire 10 cuando es requerido. Alternativamente o además de, la operación de la turbina de aire 10 en un modo de reducción de ruido puede ser impiementada por un sistema de control específico o por medio de un controlador remoto (no mostrado). De acuerdo con algunas modalidades, la turbina de aire 10 es operada para generar un nivel de ruido debajo de un nivel de sonido particular.

Generalmente, el ruido aerodinámico está relacionado con la proporción de la velocidad de la punta de la cuchilla a la velocidad del viento. En particular, conforme la velocidad de las cuchillas del rotor 22 aumenta, una amplitud (no mostrada) de emisiones acústicas (no mostradas en la figura 1) de las cuchillas del rotor 22 aumenta. Por el contrario, conforme disminuye la velocidad de las cuchillas de! rotor 22 disminuye una amplitud de emisiones acústicas de las cuchillas del rotor 22. Por lo tanto, ía amplitud de las emisiones acústicas de las cuchillas del rotor 22 son generalmente directamente proporcionales a una velocidad lineal de ¡as cuchillas del rotor 22. De ahí que, sigue que la amplitud de las emisiones acústicas de las cuchillas del rotor 22 y, por lo tanto, dei ruido producido por la turbina de aire 10, es indirectamente proporcional al ángulo de avance de la cuchilla.

Generalmente, e¡ sistema de control 36 está configurado para operar la turbina de aire 10 en un modo de reducción de ruido controlando o ajusfando la amplitud de las emisiones acústicas provenientes de las cuchillas 22. En particular, el sistema de control 36 puede ser configurado para ajusfar una velocidad de rotación del rotor 18 de una manera tal que el ruido producido por la turbina de aire 10 se encuentra debajo de ciertos límites de ruido. En particular, el sistema de control 36 puede ajusfar colectivamente el ángulo de avance de las cuchillas del rotor 22 para mantener el ruido producido por la turbina de aire 10 lo suficientemente bajo. Otros métodos adecuados pueden ser utilizados para reducir la velocidad de rotación tal como, pero sin limitarse a, el control de torsión del rotor 18.

Generalmente, la reducción de velocidad de rotación durante un evento de estabilización se realiza como una función de al menos una velocidad del viento, la electricidad generada y una frecuencia real de rejilla o, más específicamente, la diferencia entre una frecuencia real de rejilla y un valor de frecuencia de referencia. El valor de frecuencia de referencia generalmente corresponde a la frecuencia de rejilla nominal y a un valor cercano ai mismo.

Alternativamente o además de, la operación de reducción del ruido puede ser implementada modulando individualmente el ángulo de avance de cada cuchilla del rotor 22. De este modo, un área transversal de cada cuchilla que está expuesta al aire puede ser ajustada para disminuir de manera efectiva las emisiones acústicas de la turbina de aire 10. Por ejemplo, la implementación del modo de operación de reducción de! ruido puede incluir: i) aumentar e! ángulo de avance de las cuchillas dei rotor 22, conforme giran las cuchillas de! rotor 22 a través de un primer rango de valores azimuth de la cuchilla, para reducir las emisiones acústicas generadas por la turbina de aire; y, ii) disminuir el ángulo de avance de las cuchillas del rotor 22 conforme las cuchillas de! rotor 22 giran a través de un segundo rango de valores azimuth de ía cuchilla, para aumentar la energía eléctrica generada por la turbina de aire. En esta estrategia de reducción del ruido, e¡ ángulo de avance generalmente es seleccionado como una función del ángulo azimuth. Más específicamente, el ángulo de avance puede ser proporcionai al ángulo azimuth por un factor dependiente de la velocidad del aire y/o la electricidad generada. Un ángulo azimuth se refiere a un ángulo de rotación de las cuchillas del rotor 22 en el plano de rotación del rotor 18.

Dicha modulación específica de los ángulos de avance se describe en la Solicitud de Patente Europea con número de publicación EP 2 177 755, la cual está incorporada al presente documento como referencia hasta el grado en el cual dicho documento no es consistente con la presente descripción, y en particular aquellas partes dei mismo que describen la operación de reducción del ruido por medio de la modulación de los ángulos de avance. Los modos de operación de reducción del ruido de la turbina de aire 10 no están limitados a ios modos de operación descritos anteriormente. Además, la turbina de aire 10 puede combinar diferentes estrategias de reducción del ruido. En particular, la turbina de aire 10 puede impiementar cualquier modo de operación de reducción dei ruido que facilita la operación de la turbina de aire de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

Como se estableció anteriormente, el sistema de control 36 puede estar conectado de manera operativa a un sistema de sensor de ruido (por ejemplo, un sistema de sensor constituido por un micrófono de campo cercano 98 y un micrófono de campo lejano 100). El sistema de control 36 puede procesar la información del sistema del sensor de ruido y de acuerdo con ella operar la turbina de aire 10. Por ejemplo, e! sistema de control 36 puede utilizar los datos proporcionados por ei sistema de sensor de ruido para determinar si ía turbina de aire 10 tiene que ser operada en un modo de reducción de ruido. Además, una vez que la turbina de aire 10 se encuentra bajo operación de reducción de ruido, ei sistema de control 36 puede ajusfar continuamente los parámetros de operación de ía turbina de aire 10 (por ejemplo, el ángulo de avance) utilizando información del sistema de sensor de ruido para el control en línea de las emisiones acústicas producidas por la turbina de aire y e! impacto del ruido de la misma.

De acuerdo con al menos algunas modalidades de la presente invención, la turbina de aire 10 es operada cumpliendo con las regulaciones de ruido aplicables en el área en (a cual está instalada la turbina de aire 10. Las regulaciones del ruido pueden reglamentar un nivel de sonido correspondiente a un nivel de ruido absoluto permitido máximo, independientemente de la contribución al ruido de la turbina de aire. Por lo tanto, una turbina de aire puede ser forzada para operar en un modo de reducción del ruido independientemente de la contribución del ruido hecha por la turbina de aire. Alternativamente, las regulaciones contra el ruido pueden reglamentar un nivel de sonido correspondiente a un ruido permitido máximo de emergencia en relación con un nivel de ruido de fondo existente inicial. La emergencia del ruido se refiere a un nivel de ruido relativo aumentado relacionado con la turbina de aire en relación con el nivel de ruido del fondo no relacionado con la turbina de aire.

Generalmente, los reglamentos contra e( ruido que permiten una emergencia de ruidos máxima permitida (es decir, considerando el ruido de fondo) hacen posible que la operación de reducción del ruido sea limitada a un rango de velocidades bajas del aire ya que la emergencia de ruidos de velocidades más altas del aire de la turbina de aire 10 es insignificante en relación con el ruido del fondo producido por ei aire, tai y como se ilustró en !a figura 3, el cual representa esquemáticamente la generación de electricidad por ia turbina de aire 10. La figura 3 ilustra además que ¡a operación de reducción del ruido generalmente da como resultado un modo de operación, en el cual la turbina de aire 10 genera energía eléctrica debajo de la energía eléctrica que la turbina de aire podría generar potencialmente sin operar en el modo de reducción del ruido en vista de las condiciones particulares del aire.

En particular, la gráfica de la figura 3 muestra dos curvas

302, 304 que representan la energía eléctrica P generada por la turbina de aire (eje vertical) para diferentes velocidades del aire Vw {eje horizontal). La gráfica 302 corresponde a un modo de operación, en el cual la turbina de aire 10 es operada para producir ei máximo de energía eléctrica que es habilitado por las condiciones particulares del aire y sin restringir la generación de energía de la turbina de aire por una operación en un modo de reducción de ruido. La turbina de aire 10 genera energía eléctrica en una capacidad de energía calificada 306 para una velocidad del aire Vw ¹ en el modo de operación correspondiente a la gráfica 302. La energía eléctrica calificada generalmente corresponde a la calificación de energía de una turbina de aire de acuerdo con ei conjunto de instrucciones de! fabricante como la energía máxima para ser generada con ese aparato. Este límite generalmente es establecido algo más bajo que el nivel en donde la turbina de aire podría ser dañada, para permitir un margen de seguridad. Por ejemplo, pero sin limitarnos a, una turbina de aire de acuerdo con las modalidades de la presente invención puede ser calificada para generar una electricidad entre 1 MW y 7.5 MW tal como de 1.5 MW, 2.5 MW, o 4 MW.

La gráfica 304 corresponde a un modo de operación, en el cual ia turbina de aire 10 es operada en un modo de reducción de! ruido para las velocidades del aire entre Vw ² y Vw ³ . Para velocidades del aire menores de la emergencia de ruido Vw ² de la turbina de aire 10 se encuentra debajo de un límite de ruido superior y, por lo tanto, no se requiere la operación de reducción del ruido. Para velocidades del aire mayores que Vw ³ , la emergencia de ruido de la turbina de aire 10 es insignificante en relación con el ruido del fondo producido por el aire y, por lo tanto, no se requiere la operación de reducción de ruido de modo que la energía eléctrica pueda ser generada en la capacidad de energía calificada 306. Por lo tanto, la turbina de aire 10 generalmente es operada en un modo de reducción de ruido para un rango de velocidad del aire relativamente bajo. Un rango de velocidad bajo de acuerdo con las modalidades de la presente invención puede ser un rango entre 2 m/s y 11 m/s o, más específicamente, entre 3 m/s y 10 m/s. En particular, el límite superior del rango de velocidad baja de! aire generalmente es igual a o más alta que el valor de velocidad del aire en el cual la turbina de aire 10 podría ser operada en la electricidad calificada.

El área 308 entre las gráficas 302 y 304 representa la capacidad extra de ¡a turbina de aire 10 para generar energía durante una operación de reducción de ruido. Como han entendido ios inventores actuales y de acuerdo con las modalidades de la presente descripción, esta capacidad extra de generación de electricidad puede ser utilizada para compensar las inestabilidades en la rejilla de potencia sin comprometer una emisión acústica adecuada de la turbina de aire 10.

Como se estableció anteriormente, una turbina de aire de acuerdo con las modalidades de la presente descripción es conectada a una rejilla de potencia para producir energía eléctrica con la misma. Generalmente, una rejilla de potencia se caracteriza por una frecuencia de la rejilla, es decir, la frecuencia en la cual la corriente eléctrica es transmitida a través de la rejilla de potencia. Una rejilla de potencia generalmente está diseñada para operar en una frecuencia nominal de la rejilla (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz). Sin embargo, en particular, para rejillas de potencia débiles, las fluctuaciones en ia frecuencia de la rejilla pueden ocurrir, por ejemplo, cuando un proveedor grande o un consumidor grande se desconecta de la rejilla de potencia. Dichas fluctuaciones pueden ocasionar daños al equipo eléctrico conectado a la rejilla eléctrica. Como se usa en la presente descripción, una condición de rejilla inestable se refiere al estado de una rejilla de potencia sometida a dichas fluctuaciones.

Generalmente, un aumento de la demanda de energía conduce a una condición inestable de ia rejilla, en la cual ia frecuencia de la rejüla es excesivamente baja (es decir, la frecuencia de ia rejilla se encuentra debajo de un valor de referencia de frecuencia de la rejilla). En este caso, la rejilla de potencia puede ser soportada (es decir, para facilitar un cese de la fluctuación) generando y entregando energía eléctrica extra a la misma. Como se estableció anteriormente, las modalidades de la presente invención facilitan una operación eficiente de una turbina de aire bajo operación de reducción de ruido para soportar una rejilla de potencia sometida a una estabilidad correspondiente a una frecuencia de rejilla excesivamente baja.

De acuerdo con las modalidades de la presente descripción, la frecuencia de la rejilla de potencia 92 puede ser monitoreada para determinar si la rejilla de potencia 92 se encuentra en una condición de rejilla inestable. La figura 4 ilustra a modo de ejemplo un acoplamiento de la turbina de aire 10 a la rejilla de potencia 92 de acuerdo con las modalidades de la presente descripción. Como se describió anteriormente, el rotor 18 puede ser conectado a la caja de engranajes 46 por medio de la flecha del rotor 44. La caja de engranajes 46 puede estar conectada al generador eléctrico 42 a través de una flecha de aita velocidad 48. Alternativamente, el rotor 18 puede estar conectado directamente al generador 42 de acuerdo con una configuración de propulsión directa del tren de propulsión 64. En la modalidad de ejemplo, ei generador eléctrico 42 está conectado a la rejilla de potencia 92 a través de la conexión eléctrica 94.

De acuerdo con las modalidades de ia presente invención, la turbina de aire 10 está configurada para determinar si la rejilla de potencia 92 se encuentra en una condición de rejilla inestable correspondiente a una frecuencia de rejilla debajo de un valor de referencia de la frecuencia de rejilla, por ejemplo, una frecuencia de rejilla excedentemente baja ocasionada por la sobrecarga de la rejilla de potencia 92. El valor de frecuencia de referencia puede corresponder a una frecuencia nominal de la rejilla (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz) o un valor de frecuencia cercano al mismo tal como, pero sin limitarse a: a) una frecuencia de rejilla menor de 0.033% o, más específicamente 0.02% de la frecuencia nominal de la rejilla; o b) una frecuencia de rejilla menor de un valor de frecuencia de referencia debajo del valor nominal de frecuencia ta! como un valor de frecuencia de referencia debajo del valor nominal de frecuencia menos 0.25 Hz o, más específicamente, 0.50 Hz.

La turbina de aire 10 puede incluir o ser conectada de una manera comunicativa a un sensor de frecuencia 96 para moniíorear una frecuencia de !a rejilla de potencia 92. Generalmente, el sensor de frecuencia 96 es un sensor para percibir una frecuencia real de la rejilla. Por ejemplo, pero sin limitarse a, el sensor de frecuencia 96 puede ser un sistema monitor de rejilla (GMS) para monitorear la frecuencia de rejilla. Como otro ejemplo, en el caso de que la turbina de aire 10 sea una turbina de aire basada en un inversor, un inversor de la turbina de aire 10 puede implementar el sensor de frecuencia 96. Eí sensor de frecuencia 96 generalmente está conectado ai sistema de control 36 a través de cualesquiera medios adecuados (por ejemplo, una conexión eléctrica o un sistema de comunicación inalámbrico) de modo que el sistema de control 36 pueda recibir información del sensor de frecuencia 96.

De acuerdo con las modalidades de la presente descripción, durante la operación de la turbina de aire 10, podría ser determinada si la rejilla de potencia 92 se encuentra en una condición inestable correspondiente a una frecuencia de rejilla excesivamente baja. Generalmente, dicha condición inestable corresponde a una sobrecarga de la rejilla de potencia. Con el objeto de determinar dicha condición inestable de la rejilla de potencia 92, la frecuencia de potencia de la rejilla de potencia puede ser monitoreada y una condición inestable puede ser determinada cuando la rejilla de frecuencia se encuentra debajo de ia frecuencia nominal de la rejilla u otro valor de frecuencia de referencia (por ejemplo, una frecuencia de rejilla inferior a 0.5 Hz de la frecuencia nominal de rejilla).

Determinando si la rejilla de potencia 92 se encuentra en una condición inestable correspondiente a una frecuencia excesivamente baja de la rejilla se puede realizar por cualesquiera otros métodos adecuados que permitan que !a turbina de aire 10 opere como aquí se describe. Por ejemplo, pero sin limitarse a, los cambios en la carga acoplados a la rejilla de potencia 92 pueden ser monitoreados o estimados alternativamente o además del monitoreo de la frecuencia de la rejilla. Por ejemplo, ios eventos que indican una sobrecarga probable, tales como el cambio de tiempo, podrían ser utilizados para determinar si puede ocurrir una condición inestable de la rejilla de potencia 92. Como un ejemplo adicional, se puede enviar una seña! externa indicando una condición de rejilla inestable de acuerdo con la modalidad de la presente invención para la turbina de aire 10. Dicha señal externa puede ser proporcionada, por ejemplo, pero sin limitarse a, por el operador de la rejilla de potencia con el objeto de indicar a los proveedores de energía que la rejilla de potencia 92 requiere soporte. Como un ejemplo adicional, se puede determinar una condición inestable midiendo el voltaje de la rejilla de potencia 92.

El sistema de control 36 generalmente procesa la información recibida del sensor de frecuencia 36 para determinar si la rejilla de potencia 92 se encuentra en una condición de rejilla inestable correspondiente a una frecuencia excesivamente baja de la rejilla. Por ejemplo, pero sin limitarse a, el sistema de control 36, en colaboración con el sensor de frecuencia 96, pueden determinar una frecuencia real de la rejilla. Además, el sistema de control 36 puede determinar si la frecuencia real de la rejilla es más baja que un valor de frecuencia de referencia como se describió anteriormente. Eso es, en el último ejemplo, que una condición de rejilla inestable es determinada cuando e! valor real de la frecuencia de rejilla desciende debajo de un valor de umbral. De esta manera, una fluctuación pequeña de la frecuencia de la rejilla no detonaría un evento de esta ilización de acuerdo con al menos algunas modalidades de la presente invención.

De acuerdo con modalidades típicas, la energía eléctrica producida por la turbina de aire 10 para la rejilla de potencia 92 es aumentada cuando es detectada una condición de rejilla inestable. De acuerdo con al menos algunas modalidades, el aumento en la potencia es efectuado aumentando la velocidad de rotación del rotor 18. En particular, la velocidad de rotación del rotor 18 puede ser aumentada cambiando colectivamente el ángulo de avance de las cuchillas de! rotor 22. En particular, el ángulo de avance puede ser disminuido aumentando la velocidad del rotor y, por consiguiente, aumentando la generación de energía eléctrica. Este cambio en el ángulo de avance generalmente se realiza considerando: a) un valor real de la frecuencia de la rejilla; y/o b) un aumento de ruido resultante potencial o efectivamente.

Con respecto a), ei cambio del ángulo de avance puede ser seieccionado para ser proporcional a la diferencia entre una frecuencia real de rejilla y un valor de frecuencia de referencia. Más específicamente, el ángulo de avance puede ser indirectamente proporcional a esta diferencia. Ei valor de frecuencia de referencia puede corresponder a una frecuencia nominal de rejilla (por ejemplo, de 50 Hz o 60 Hz) o un valor de frecuencia cercano al mismo, tal como, pero sin limitarse a: a) una frecuencia de rejilla menor del 0.33% o, más específicamente, del 0.02% de la frecuencia nominal de rejilla; o b) una frecuencia de rejilla menor de un valor de frecuencia de referencia debajo del valor de frecuencia nominal ta! como un valor de frecuencia de referencia debajo del valor de frecuencia nominal menos 0.25 Hz o, más específicamente, 0.5 Hz. De esta manera, se puede lograr una respuesta rápida a las inestabilidades de rejilla. Con respecto b), generalmente, el ángulo de avance es cambiado de una manera tal que un ruido resultante potencial o efectivamente no exceda un máximo de absolutos y/o la contribución de los mismos para el ruido emitido con el paso del tiempo que no exceda un valor específico como se detallará adicionalmente más adelante. De este modo, el impacto del ruido de la estabilización de rejilla puede ser reducido cambiando colectivamente ei ángulo de avance de ias cuchi!las del rotor 22.

De acuerdo con al menos algunas modalidades, Sas cuales podrían ser combinadas con otras modalidades de la presente descripción, la respuesta a una condición determinada de rejilla inestable incluye regular individualmente el ángulo de avance de cada una de las cuchillas de! rotor 22 como se describió anteriormente y se detalló adicíonalmente en la Patente Europea EP 2 177 755. Sin embargo, para la estabilización de la condición determinada de rejilla inestable de acuerdo con ias modalidades de la presente descripción, ei aumento del ángulo de avance y la disminución del ángulo de avance pueden ser ajustadas dependiendo de: a) un valor real de la frecuencia de rejilla; y/o b) un aumento de ruido resultante potencial o efectivamente .

Esto se puede realizar de una manera análoga a la establecida anteriormente con respecto a un cambio colectivo del ángulo de avance. En particular, un aumento en el ángulo de avance y una disminución en e! ánguío de avance pueden ser proporcionales a la diferencia entre una frecuencia real de la rejilla y un valor de frecuencia de referencia establecido anteriormente. Más específicamente, e! ángulo de avance puede ser proporcional a una función de un ángulo azimuth de la cuchilla del rotor por un factor variable. El factor variable generalmente depende de la velocidad del aire y una frecuencia real de rejilla o, más específicamente, la diferencia entre una frecuencia real de rejilla y un valor de frecuencia de referencia como se estableció anteriormente.

La figura 6 es una representación esquemática gráfica de un esquema para la operación de ía turbina de aire 10. Como se representó esquemáticamente, la turbina de aire 10 puede procesar información correspondiente a al menos uno de los siguientes parámetros: frecuencia de rejilla 602, ruido cercano del campo 604, ruido lejano del campo 606, velocidad del aire 608, o energía eléctrica 610 generados por ia turbina de aire 10. En particular, una o más señales correspondientes a al menos uno de estos parámetros pueden ser proporcionada al procesador 40. Además, la turbina de aire 10 puede ser operada en consideración a por lo menos uno de estos parámetros. En particular, el procesador 40 puede implementar ei aumento de ia energía eléctrica generada por la turbina de aire 10 para soportar la estabilización de una rejilla inestable de acuerdo con las modalidades de la presente invención en consideración con al menos uno de estos parámetros o, más específicamente, al menos: a) un aumento resultante del ruido (por ejemplo, basado en al menos un ruido de campo cercano 604 o un ruido de campo lejano 606); y b) la frecuencia de la rejilla 602.

A modo de ejemplo, el procesador 40 puede implementar un algoritmo de corrección de avance que procesa y utiliza información relacionada con al menos uno de los parámetros 602, 604, 606, 608 ó 610. Por ejemplo, el procesador 40 puede comunicarse con el sistema de ajuste de avance 32 para ajustar colecti amente el avance de las cuchilias del rotor 22 de acuerdo con estos parámetros. Alternativamente, o además de, el procesador 40 se puede comunicar con el sistema de ajuste de avance 32 para ajustar individualmente e! avance de las cuchilias del rotor 22 de acuerdo con estos parámetros y ios ángulos azimuth respectivos de las cuchillas del rotor 22, como se describieron anteriormente.

De acuerdo con las modalidades de la presente invención, el aumento en la electricidad realizado estabilizando una rejilla de potencia inestable se realiza durante un período de tiempo de estabilización. Además, la energía eléctrica generalmente es aumentada en consideración de un aumento de ruido resultante o, más específicamente, de un aumento de ruido resultante potencial o efectivamente. Por lo que, el impacto del ruido de un evento de estabilización de rejilla puede ser controlado de manera conveniente. De acuerdo con las modalidades de ia presente descripción, un aumento de ruido resultante potencialmente es un aumento de ruido esperado de un cambio particular en la operación de ía turbina de aire 10. Además, de acuerdo con las modalidades de ía presente descripción, un aumento de ruido efectivo es un aumento de ruido resultante de un cambio particular en la operación de la turbina de aire 10. Un aumento de ruido resultante potencialmente puede ser estimado, por ejemplo, utilizando un modelo teórico o semiempírico de la turbina de aire 10. Por io que, el impacto de! ruido de un evento de estabilización específico puede ser estimado por anticipado. Un aumento de ruido efectivo puede ser determinado utilizando, por ejemplo, un sistema sensor de ruido como se describió anteriormente para considerar el ruido producido por un aumento en la electricidad en un evento de estabilización.

De acuerdo con al menos algunas modalidades de la presente descripción, el aumento de la energía eléctrica durante el período de tiempo de estabilización es realizado en consideración de un aumento de ruido resultante potencia! o efectivamente. El ruido resultante puede ser considerado de diferentes maneras como se establece más adelante. Generalmente, el aumento de ruido resultante de la estabilización de soporte de una rejilla inestabie es debajo de un nivel superior seleccionado. Por ejemplo, un nivel superior puede ser seleccionado por el procesador 40 considerando un impacto del ruido dei evento de estabilización o utilizando valores previamente determinados. Adicional o alternativamente a los mismos, el nivel superior puede ser seleccionado de valores proporcionados externamente a la turbina de aire 10. Por ejemplo, un control centralizado de un estacionamiento de turbinas de aire puede proporcionar niveles de sonido superiores a la turbina de aire 10. Estos ejemplos de un nivei de ruido seleccionado no son limitativos. La turbina de aire 10 puede ser operada utilizando un nivel de sonido seleccionado de cualquier manera conveniente de modo que una rejilla inestable pueda ser estabilizada de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

Durante el evento de estabilización, el aumento en la generación de electricidad puede ser realizado de modo que un ruido resultante se encuentre debajo de ciertos ¡imites absolutos. De esta manera, durante el evento de estabilización, el ruido producido por la turbina de aire 10 puede exceder los límites normales a los alcanzados durante una operación de reducción estándar de ruido {es decir, sin soportar específicamente una rejilla de potencia inestable) pero todavía será suficientemente bajo como para que el riesgo de producir un impacto del ruido importante en el área que lo rodea sea evitado o reducido.

En una modalidad, la turbina de aire 10 genera un ruido debajo de un nivel de sonido más bajo antes y después de un período de tiempo de estabilización, y la turbina de aire genera ruido entre un nivel de sonido más bajo y un nivel superior seleccionado durante el período de tiempo de estabilización. Por ejemplo, la turbina de aire 10 puede ser operada para generar ruido debajo de un primer máximo absoluto. En un momento particular, podría ser determinado que la rejilla de potencia es inestable y la energía entregada por la turbina de aire 10 puede ser aumentada durante el período de tiempo de estabilización. Deberá quedar entendido que el aumento de energía entregada no necesariamente implica un aumento estable de ia energía durante ei período de tiempo de estabilización. Por ejemplo, la energía puede ser aumentada a un nivel particular y mantenida durante una porción del período de tiempo de estabilización. Generalmente, ía energía entregada por ia turbina de aire 10 durante un período de tiempo de estabilización es mayor que la energía entregada durante un período de tiempo equivalente en la operación de ruido de la turbina de aire 10.

El aumento de energía seleccionado puede ser tai que un aumento del ruido estimado se encuentre debajo de un máximo absoluto tal como un ruido correspondiente a una potencia de sonido de tres dB o, más específicamente, de dos dB o un dB. Alternativamente o además de, el aumento del ruido puede ser monitoreado en línea por un sistema sensor de ruido como se describió anteriormente, y el aumento en la generación de energía durante ei evento de estabilización puede ser controlado de una manera tal que e! ruido monitoreado no exceda el máximo absoluto. Después del evento de estabilización, la turbina de aire 10 puede ser operada para generar ruido debajo del primer máximo absoluto, generalmente, reduciendo la potencia generada por la turbina de aire 10.

Como se estableció anteriormente, el aumento de la energía eléctrica para soportar la estabilización de una rejilla inestable se puede realizar de modo que e! aumento del ruido resultante se encuentre debajo de un primer nivel superior seleccionado. De acuerdo con algunas modalidades, el nivel superior seleccionado define un valor promedio, una turbina de aire 10 genera un ruido promedio debajo del nivel superior seleccionado.

En particular, el tiempo de estabilización (es decir, el tiempo durante el cual ia generación de energía aumenta es realizada) puede ser seleccionado con el objeto de mantener io suficientemente bajo el impacto de! ruido producido por la turbina de aire 10 durante un evento de estabilización de ¡a rejilla. Por ejemplo, e! tiempo de estabilización puede ser un período de tiempo entre dos y 10 segundos o, más específicamente, entre tres y ocho segundos tal como de cinco segundos. Dependiendo de la ubicación específica y las circunstancias de la turbina de aire 10, e! tiempo de estabilización puede ser un período de tiempo más largo, por ejemplo, un período de tiempo del orden de minutos tales como un período entre dos y cinco minutos o, más específicamente, entre tres y cuatro minutos. Deberá observarse que e! impacto del ruido generalmente depende del tiempo de exposición al ruido excesivo. Por lo tanto, un nivel aíto de ruido puede ser producido sin ocasionar un impacto excesivo del ruido si el tiempo de estabilización es lo suficientemente bajo. Generalmente, el tiempo de estabilización es seleccionado en consideración de las reglas de ruido particulares que aplican para la turbina de aire 10.

De acuerdo con al menos algunas modalidades de la presente invención, cuando es determinada una condición de rejilla inestable, el sistema de control 36 puede operar la turbina de aire 10 para aumentar la energía eléctrica de modo que el aumento de ruido sobre un período de tiempo de promedio de ruido no exceda un límite de ruido superior previamente determinado. En particular, un promedio correspondiente a un nivel superior seleccionado que define un valor promedio puede ser calculado para un intervalo de tiempo seleccionado- De esta manera, se facilita reducir el impacto del ruido del evento de estabilización.

El límite de ruido superior previamente determinado y el período de tiempo promedio del ruido generalmente son tales que el impacto del ruido de la turbina de aire 10 es lo suficientemente bajo. Además, estos parámetros son generalmente seleccionados para cumplir con una regulación de ruido que es aplicable en el área en la cual está instalada la turbina de aire 10. El período de tiempo promedio del ruido puede ser un promedio de tiempo en el orden de segundos, horas, o días tales como, pero sin limitarse a, un período de tiempo entre 10 segundos y 30 segundos, un período de tiempo entre una hora y dos horas, o un período de tiempo entre un día y tres días (favor de indicar los valores). Como se establece anteriormente, un período de tiempo de estabilización es seleccionado de modo que el aumento de ruido está, en promedio, debajo del nivel superior seleccionado.

Un nivel superior de ruido seleccionado puede corresponder a, por ejemplo, una exposición ai sonido de 90 d B(A) durante ocho horas, 95 d B(A) durante 4 horas, 100 dB(A) durante dos horas, 110 dB(A) durante media hora, o 115 dB(A) durante un cuarto de hora de acuerdo con las recomendaciones de la ANSI para una exposición máxima al ruido. Los valores de dB(A) corresponden a los valores de decibeles de la escala A como lo definen en el estándar IEC 60651. Alternativamente o además de, el límite de ruido superior previamente determinado puede corresponder a un sonido continuo equivalente, es decir, a una energía de sonido promedio producido por el período de tiempo para promediar el ruido. Alternativamente o además de, el límite de ruido superior previamente determinado puede corresponder a un nivel de sonido excedido durante un porcentaje del tiempo de operación tal como de un 10% dei tiempo de operación o 90% del tiempo de operación o un tiempo entre ambos. Alternativamente o además de, el límite de ruido superior previamente determinado puede corresponder a un nivel de sonido promedio de día-noche, por ejemplo, el nivel de sonido promedio para un período de tiempo de 24 horas.

La figura 5 ilustra esquemáticamente el ruido producido por ia turbina de aire 10 que está siendo operada de acuerdo con las modalidades de la presente invención. En particular, la figura 5 muestra un evento de estabilización producido entre el tiempo ti y el tiempo t ₂ (es decir, un período de tiempo de estabilización). Antes de que ocurra el evento de estabilización, la turbina de aire 10 es operada en un modo de reducción de ruido de modo que el ruido producido se encuentra en un nivel de ruido 502. Generalmente, el nivel de ruido 502 se encuentra debajo de un nivel de sonido particular. En el tiempo ti, el ruido producido es aumentado como resultado del aumento de la energía generada por la turbina de aire 10 con el objeto de soportar ¡a estabilización de la rejilla de potencia 92. Durante el evento de estabilización, la turbina de aire 10 es operada de modo que el ruido producido se encuentra debajo de un máximo absoluto 504, el cual es un ejemplo no ¡imitativo de un nivel superior seleccionado de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Una vez que termina el evento de estabilización, la generación de energía es disminuida de modo que el ruido regresa al nivel de ruido 502, es decir, un nivel de ruido debajo de un nivel de sonido particular.

A modo de ejemplo, el ruido producido por la turbina de aire 10 puede ser sometido a la condición de que el ruido producido por un período de tiempo de promedio de ruido de t ₃ a t ₄ está debajo de un límite específico. En particular, algunos parámetros para la operación de ia turbina de aire 10 pueden ser ajustados. Estos parámetros pueden incluir: i) un tiempo durante el cual la estabilización de la rejiila de potencia 92 es soportada, y/o i¡) el aumento de la generación de energía para ei soporte de la rejilla. Generalmente, estos parámetros son seleccionados de modo que el ruido total producido por el tiempo de elaboración de promedio de ruido está debajo de! I imite específico.

Por ejemplo, el aumento en la energía eléctrica generada puede ser previamente determinada una vez que es detectada la inestabilidad de ia rejüla. El aumento previamente determinado es generalmente de modo que un aumento potencial o efectivo de ruido por un período de tiempo de elaboración de promedio de ruido no exceda un límite de ruido superior previamente determinado como se describió anteriormente. Alternativamente o además de, el período de tiempo de estabilización puede también ser previamente determinado. El período de tiempo de estabilización previamente determinado generalmente es de modo que un aumento de ruido potencial o efectivo sobre et período de tiempo de elaboración de promedio del ruido no exceda e! límite de ruido superior previamente determinado.

De acuerdo con al menos algunas modalidades particulares, la frecuencia de rejilla también es monitoreada durante un evento de estabilización. Por lo tanto, durante un evento de estabilización, se puede determinar si la rejilla de energía 92 ya no se encuentra en una condición inestable de rejilla (por ejemplo, debido a los aumentos de frecuencia de la rejilla en un cierto nivel). Si esto último es aplicable, la energía eléctrica producida puede ser disminuida de modo que la generación de ruido innecesario sea evitada.

De acuerdo con al menos algunas modalidades de la presente invención, la operación de la turbina de aire 10 es tal que los reglamentos sobre el ruido o recomendaciones sobre el ruido se cumplen. En particular, al menos uno del aumento de energía eléctrica para soportar la estabilización o el período de tiempo de estabilización pueden ser controlados de una manera de modo que la operación de la turbina de aire 10 cumpla con las regulaciones particulares del ruido. Por ejemplo, estos parámetros de operación pueden ser controlados de modo que el aumento de ruido resultante de los eventos de estabilización cumple con las recomendaciones de La Agencia de Protección Ambiental (EPA), El Instituto Americano de Estándares Nacionales (ANSI), los reglamentos ISO 61400-11 e ISO 61400- 14, o la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de los Estados Unidos de América (OSHA) o aquellas regulaciones que aplican actualmente en Francia, Canadá, o Australia.

De acuerdo con al menos algunas modalidades, ¡a turbina de aire 10 forma parte de una turbina de aire que incluye una pluralidad de turbinas de aire. El control de ia pluralidad de turbinas de aire puede ser coordinado con el objeto de soportar una rejilla de potencia inestable de acuerdo las modalidades de !a presente invención. Por ejemplo, la pluralidad de turbinas de aire puede ser operada en modo de reducción de ruido de modo que e! impacto del ruido en el estacionamiento de turbinas de aire se encuentra debajo de algunos límites previamente determinados. Si una condición de rejilla inestable correspondiente a una frecuencia de rejiila excesivamente baja es detectada, la pluralidad de turbinas de aire puede ser operada colectivamente para soportar la rejilla inestable. Por ejemplo, la generación de energía eléctrica en el estacionamiento de turbinas de aire puede ser aumentada durante un período de tiempo de estabilización de modo que la condición de rejilla inestable sea soportada. El aumento en la generación de energía en el estacionamiento de turbinas de aire se puede realizar considerando el aumento de ruido resultante potencial o efectivamente de modo que se facilita evitar el impacto del ruido excesivo del evento de estabilización.

Las modalidades de ejemplo de los sistemas y métodos para operar una turbina de aire se describen con detalle más adelante. Los sistemas y métodos no están limitados a las modalidades específicas aquí descritas, sino más bien los componentes de los sistemas y/o pasos de los métodos pueden ser utilizados independientemente por separado entre otros componentes y/o los pasos aquí descritos. Por ejemplo, las emisiones acústicas resultantes potencial o efectivamente ocasionadas por ios efectos mecánicos pueden ser considerados durante un evento de estabilización.

Como otro ejemplo, ios cambios de avance aquí descritos para soportar ía estabilización de una rejilla inestable se pueden realizar dependiendo de por lo menos una de la velocidad del aire, la energía eléctrica generada, una frecuencia de rejilla medida, el ruido IEC, o el ruido de campo lejano. Además, las modalidades de la presente invención no están limitadas a la práctica con solamente los sistemas de turbina de aire como aquí se describen. En vez de ello, la modalidad de ejemplo puede ser impiementada y utilizada en relación con muchas otras aplicaciones de la cuchilla del rotor utilizadas para producir energía eléctrica para una rejilla de potencia y sometidas a las restricciones del ruido.

Aunque las características específicas de las diferentes modalidades de la presente invención pueden ser mostradas en algunos dibujos y no en otros, esto es por razones de conveniencia únicamente. De acuerdo con ios principios de la presente descripción, cualquier característica de un dibujo se puede utilizar como referencia y/o ser reivindicada en combinación con otra característica de cualquier otro dibujo.

Esta descripción escrita utiliza solamente ejemplos para describir la invención, incluyendo el mejor modo, y también para hacer posible que un experto en la técnica practique la invención, incluyendo hacer y utilizar cualesquiera aparatos o sistemas y realizar cualesquiera métodos incorporados. Aunque se han descrito varias modalidades específicas en io anterior, aquellos expertos en la técnica reconocerán que el espíritu y alcance de las reivindicaciones permiten modificaciones igualmente efectivas. Especialmente, las características mutuamente no exclusivas de ias modalidades descritas anteriormente pueden ser combinadas entre ellas. El alcance de la facilidad para patentar la presente invención se define por ias reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a aquellos expertos en la técnica. Dichos otros ejemplos pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieran de! lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias no substanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones.