ES2345645B1 - Instalacion de energia eolica y procedimiento de modificacion del paso de pala en una instalacion de energia eolica. - Google Patents
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Abstract
Instalación de energía eólica y procedimiento de
modificación del paso de pala en una instalación de energía
eólica.
La instalación de energía eólica comprende un
rotor con al menos una pala de rotor, un generador y un sistema de
control de paso para controlar el paso de las palas de rotor,
comprendiendo dicho sistema de control de paso al menos un motor
(100) de CA dispuesto para ser alimentado por un convertidor (101).
El sistema de control de paso comprende además medios (102) para
evitar dicho convertidor (101) de modo que se conecta el motor (100)
de CA para recibir energía desde una fuente de suministro de energía
de CA de emergencia.
Description
Instalación de energía eólica y procedimiento de
modificación del paso de pala en una instalación de energía
eólica.
La presente invención se refiere al campo de los
sistemas y dispositivos de energía eólica, y más específicamente al
control del paso de las palas de una instalación de energía eólica o
turbina eólica.
\vskip1.000000\baselineskip
Los sistemas e instalaciones de energía eólica
incluyen uno o más generadores o turbinas de energía eólica
dispuestos para producir energía eléctrica mediante rotación
inducida por el viento. Esta energía eléctrica, generada por uno o
más de estos generadores (por ejemplo, por varios generadores que
forman parte de o constituyen una denominada "planta eólica"),
se suministra a una red general o red para la distribución de la
energía. Normalmente, un gran número de generadores de energía
eléctrica están conectados a la misma red general, y normalmente
también están conectados varios consumidores de energía a la red
general.
Las figuras 1 y 2 ilustran esquemáticamente una
instalación de energía eólica, que incluye una turbina 1 eólica con
un rotor que tiene un buje 11 al que están fijadas las palas 12,
estando dispuesto el rotor de modo que se hace rotar por el viento,
produciendo así, en ocasiones a través de una caja de engranajes (no
ilustrada), la correspondiente rotación de un generador 13 (es
decir, de una parte de rotor de dicho generador, comprendiendo
además dicho generador una parte de estator). El generador 13
produce una tensión de CA de salida y puede conectarse a un
convertidor 14 eléctrico; actualmente, se conocen ampliamente
numerosos diseños y disposiciones de convertidor diferentes en este
campo y no es necesario comentarlos adicionalmente en la presente
memoria; ejemplos de disposiciones de convertidor que pueden
utilizarse dentro del alcance de la presente invención incluyen
disposiciones de convertidor de energía total (como el dado a
conocer en el documento
US-A-5083039) y disposiciones de
generador de inducción doblemente alimentado como los que utilizan
convertidores de energía adosados (como el dado a conocer en el
documento US-A-6137187), así como
sistemas como el dado a conocer en el documento
US-A-2003/0151259; el contenido de
tales documentos se incorpora a la presente memoria por
referencia.
La caja de engranajes, el generador 13 y el
convertidor 14 eléctrico pueden disponerse todos dentro de un
alojamiento o "góndola" 15, que normalmente está montada sobre
una torre 16. Sin embargo, también son posibles otras disposiciones
dentro del alcance de la presente invención.
El convertidor 14 eléctrico puede convertir la
tensión de CA en la salida del generador 13 en una tensión de CC,
que a continuación se convierte en una tensión (y corriente) de CA
en un extremo en el lado de la red general del convertidor 14, que
puede conectarse a la red general o red 4 para la distribución de la
energía generada por la turbina eólica a los clientes. Esta
conexión puede tener lugar a través de una línea 3 de suministro,
que puede comprender (como se ilustra en la figura 1) componentes
tales como una línea 31 de baja tensión, un transformador 32 y una
línea 33 de alta tensión. En un sistema de convertidor total, toda
la energía que va a la red general pasa a través del convertidor.
En un sistema de generador de inducción doblemente alimentado, una
parte de la energía pasa a través del convertidor y otra parte se
suministra a la red general sin pasar a través del convertidor, por
ejemplo mediante una conexión directa del estator a la red general,
como se ilustra en, por ejemplo, las figuras 1 y 3 del documento
US-A-2003/0151259. Todo esto es
convencional y no se considera necesario describirlo con más
detalle en la presente memoria.
Además, el sistema para la generación de energía
eólica puede comprender un sistema de control general, que también
puede estar total o parcialmente dispuesto dentro del alojamiento o
"góndola" 15, aunque también puede ser externo al alojamiento.
Tal como se ilustra en la figura 1, este sistema de control puede
comprender un controlador 2 principal, dotado del software
pertinente para el control global del sistema basándose en
información previamente almacenada y en información proporcionada
por diferentes detectores, por ejemplo, en información o
instrucciones de un operador externo o software operativo. Este
controlador 2 principal puede controlar el funcionamiento de un
regulador 21 de paso, que se encarga de ajustar el paso de las palas
12 (el "paso" se denomina también en ocasiones como el
"ángulo de pala") del rotor basándose en instrucciones
recibidas desde el controlador principal y, por ejemplo, basándose
en información recibida desde detectores 211 en el rotor y/o en las
palas.
Además, puede haber un controlador 22 de energía
que recibe entradas desde uno o más detectores 221 de corriente y
detectores 222 de tensión.
El controlador 22 de energía puede hacer
funcionar el convertidor 14 eléctrico de modo que se proporciona la
energía de salida correcta (energía P activa y energía Q reactiva)
hacia la red general, basándose en la información de corriente y
tensión proporcionada por el respectivo detector 221 de corriente y
detector 222 de tensión, y en una señal 223 de referencia de
energía proporcionada por el controlador 2 principal.
Todo esto es convencional y no se considera
necesario describirlo más detalladamente. Especialmente, la forma
en que debería realizarse la regulación del paso y de la energía
para proporcionar energía a la red según la demanda de energía, las
normativas sobre redes y el viento disponible es ampliamente
conocida, y se conocen diversos sistemas y procedimientos prácticos
diferentes para dicho control de la técnica anterior (cf., por
ejemplo, los documentos
US-A-5083039,
US-A-6137187 y
US-A-2003/0151259 indicados
anteriormente).
Las palas 12 del rotor se extienden radialmente
desde el buje 11. Para controlar o regular, por ejemplo, la
captación mecánica de energía eólica por el rotor y/o la velocidad
angular del rotor, puede utilizarse el denominado "control de
paso" indicado anteriormente. El control de paso se basa en el
hecho de que el "paso" de las palas puede variarse, girando
las palas alrededor de sus ejes longitudinales, por ejemplo, en
correspondencia con un cojinete 17 de paso en el buje.
Lo que se ha comentado anteriormente se aplica
tanto a numerosos sistemas de la técnica anterior como a numerosos
sistemas dentro del alcance de la presente invención.
El documento
WO-A-2007/098759 da a conocer un
ejemplo de cómo puede controlarse el paso de una pala de rotor
mediante un cojinete de paso.
Un aspecto importante del control de paso está
relacionado con la necesidad de poder reducir la captación de
energía eólica a un mínimo girando las palas de rotor alejándose del
viento, de modo que la superficie eficaz de la pala sobre la que
incide el viento se minimiza. Esto se conoce también como girar las
palas a su posición de "paso en bandera". Se trata de algo
importante, ya que permite una reducción de la carga sobre las
palas y también ayuda a frenar/detener la turbina eólica en
cualquier circunstancia, por ejemplo, en el caso de un fallo de la
red general. Por tanto, llevar las palas a la posición de "paso en
bandera" es una forma eficaz de reducir rápidamente la velocidad
del rotor, y por motivos de seguridad el sistema de control de paso
sustancialmente siempre debe poder llevar las palas a dicha posición
de "paso en bandera". Esto suele ser un requisito de las
entidades de certificación, que normalmente exigen que una
instalación de energía eólica incluya al menos dos sistemas
independientes para detener la turbina. Esto implica que un sistema
de control de paso debe diseñarse para poder funcionar también en
situaciones en las que se produce un problema, tal como un fallo de
la red general.
Básicamente, hay dos sistemas diferentes para el
control de paso de las palas de rotor, a saber, sistemas
hidráulicos y sistemas eléctricos (también hay algunos sistemas
"híbridos" que incluyen componentes hidráulicos y
eléctricos).
Mientras que en los sistemas hidráulicos el paso
se controla bombeando un fluido, en un sistema eléctrico se
proporciona al menos un motor eléctrico denominado de paso en
correspondencia con cada pala (por ejemplo, a menudo al menos un
motor de paso independiente o individual para cada pala, aunque
también sería posible utilizar un motor para controlar/modificar el
paso de más de una pala). Este motor o motores normalmente se
proporcionan en el buje.
El uso de motores de CC así como de motores de
CA se conoce en la técnica. Por ejemplo, el documento
WO-A-2007/098759 da a conocer el
uso de un motor de CC. Originalmente, en aplicaciones industriales
servo, los motores de CC se utilizaban con más frecuencia que los
motores de CA, ya que resultaba más fácil controlar el par y la
velocidad de los mismos. Sin embargo, a medida que se ha progresado
en el campo de los microcontroladores y en la tecnología de
semiconductores de energía, los motores de CA se hicieron cada vez
más habituales. Por tanto, existe una tendencia hacia el uso de
motores de CA. Actualmente, los motores de CA se suelen considerar
ventajosos en cuanto a la disponibilidad, ya que, actualmente, el
número de motores de CA comercialmente disponibles y potencialmente
adecuados es superior al de motores de CC. Además, los motores de CA
son ventajosos en cuanto al mantenimiento (los motores de CA son
sencillos y básicamente sólo los cojinetes necesitan mantenimiento,
mientras que muchos motores de CC requieren mantenimiento del
conmutador, incluyendo cambio de las escobillas de carbón y la
eliminación del polvo de carbón). Además, los motores de CA pueden
ser más rentables y, al menos en ocasiones, proporcionan también un
diseño de circuito más sencillo.
Por tanto, actualmente, por los motivos
anteriores, los motores de CA podrían preferirse normalmente a los
motores de CC. Sin embargo, pueden conllevar un cierto problema de
seguridad, tal como se explicará a continuación, y por lo tanto, a
pesar de las ventajas mencionadas anteriormente de los motores de
CA, los motores de CC siguen siendo habituales (puede que incluso
más habituales que los motores de CA) como motores de accionamiento
de paso en instalaciones de energía eólica.
El documento
US-A-2006/0163882 da a conocer un
sistema de control de paso basado en motores de CC que normalmente
reciben energía de la red general, pero con un suministro de energía
"de reserva" que implica una batería denominada ULTRACAPS y
dispuesta de tal manera que puede conectarse al motor de CC
directamente o a través de un convertidor, de modo que se garantiza
que el motor de paso pueda utilizarse también en el caso de un
fallo de la red general. El motor recibe entonces energía desde la
batería de CC de reserva (o ULTRACAPS), preferiblemente a través de
un convertidor (que permite regular mejor el ángulo de paso) aunque
también, en el caso de un fallo del convertidor, directamente.
El documento
US-A-2004/0100229 sugiere el uso de
condensadores en lugar de baterías para proporcionar energía para
la rotación de la pala de rotor en una situación de emergencia.
\newpage
El documento
US-A-2007/0024227 da a conocer un
accionamiento de paso de CA con un dispositivo de suministro de
energía de emergencia que incluye una pluralidad de acumuladores
dispuestos para soportar la tensión de acoplador del convertidor de
accionamiento de paso durante un fallo de la red general. Por tanto,
la parte de inversor de CC a CA del convertidor continúa
proporcionando energía al motor de accionamiento de paso de CA
también durante el fallo de la red general.
El documento
DE-A-10335575 también da a conocer
este tipo de disposición.
Mientras que los sistemas de accionamiento de
paso de CA de los documentos
US-A-2007/0024227 y
DE-A-10335575 pueden preferirse
frente a los sistemas de accionamiento de paso de CC como el dado a
conocer en el documento
US-A-2006/0163882 debido a las
ventajas inherentes a los motores de CA (debido a, por ejemplo, su
disponibilidad y necesidades de mantenimiento limitadas), se ha
descubierto que pueden implicar un problema de seguridad: en los
sistemas de accionamiento de paso de CC, como enseña el documento
US-A-2006/0163882, en el caso de un
fallo del convertidor de accionamiento de paso todavía será posible
llevar las palas a la posición de paso en bandera conectando los
motores de CC "directamente" a la correspondiente fuente de
energía de reserva. Sin embargo, en sistemas de accionamiento de
paso de CA como los de los documentos
US-A-2007/0024227 y
DE-A-10335575, la fuente de energía
de emergencia no puede acoplarse directamente al motor
correspondiente, sino que necesita una conversión a energía de CA,
mediante la parte de inversor del convertidor. Por tanto, en el caso
de un fallo del convertidor, el accionamiento de paso fallará. En
el caso de un fallo simultáneo del convertidor en los
accionamientos de paso de más de una pala, como en dos o tres de las
palas, algo que puede suceder, por ejemplo, si la turbina eólica es
alcanzada por un rayo, las consecuencias serían muy graves.
\vskip1.000000\baselineskip
Un aspecto de la invención se refiere a una
instalación de energía eólica que comprende:
un rotor que comprende al menos una pala de
rotor (por ejemplo, dos o tres palas de rotor) conectada a un
buje;
un generador, estando dispuesto dicho generador
para ser accionado por el rotor de modo que se produzca energía
eléctrica, estando dicho generador conectado o pudiendo conectarse a
una red general (una red de transmisión/distribución de energía)
para la distribución de la energía eléctrica generada por el
generador;
un sistema de control de paso para controlar el
paso (o ángulo de pala) de las palas de rotor, comprendiendo dicho
sistema de control de paso, para cada pala de rotor, un
accionamiento de paso que comprende al menos un motor de CA (por
ejemplo, uno o más motores de CA para cada pala) dispuesto para
interactuar con la correspondiente pala de rotor para producir el
movimiento de dicha pala de rotor alrededor de un eje longitudinal
de dicha pala de rotor;
en la que cada uno de dichos al menos un motor
de CA está dispuesto para ser alimentado por un convertidor (tal
como un convertidor CA/CA, que puede estar dispuesto en el buje;
cada motor de CA puede estar dotado de un convertidor individual)
del sistema de control de paso.
\vskip1.000000\baselineskip
Según la invención, el sistema de control de
paso comprende además, para cada uno de dichos convertidores,
medios para evitar dicho convertidor de modo que se conecte el motor
de CA para recibir energía desde una fuente de suministro de
energía de CA de emergencia.
El experto en la técnica podrá elegir la
disposición más adecuada para implementar los medios para evitar
dicho convertidor. Por ejemplo, puede utilizarse un interruptor o
contactor de derivación que puede activarse (cerrarse) mediante,
por ejemplo, uno o más de los siguientes medios:
a) Una señal apropiada desde el controlador
principal; si el controlador principal detecta un fallo del
convertidor de accionamiento de paso o que el convertidor de
accionamiento de paso no está funcionando correctamente, puede
activar el interruptor de derivación u otros medios para evitar el
convertidor.
b) Los medios para evitar el convertidor (como
un interruptor de derivación) pueden activarse mediante una función
de vigilancia "watch-dog"; por ejemplo,
si hay un error en la comunicación entre, por ejemplo, el
controlador principal y el accionamiento de paso, la función de
vigilancia puede, tras un cierto tiempo, disparar el interruptor de
derivación.
c) Los medios para evitar el convertidor (como
un interruptor de derivación) pueden activarse desde el propio
sistema de convertidor de paso en caso de que el controlador detecte
un fallo crítico tal como un error de HW (hardware) en los
interruptores electrónicos del convertidor de accionamiento de paso
o un fallo crítico en el acoplador de CC del convertidor de
accionamiento de paso.
d) Los medios para evitar el convertidor (como
un interruptor de derivación) también podrían activarse mediante un
sistema de detección de rayos.
\newpage
En ocasiones puede preferirse que sea el propio
controlador del convertidor de accionamiento de paso el que active
el interruptor de derivación, directa o indirectamente. Por ejemplo,
el controlador del convertidor de accionamiento de paso puede
enviar una señal al controlador principal indicando un fallo grave
en el sistema del convertidor de paso (un error de HW, un error del
acoplador de CC, etc.). Entonces, el controlador principal puede
enviar una señal a todos los accionamientos de paso para detener el
funcionamiento de sus sistemas de convertidor y cerrar los
correspondientes interruptores de derivación. Todos los
interruptores de derivación pueden por tanto activarse y todas las
palas de rotor se moverán entonces a su posición de paso en bandera
sustancialmente a la misma velocidad a la que todos los motores de
accionamiento de paso se conectarán a la misma tensión y
frecuencia.
La fuente de suministro de energía de CA de
emergencia puede ser la red general, por lo que el motor de CA se
alimentará con corriente a la frecuencia de la red general.
La fuente de suministro de energía de CA de
emergencia puede ser un extremo de salida del generador de la
instalación de energía eólica, por lo que el motor de CA se
alimentará con corriente a la frecuencia del generador. Esta opción
puede ser especialmente adecuada si se utiliza un generador
sincrónico, o un generador con alta remanencia.
Dicha fuente de suministro de energía de CA de
emergencia puede ser un sistema de alimentación ininterrumpida, por
ejemplo, uno que también esté previsto para proporcionar energía de
reserva a otros componentes de la instalación de energía eólica o
de la planta eólica a la que pertenece la instalación de energía
eólica.
Los medios para evitar el convertidor pueden
disponerse para conectar el motor de CA para que se alimente
sustancialmente de manera directa desde un sistema de transferencia
de energía góndola-buje (que puede comprender, por
ejemplo, una o más unidades de anillo colector, un transformador
giratorio, y/o cualquier otro dispositivo adecuado para la
transferencia de energía eléctrica entre dos dispositivos, uno de
los cuales gira con respecto al otro) dispuesto para suministrar
energía a componentes dentro del buje. En el presente documento,
"alimentado sustancialmente de manera directa" significa
alimentado sin que intervengan interruptores de convertidor de
semiconductor. Sin embargo, no excluye la posibilidad de utilizar un
transformador, por ejemplo, para disminuir el nivel de la tensión
de entrada a un nivel más adecuado para el motor de CA del
accionamiento de paso. Por ejemplo, si la tensión de la red general
se utiliza para alimentar el motor de CA, puede resultar conveniente
reducir el nivel de tensión. Las tensiones típicas de una red
general en la turbina (es decir, en el lado de generador del
transformador 32 en la figura 2) son del orden de 400 V, 690 V, 1000
V o 3300 V, mientras que los motores de CA para este tipo de
aplicaciones suelen estar diseñados para una tensión nominal de 400
V o 690 V. Como alternativa o como complemento a un transformador,
puede utilizarse un motor con una clase de tensión superior: el
aislamiento en un motor se diseña según la tensión nominal (tal como
400 V o 690 V) pero es posible obtener motores con un nivel de
aislamiento superior (por ejemplo, un motor de 400 V que tiene un
nivel de aislamiento de 690 ó 1000 V); esto es algo bastante
habitual en el caso de motores con convertidores de frecuencia ya
que estos producen tensiones de cresta alta.
La fuente de suministro de energía de CA de
emergencia también puede comprender (además de las fuentes
mencionadas anteriormente, o como una alternativa a las mismas) un
generador "adicional" dispuesto en el buje, para producir
energía de CA dentro del buje. Este generador adicional puede ser
accionado por el movimiento de rotación relativo entre buje y
góndola, y por tanto representar una fuente de energía
"interna" en el buje, lo que no requiere que se suministre
energía eléctrica desde el exterior del buje. Los medios para evitar
el convertidor pueden por tanto disponerse para conectar el motor
de CA para alimentarse sustancialmente de manera directa desde
dicho generador adicional.
El rotor puede comprender una pluralidad de
dichas palas de rotor, y dicho al menos un motor de CA puede
comprender al menos un motor de CA independiente para cada una de
dichas palas de rotor.
Otro aspecto de la invención se refiere a un
procedimiento de modificación del paso de pala de al menos una pala
de rotor en una instalación de energía eólica, comprendiendo dicha
instalación de energía eólica:
un rotor que comprende al menos una pala de
rotor conectada a un buje;
un generador, estando dispuesto dicho generador
para ser accionado por el rotor de modo que se produzca energía
eléctrica, pudiendo dicho generador conectarse a una red general
para distribuir la energía eléctrica generada por el generador;
un sistema de control de paso para controlar el
paso de la pala o palas de rotor, comprendiendo dicho sistema de
control de paso, para cada pala de rotor, un accionamiento de paso
que comprende al menos un motor de CA dispuesto para interactuar
con la correspondiente pala de rotor para producir el movimiento de
dicha pala de rotor alrededor de un eje longitudinal de dicha pala
de rotor;
en la que cada uno de dichos motores de CA está
dispuesto para ser alimentado por un convertidor del sistema de
control de paso (por ejemplo, cada motor de CA por un convertidor
independiente).
\vskip1.000000\baselineskip
Según la invención, el procedimiento comprende
las etapas de, en el caso de al menos una condición predeterminada
(como un fallo en uno o más de los convertidores del sistema de
control de paso, un error en la comunicación entre el sistema de
control de paso y el controlador principal, etc.), evitar
dicho(s) convertidor(es) de modo que el motor o
motores de CA se conectan para recibir energía desde una fuente de
suministro de energía de CA de emergencia, y modificar el paso de
pala de al menos una pala de rotor utilizando dicho al menos un
motor de CA que recibe energía desde dicha fuente de suministro de
energía de CA de emergencia.
Lo que se ha comentado respecto de la
instalación de energía eólica de la invención se aplica igualmente
al procedimiento, mutatis mutandis.
Por ejemplo, la fuente de suministro de energía
de CA de emergencia puede ser la red general (por lo que el motor
de CA se alimentará con corriente que tiene la frecuencia de la red
general), un extremo de salida del generador (por lo que el motor
de CA se alimentará con corriente que tiene la frecuencia del
generador) y/o un sistema de alimentación ininterrumpida.
La etapa de evitar el convertidor puede
comprender conectar el motor de CA para que se alimente
sustancialmente de manera directa desde un sistema de transferencia
de energía góndola-buje dispuesto para suministrar
energía a los componentes dentro del buje.
Como alternativa o como medida adicional, dicha
fuente de suministro de energía de CA de emergencia puede
comprender un generador adicional dispuesto en el buje para producir
energía de CA dentro del buje. Si esto es así, dicha etapa de
evitar el convertidor puede comprender la etapa de conectar el motor
de CA para que se alimente sustancialmente de manera directa desde
dicho generador adicional.
\vskip1.000000\baselineskip
Para completar la descripción y con el fin de
proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona
un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integrante de la
descripción e ilustran algunas realizaciones preferidas de la
invención, que no deberían interpretarse como que limitan el alcance
la invención, sino simplemente como un ejemplo de cómo puede
realizarse la invención. Los dibujos comprenden las siguientes
figuras:
Las figuras 1 y 2: ilustran esquemáticamente
algunos de los componentes principales de una instalación de
energía eólica, tal como se conoce en la técnica pero que también
puede corresponder a una instalación de energía eólica dentro del
alcance la presente invención.
Las figuras 3 y 4: ilustran esquemáticamente una
instalación de energía eólica con accionamientos de paso de pala
según una realización preferida de la invención.
La figura 5: ilustra esquemáticamente un
convertidor según una posible realización de la invención.
Las figuras 6A y 6B: ilustran esquemáticamente
una vista en sección transversal frontal y lateral, respectivamente,
de un buje con un generador adicional para producir energía
eléctrica dentro del buje.
La figura 7 ilustra esquemáticamente algunas
formas posibles de controlar la derivación de los convertidores de
los accionamientos de paso.
\vskip1.000000\baselineskip
Las figuras 3 a 5 ilustran esquemáticamente
algunos aspectos de una instalación de energía eólica según una
realización de la invención, que también puede corresponder a lo que
se muestra en las figuras 1 y 2. En la figura 3, puede verse cómo
el generador 13 está conectado a la red 4 general a través de un
transformador 32 (y, por ejemplo, a través de un convertidor, no
mostrado), en la que la red entre el generador 13 y la red 4
general incluye además un contactor 131 de generador y un contactor
321 principal. También hay un contactor 104 de suministro de
accionamiento de paso, que cuando se cierra permite que se
suministre energía hacia los motores de accionamiento de paso desde
la red general, a través de un sistema 103 de transferencia de
energía góndola-buje (que puede comprender, por
ejemplo, una o más unidades de anillo colector, un transformador
giratorio, y/o cualquier otro dispositivo adecuado para la
transferencia de energía eléctrica entre dos dispositivos, uno de
los cuales gira con respecto al otro), lo que hace posible
proporcionar energía eléctrica a elementos alojados en el buje 11
giratorio de la instalación de energía eólica. Durante el
funcionamiento, estos contactores están normalmente en la posición
cerrada.
Además, se muestran tres accionamientos A a C de
paso, comprendiendo cada uno un convertidor 101, alimentado
convenientemente desde el lado de la red 4 general a través de dicho
sistema 103 de transferencia de energía
góndola-buje (los convertidores también puede
colocarse en la góndola, en cuyo caso pueden alimentar a los
motores de CA a través del sistema de transferencia de energía
góndola-buje, como una unidad de anillo colector o
transformador giratorio). Por tanto, los convertidores 101 se
alimentan por energía de CA desde la red general y convierten ésta
energía de CA en energía de CA con los parámetros (como la
frecuencia) controlados por el control 1014 del convertidor (cf.
las figuras 4 y 5), de modo que esta energía de CA será adecuada
para alimentar los correspondientes motores 100 de CA del
accionamiento de paso. Cada motor 100 de CA está conectado a un
sistema de engranajes para accionar la correspondiente pala 12 de
rotor alrededor de su eje longitudinal. Hay numerosos sistemas
convencionales y adecuados para la conexión entre el motor de CA y
la pala de rotor, y por tanto no es necesario describirlos en la
presente memoria.
Por tanto, cada motor 100 de CA se alimenta por
energía de CA desde el correspondiente convertidor 101. La figura 5
muestra un ejemplo de un convertidor adecuado, que convencionalmente
comprende rectificador 1011, un acoplador 1012 CC y un convertidor
o inversor 1013, y está gobernado por una unidad 1014 de control que
puede recibir sus señales de entrada correspondientes desde el
regulador 21 de paso mencionado anteriormente.
El acoplador de CC puede conectarse a una
batería 105 de reserva y/o a otros medios de acumulación de energía
(como los denominados ULTRACAPS), de modo que puede proporcionarse
energía de reserva al motor, en caso de que hubiera un fallo en la
red general o en la transmisión desde la red general al convertidor,
por ejemplo, en el sistema 103 de transferencia de energía
góndola-buje. Por tanto, el convertidor puede
continuar, mediante el funcionamiento de la parte 1013 de inversor,
proporcionando energía de CA al motor 100 también en el caso de un
fallo de este tipo, al menos durante un cierto periodo de tiempo,
suficientemente largo para llevar la pala correspondiente a su
posición de "paso en bandera". Esta disposición también se
ilustra en la figura 4, en la que puede observarse además cómo el
buje aloja una unidad 106 central que incluye el regulador 21 de
paso, que supervisa cada uno de los accionamientos A a C de paso, en
la que se muestra detalladamente el accionamiento A de paso,
incluyendo la forma en que el convertidor 101 está dispuesto para
accionar el motor 100, bajo el control del control 1014 del
convertidor y con la batería 105 de reserva dispuesta en paralelo y
cargada bajo el control de la unidad 106 central.
Hasta ahora, lo que se ha descrito podría
corresponder esencialmente a un sistema de la técnica anterior.
Sin embargo, para proporcionar seguridad también
en el caso de daños en el convertidor 101 (por ejemplo, daños que
afectan a la parte 1013 de inversor del convertidor 101), se ha
proporcionado un interruptor 102 de derivación, que cuando se
cierra conlleva una conexión de derivación que conecta el motor 100
sustancialmente de manera directa al sistema 103 de transferencia
de energía góndola-buje, de modo que el motor puede
alimentarse directamente desde la red 4 general y/o directamente
desde el generador 13 (opcionalmente, a través de un convertidor 14
asociado con un generador) y/o desde un sistema 5 SAI (sistema de
alimentación ininterrumpida) externo, como se ilustra
esquemáticamente en la figura 3. Esto puede suponer ciertas
desventajas porque la energía aplicada al motor puede no tener las
características más adecuadas, tal como un nivel de tensión
optimizado, frecuencia, etc., aunque la energía puede ayudar, en
cualquier caso, a accionar el motor de CA de modo que las palas de
rotor se lleven a su posición de paso en bandera en una situación de
emergencia, contribuyendo así al frenado/detención de la turbina
eólica.
Como se indicó anteriormente, los interruptores
102 de derivación pueden activarse de diversas formas, por ejemplo,
mediante cualquiera de las siguientes señales (como se ilustran
esquemáticamente en la figura 7):
a) El interruptor 102 de derivación puede
activarse desde el controlador 2 principal; por ejemplo, si el
controlador 2 principal detecta un fallo en el convertidor 101 de
uno o más de los accionamientos A a C de paso, el controlador
principal puede enviar una señal que dispara el cierre del
interruptor o interruptores 102 de derivación relevantes.
b) El interruptor de derivación puede activarse
mediante una función 71 de vigilancia; por tanto, si por ejemplo
hay un error en la comunicación entre el controlador 2 principal y
el accionamiento de paso o el control 21 de paso, puede dispararse
el cierre de los interruptores 102 de derivación.
c) El interruptor de derivación puede activarse
desde el propio sistema de convertidor de paso, por ejemplo, si la
unidad 1014 de control del convertidor detecta un fallo crítico tal
como un error de HW en los interruptores electrónicos del
rectificador 1011 o el inversor 1013, o un fallo crítico en el
acoplador 1012 de CC.
d) Los interruptores 102 de derivación también
podrían activarse mediante un sistema de detección de rayos.
\vskip1.000000\baselineskip
Por ejemplo, el controlador 1014 del convertidor
puede activar el interruptor 102 de derivación directa o
indirectamente. La activación indirecta puede basarse, por ejemplo,
en que el controlador 1014 del convertidor envía una señal de error
al controlador 2 principal, indicando un fallo grave en el sistema
del convertidor (error de HW, error del acoplador de CC, etc.). El
controlador 2 principal puede entonces enviar una señal a todos los
controladores de paso para detener el funcionamiento de los
convertidores 101 de accionamiento de paso y cerrar los
interruptores 102 de derivación. En este caso, pueden activarse los
interruptores 102 de derivación de todos los tres accionamientos A
a C de paso, y todas las palas se moverán hacia la posición de paso
en bandera a la misma velocidad a la que todos los motores 100 de
accionamiento de paso se conectarán a la misma tensión y
frecuencia.
En una realización alternativa ilustrada en las
figuras 6A y 6B, un generador 6 adicional (también ilustrado
esquemáticamente en la figura 3) está dispuesto dentro del buje 11,
de modo que se produce energía eléctrica dentro del buje. Por
ejemplo, el generador puede comprender una rueda motriz o piñón 61
dispuesto para interactuar con una superficie 62 motriz (por
ejemplo, una superficie dotada de dientes para interactuar con los
dientes del piñón 61) dispuesta dentro de la góndola 15, de modo
que se hace girar el piñón 61 alrededor de su eje y se acciona así
el generador 6 adicional cuando el buje 11 gira alrededor de su eje.
Por tanto, se produce energía eléctrica dentro del buje. En esta
realización, el interruptor 102 de derivación puede disponerse de
tal manera que, cuando está cerrado, proporciona una conexión de
derivación que conecta el motor 100 sustancialmente de manera
directa con el generador 6 adicional, de modo que el accionamiento
de paso puede funcionar también en el caso de un fallo en el
sistema 103 de transferencia de energía
góndola-buje.
En el presente documento, el término
"comprende" y sus derivaciones (tales como
"comprendiendo", etc.) no deben entenderse en un sentido
excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como que
excluyen la posibilidad de que lo que se ha descrito y definido
pueda incluir otros elementos, etapas, etc.
Por otro lado, la invención no está limitada
evidentemente a la(s) realización(es) específicas
descrita(s) en la presente memoria, sino que también abarca
variaciones que cualquier experto en la técnica puede considerar
(por ejemplo, en lo que respecta a la elección de materiales,
dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance
general de la invención tal como se define en las
reivindicaciones.
Claims (15)
1. Instalación de energía eólica que
comprende:
un rotor que comprende al menos una pala (12) de
rotor conectada a un buje (11);
un generador (13), estando dispuesto dicho
generador para ser accionado por el rotor de modo que se produzca
energía eléctrica, pudiendo conectarse dicho generador a una red (4)
general para distribuir la energía eléctrica generada por el
generador;
un sistema de control de paso para controlar el
paso de las palas de rotor, comprendiendo dicho sistema de control
de paso, para cada pala (12) de rotor, un accionamiento (A, B, C) de
paso que comprende al menos un motor (100) de CA dispuesto para
interactuar con la correspondiente pala (12) de rotor para producir
el movimiento de dicha pala de rotor alrededor de un eje
longitudinal de dicha pala de rotor;
en la que cada uno de dichos al menos un motor
(100) de CA está dispuesto para ser alimentado por un convertidor
(101) del sistema de control de paso;
caracterizada porque
el sistema de control de paso comprende además
medios (102) para evitar dicho convertidor (101) de modo que se
conecta el correspondiente motor (100) de CA para recibir energía
desde una fuente de suministro de energía de CA de emergencia.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía
de CA de emergencia es la red (4) general, por lo que el motor de CA
se alimentará con corriente que tiene la frecuencia de la red
general.
3. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía
de CA de emergencia es un extremo de salida del generador (13), por
lo que el motor de CA se alimentará con corriente que tiene la
frecuencia del generador.
4. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía
de CA de emergencia es un sistema (5) de alimentación
ininterrumpida.
5. Instalación de energía eólica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos
medios para evitar el convertidor están dispuestos para conectar el
motor (100) de CA para que se alimente sustancialmente de manera
directa desde un sistema (103) de transferencia de energía
góndola-buje dispuesto para suministrar energía a
los componentes dentro del buje (11).
6. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, en la que dicha fuente de suministro de energía
de CA de emergencia comprende un generador (6) adicional dispuesto
en el buje (11) para producir energía de CA dentro del buje.
7. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 6, en la que dichos medios para evitar el convertidor
están dispuestos para conectar el motor (100) de CA para que se
alimente sustancialmente de manera directa desde dicho generador
(6) adicional.
8. Instalación de energía eólica según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho rotor
comprende una pluralidad de dichas palas (12) de rotor, y en la que
dicho al menos un motor (100) de CA comprende al menos un motor de
CA independiente para cada una de dichas palas de rotor.
9. Procedimiento de modificación del paso de
pala de al menos una pala de rotor en una instalación de energía
eólica, comprendiendo dicha instalación de energía eólica:
un rotor que comprende al menos una pala (12) de
rotor conectada a un buje (11);
un generador (13), estando dispuesto dicho
generador para ser accionado por el rotor de modo que se produzca
energía eléctrica, pudiendo conectarse dicho generador a una red (4)
general para distribuir la energía eléctrica generada por el
generador;
un sistema de control de paso para controlar el
paso de las palas de rotor, comprendiendo dicho sistema de control
de paso, para cada pala (12) de rotor, un accionamiento (A, B, C) de
paso que comprende al menos un motor (100) de CA dispuesto para
interactuar con la correspondiente pala (12) de rotor para producir
el movimiento de dicha pala de rotor alrededor de un eje
longitudinal de dicha pala de rotor;
en la que cada uno de dichos al menos un motor
(100) de CA está dispuesto para ser alimentado por un convertidor
(101) del sistema de control de paso;
caracterizado porque
el procedimiento comprende las etapas de, en el
caso de al menos una condición predeterminada,
evitar al menos un convertidor (101) de modo que
se conecta el al menos un motor (100) de CA para recibir energía
desde una fuente de suministro de energía de CA de emergencia, y
modificar el paso de pala de al menos una pala
(12) de rotor utilizando dicho al menos un motor (100) de CA que
recibe energía desde dicha fuente de suministro de energía de CA de
emergencia.
\vskip1.000000\baselineskip
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es
la red (4) general, por lo que el motor de CA se alimentará con
corriente que tiene la frecuencia de la red general.
11. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es
un extremo de salida del generador (13), por lo que el motor de CA
se alimentará con corriente que tiene la frecuencia del
generador.
12. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia es
un sistema (5) de alimentación ininterrumpida.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 12, en el que la etapa de evitar el convertidor
comprende conectar el motor (100) de CA para que se alimente
sustancialmente de manera directa desde un sistema (103) de
transferencia de energía góndola-buje dispuesto para
suministrar energía a los componentes dentro del buje (11).
14. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que dicha fuente de suministro de energía de CA de emergencia
comprende un generador (6) adicional dispuesto en el buje (11) para
producir energía de CA dentro del buje.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en
el que dicha etapa de evitar el convertidor comprende conectar el
motor (100) de CA para que se alimente sustancialmente de manera
directa desde dicho generador (6) adicional.
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