[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

ES2392226B1 - Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía. - Google Patents

Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía. Download PDF

Info

Publication number
ES2392226B1
ES2392226B1 ES200902345A ES200902345A ES2392226B1 ES 2392226 B1 ES2392226 B1 ES 2392226B1 ES 200902345 A ES200902345 A ES 200902345A ES 200902345 A ES200902345 A ES 200902345A ES 2392226 B1 ES2392226 B1 ES 2392226B1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
wind turbine
power
energy
regulation
variable speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
ES200902345A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2392226A1 (es
Inventor
Ángel MARTÍN DA SILVA
Juan Carlos García Andújar
José María LÓPEZ RUBIO
Mario Jiménez De Lago
Ignacio Romero-Sanz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation and Technology SL
Original Assignee
Gamesa Innovation and Technology SL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gamesa Innovation and Technology SL filed Critical Gamesa Innovation and Technology SL
Priority to ES200902345A priority Critical patent/ES2392226B1/es
Priority to EP10015467.3A priority patent/EP2336558B1/en
Priority to PL10015467T priority patent/PL2336558T3/pl
Priority to ES10015467.3T priority patent/ES2643162T3/es
Priority to US12/964,757 priority patent/US9018780B2/en
Priority to CN201010625049.8A priority patent/CN102322393B/zh
Publication of ES2392226A1 publication Critical patent/ES2392226A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2392226B1 publication Critical patent/ES2392226B1/es
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D17/00—Control of torque; Control of mechanical power
    • G05D17/02—Control of torque; Control of mechanical power characterised by the use of electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/1016—Purpose of the control system in variable speed operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1033—Power (if explicitly mentioned)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/20—Purpose of the control system to optimise the performance of a machine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Métodos de operación de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía. Usan medios de control para llevar a cabo una regulación estándar siguiendo una curva potencia vs. velocidad del generador (21) y también usan una regulación alternativa a una potencia Pb más alta que la determinada por la regulación estándar para optimizar la producción de energía durante determinados períodos de tiempo Tb para compensar pérdidas previas de energía, estando basada dicha regulación alternativa en el cálculo continuo de la energía perdida acumulada ALE como la energía perdida respecto a la máxima producción de energía permitida por la regulación estándar y en la fijación de dicha potencia más alta Pb y dichos períodos de tiempo Tb de manera compatible con las limitaciones mecánicas y/o eléctricas del aerogenerador. La invención también se refiere a aerogeneradores controlado por dichos métodos.

Description

MÉTODOS DE CONTROL DE AEROGENERADORES PARA MEJORAR LA PRODUCCiÓN DE ENERGíA RECUPERANDO PÉRDIDAS DE ENERGíA
CAMPO DE LA INVENCION
La invención se refiere a métodos de control de aerogeneradores de velocidad variable y, en particular, a métodos de control de aerogeneradores 00 control variable para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas &=! energía.
ANTECEDENTES
Los aerogeneradores son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Un aerogenerador típico incluye una góndola montada sobre una torre que alberga un tren de potencia para transmitir la rotación de un rotor a un generador eléctrico y otros componentes tal como los motores de orientación mediante los que se orienta el aerogenerador, varios controladores V un freno. El rotor soporta varias palas que se extienden radialmenle para capturar la energía cinética del viento y causan un movimiento rotatorio del tren de potencia. Las palas del rotor tienen una forma aerodinámica de manera que cuando el viento pasa a través de la superficie de la pala se crea una fuerza ascensional que causa la rotación de un eje al que está conectado directamente o a través de un dispositivo de multiplicación-un generador eléctrico situado dentro de la góndola. La cantidad de energía producida por los aerogeneradores depende de la superficie de barrido del rotor de palas que recibe la acción del viento y, consecuentemente, el incremento de la longitud de las palas implica normalmente un incremento de la producción de energia del aerogenerador.
En los métodos y sistemas de control conocidos la energía producida por
3 o un aerogenerador se incrementa con la velocidad del viento hasta que se alcanza un nivel nominal pre-establecido y a partir de ahí se mantiene constante. Ello se hace regulando el ángulo de paso de las palas de manera
que el áng ulo de paso de las palas del rotor se cambia hacia un menor ángulo
de ataque para reducir la energía capturada y hacia un mayor ángulo de ataque
para incrementar la energia capturada. Por tanto la velocidad del generador y,
consecuentemente, la energía producida pueden mantenerse relativamente
5
constantes con velocidades crecientes del viento cuando la producción d~
energia se lleva a cabo a la potencia nominal.
La regulación de la potencia y de la velocidad del rotor está basada, en le
mayoría de los aerogeneradores comerciales conocidos en controladores, tales
como los controladores P, PI , PD, PI O, que reaccionan a las errores producidos
la
entre las variables controladas y sus valores de referencia con las consiguientoo
limitaciones.
En el caso de ráfagas y turbulencias la velocidad del viento pued\¡
cambiar drásticamente en un relativamente pequeño intervalo temporal
requiriendo cambios rápidos del ángulo de paso de las palas para mantener
15
constante la potencia que son dificiles de implementar teniendo en cuenta la
dinámica del actuador que controla el ángulo de paso de las palas, la inercia ere
los componentes mecánicos y la coherencia espacial del viento. COITlG,
resultado, es casi imposible obtener la producción teóricamente prescrita en
situaciones de viento turbulento.
2 o
Para solucionar ese y otros problemas se conocen varias propuestas de
nuevos métodos de control que mejoran su rendimiento con respecto a los
conocidos como ejemplo la propuesta descrita en WO 2008/046942.
Esta invención está orientada a la atención de ese mismo problema
usando controladores conocidos para que pueda ser implementada en los
25
aerogeneradores ya instalados.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objeto de la presente invención es proporcionar aerogeneradores
3 o
controlados por métodos de control que permiten la optimización de la
producción de energía.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar aerogeneradores
controlados por métodos de control que permiten la optimización de la
producción de energía en aerogeneradores ya instalados, sin necesidad de
cambiar la tecnología de control utilizada.
s
Otro objeto de la presente invención es proporcionar métodos de contre
de aerogeneradores adaptados para optimizar la producción de energia
asociada a la zona de producción parcial de la curva de potencia (tambiérJ
llamada esquina de la curva de potencia).
En un aspecto, esos y otros objetos se consiguen proporcionando un
10
método de operación de un aerogenerador de velocidad variable que
comprende medios de control para llevar a cabo una regulación estándal
siguiendo una curva potencia VS . velocidad del generador que comprende urrn
primera zona sub-nominal en la que se mantiene constante la velocidad deJ
generador a su valor de acoplamiento, una segunda zona sub-nominal en la que
15
se permite que tanto la velocidad del generador como la potencia
aumenten/disminuyan en línea con la velocidad del viento, una tercera zona
sub-nominal en la que se mantiene constante la velocidad del generador en su
valor nominal y una zona nominal en la que se mantiene constante la potencta
en su valor nominal P n Y en el que se usa una regulación alternativa a una
2 o
potencia Pb más alta que la determinada por la regulación estándar para
optimizar la producción de energía durante determinados períodos de tiempo Tb
para compensar pérdidas previas de energía.
En una realización preferente, dicha regulación alternativa está basada
en el cálculo continuo de la energía perdida acumulada ALE como la energía
25
perdida respecto a la máxima producción de energía permitida por la regulación
estándar y en la fijación de dicha potencia más alta Pb y de la duración de
dichos períodos de tiempo Tb de manera compatible con las limitaciones
mecánicas ylo eléctricas del aerogenerador. Se consigue con ello un método
para incrementar la producción de energía de los aerogeneradores ya
3 o
instalados, sin necesidad de cambiar la tecnología de control utilizada.
En otra realización preferente dicha potencia más alta Pb se fija como una
constante. Se consigue con ello un método apropiado para aerogeneradores
con limitaciones para cambios de referencias de potencia.
En otra realización preferente dicha potencia más alta Pb se fija como una
5
variable dependiente de la energía perdida acumulada ALE. Se consigue con
ello un método que permite la optimización de la producción de energía.
En realizaciones preferentes apropiadas para aerogeneradore:;
instalados actualmente la potencia más alta Pb está comprendida en un rango
del 104-110% de la potencia nominal Po Y los periodos de tiempo Tb están
10
comprendidos en un rango de 180-300 s.
En otra realización preferente el cálculo de la energía perdida acumuladll
ALE se realiza manteniendo un límite superior ALEmax Y un limite inferior ALEn ,,"
para que se mantenga dentro de niveles recuperables usando dícha regulación
alternativa. Se consigue con ello un método que permite un uso controlado de
15
dicha regulación alternativa.
En otra realización preferente el límite superior ALEma x se determina
como la máxima energ ia recuperable en un período de tiempo T b. Se consigua
con ello un método que permite un uso optimizado de dicha regulación
alternativa.
2 O
En otra realización preferente dicha regulación alternativa se activa
cuando, estando el aerogenerador controlado por la regulación estándar, la
energía perdida acumulada ALE es mayor de un valor predeterminado ALE, y
se desactiva cuando la energía perdida acumulada ALE es menor de un valor
predeterminado ALE2. Se consigue con ello un método que permite que dicha
25
regulación alternativa se use de una manera controlada evitando ciclos muy
cortos de activación/desactivación .
En otro aspecto, los objetos mencionados se consiguen proporcionando
un aerogenerador de velocidad variable controlado por el método mencionado
anteriormente. Se consigue con ello una vía para mejorar la producción de
30
energía de muchos aerogeneradores instalados.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán
de la descripción detallada que sigue en relación con las figuras que se
acompañan.
5
BREVE DESCRtPCION DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra esquemáticamente los componentes principales de
un aerogenerador.
10
La Figura 2 muestra una curva Polencia VS. Velocidad del generador
conocida en la técnica que se usa para controlar aerogeneradores de velocidaq
variable.
La Figura 3 muestra una curva estimada turbulenta de Polencia promedia
aplicando un método de control de la técnica anterior y una curva estacionaria
15
ideal de Potencia.
La Figura 4 muestra una gráfica Potencia instantánea vs. Tiempn
ilustrando un método según la presente invención con períodos de tiempo con
pérdidas de energía y con períodos de tiempo con ganancias de energía.
La Figura 5 muestra una curva estimada turbulenta de Potencia promedio
2 o
aplicando un método de control de la técnica anterior, una curva turbulenta
estimada de Potencia promedio aplicando un método de control según la
presente invención y una curva ideal de Polencia.
La Figura 6 muestra curvas de Polencia medida vs. Tiempo y de
Polencia promedio vs . Tiempo obtenidas en una simulación aplicando un
25
método de control de la técnica anterior y un método de control según la
presente invención para una velocidad de viento promedio de 11 mIs.
La Figura 7 muestra curvas de Potencia medida vs. Tiempo y de
Potencia promedio vs. Tiempo obtenidas en una simulación aplicando un
método de control de la técnica anterior y un método de control según la
3 o
presente invención para una velocidad de viento promedio de 13 mIs.
La Figura 8 muestra curvas de Potencia medida vs. Tiempo y de
Potencia promedio vs. Tiempo obtenidas en una simulación aplicando un
método de control de la técnica anterior y un método de control según la
presente invención para una velocidad de viento promedio de 17 mIs.
DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
5
Un aerogenerador 11 convencional comprende una torre 13 soportando
una góndola 21 que alberga un generador 19 para convertir la energia rotacional
del rotor del aerogenerador en energía eléctrica. El rotor del aerogenerador
comprende un buje de rotor 15 y, normalmente, tres palas 17. El buje del rotor
10
15 está conectado, bien directamente o a través de una multiplicadora, al
generador 19 del aerogenerador para transferir el par generado por el rotor 15 al
generador 19 incrementando la velocidad del eje a fin de alcanzar una velocidati
rotacional apropiada del rotor del generador.
La energía producida por un aerogenerador moderno está controlada
15
normalmente por medio de un sistema de control para regular el ángulo de paso
de las palas del rotor y el par motor del generador. La velocidad rotacional d,,¡
rotor y la producción de energia de un aerogenerador pueden ser puse
controladas inicialmente, es decir, antes de una transferencia de energía a un::l
red de distribución eléctrica a través de un convertidor.
20
El objetivo básico de los métodos de operación de un aerogenerador de
velocidad variable es alcanzar una operación con la producción
aerodinámicamente ideal el mayor tiempo posible.
Como es sabido, la energía cinética asociada con el viento incidente
depende del área barrida por las palas del rotor, de la densidad del aire y del
25
cubo de la velocidad del viento y se considera que los aerogeneradores pueden
extraer hasta el 59% de dicha energia. Por ello, se representa la capacidad de
cada aerogenerador para aproximarse a dicho límite por el llamado coeficiente
de potencia Cp que está determinado por sus características aerodinámicas,
particularmente por el ratio 1.. de su velocidad en la punta que se define como la
3 O
relación entre la velocidad tangencial de la punta de la pala y la velocidad del
viento incidente. Si se puede mantener ese ratio en su valor óptimo, de manera
que la velocidad del rotor siga la velocidad del viento, se obtiene el máximo
coeficiente de potencia Cp del aerogenerador, alcanzando una conversión de
energía muy eficiente.
La estrategia de control seguida generalmente en los aerogeneradores
de velocidad variable está basada en ajustar eléctricamente el par dal
5
generador para alcanzar la máxima producción lo que se lleva a cabo usando
un controlador que recibe señales indicado la velocidad del generador y la
potencia producida por el generador y que proporciona una señal de referencia
del par al convertidor para obtener la potencia requerida.
Consecuentemente, el controlador del aerogenerador usa una curva que
10
define la relación funcional deseable entre potencia y velocidad para alcanzar la
producción ideal.
Para una mejor comprensión de la presente invención, se hace
seguidamente una breve descripción de una típica curva potencia VS . velocidad
del generador 21 , mostrada en la Figura 2.
15
Esta curva comprende una primera zona sub-nominal 23 en la que la
velocidad del viento alcanza el nivel mínimo para comenzar la operación del
aerogenerador. En esta zona , el control del aerogenerador es muy limitado ya
que el aerogenerador no puede capturar la máxima energía. La segunda zona
sub-nominal 25 corresponde a velocidades del viento en el rango de 4-8 mis, en
2 o
la que la velocidad del generador se incrementa y el aerogenerador funciona
con un óptimo coeficiente de potencia Cp. La tercera zona sub-nominal 27
corresponde a velocidades del viento en el rango 8-11 mis, en la que se
mantiene constante la velocidad del generador nr1 mientras la potencia se
incrementa hasta la potencia nominal-En esta zona el ángulo de paso de las
25
palas es fijo y la velocidad del generador se controla a través del par. En la zona
nominal 29, tiene lugar la operación del aerogenerador a plena carga bajo el
control del ángulo de paso de las palas para evitar sobrecargas.
En condiciones ideales la curva de potencia promedio resultante sería la
curva 31 de la Figura 3 pero como consecuencia de, entre otros factores, las
3 o
distorsiones creadas por la turbulencia del viento y [as características
mencionadas más arriba de los controladores [a curva de potencia real 33 sufre
una suavización en la zona de esquina próxima a la potencia nominal. Este
efecto causa una pérdida de energía respecto a la producción ideal de energía.
La idea básica de la presente invención, como se ilustra en la Fíg. 4, es el
uso de una regulación alternativa a la regulación estándar a lo largo dp.
s
determinados períodos de tiempo T b a una potencia más alta Pb que la potencia
nominal Pn para compensar pérdidas previas de energía en períodos la
Haciendo eso se puede alcanzar, como se muestra en la Figura 5 una curva de
potencia promedio resultante 35 más cercana a la curva de potencia ideal 3:1'
que la curva de potencia 33 correspondiente a los métodos de control de la
10
técnica anterior.
Dichos períodos de tiempo T b están restringidos por limites mecánicos y
eléctricos y consiguiente es muy difícil una recuperación total de las pérdidas
previas de energía. Se considera que T b está comprendido entre 180-300
segundos en muchos de los aerogeneradores comerciales conocidos.
15
La potencia más alta Pb está muy relacionada tanto con los limites
eléctricos como con los límites mecánicos del aerogenerador y se considera qoo
está comprendida en un rango de 104-110% Po en muchos de 106
aerogeneradores comerciales conocidos.
Por una parte, la implementación de dicha regulación alternativa está
2 o
basada en un cálculo continuo de la energía perdida acumulada ALE como la
integración en tiempo de la diferencia entre la máxima potencia promedio
permitida (la potencia nominal Pn) y la potencia producida en cada intervalo de
tiempo, manteniendo un límite superior ALEmax para la máxima perdida de
energía que se permite acumular, que se establece como la máxima cantidad
25
de energía recuperable en hipotéticos períodos de tiempo T b a la potencia más
alta Pb, siendo la duración de dichos períodos de tiempo T b Y el nivel de dicha
potencia más alta Pb compatibles con las limitaciones mecánicas y eléctricas del
generador, y un limite inferior ALEminpara la mínima perdida de energía que se
permite acumular.
3 o
ALEmax puede ser obtenida en términos generales como la integración de
Pb -Pn desde t=Q a T b. El parámetro ALEmin se define para proporcionar un
pequeño extra margen para la recuperación de energía, principalmente en
aquellos instantes en los que utilizando la regulación estándar la potencia es
ligeramente superior a la referencia del control. La regulación alternativa se activa cuando, estando el aerogenerador
controlado por la regulación estándar, la energía perdida acumulada ALE e.
5 superior a un valor predeterminado ALE1. La regulación alternativa se desactiva
cuando la energia perdida acumulada ALE es inferior a un valor predeterminado ALE,.
Por otra parte, la implementación de dicha regulación alternativa esta basada en la determinación de la potencia más alta Pb que debe ser usada, es 10 decir el incremento de potencia que debe se añadido a la máxima potencia'
permitida en el bucle de par, con el objetivo de recuperar el déficit de energia de
períodos anteriores. En una realización Pb puede ser fijado como una constante para la regulación alternativa.
15 En otra realización Pb se calcula teniendo en cuenta el volumen de la energla perdida acumulada ALE y las limitaciones de duración de los periodos temporales Tb bajo la regulación alternativa. En particular Pb puede ser calculado usando una tabla preestablecida de relación ALE I Pb teniendo en
cuenta las características mecánicas y eléctricas relevantes para dicha 20 regulación alternativa. En ningún caso Pb puede alcanzar una potencia máxima Pmax pre-establecida.
Los valores de los parámetros mencionados anteriormente ALE1, ALE2, ALEmax, ALEmin también se determinan teniendo en cuenta las limitaciones del generador y el convertidor en relación, entre otras características, al factor de
25 potencia, la temperatura y el voltaje. Deben tenerse en cuenta particularmente las restricciones térmicas y de sobre-corrientes. Las Figuras 6-8 muestran las curvas de potencia 41 obtenidas en simulaciones aplicando la regulación conocida en la técnica y las curvas de
potencia aplicando la regulación según esta invención para velocidades de
30 viento promedio de, respectivamente, 11 mIs, 15 mIs y 17 mIs. También se
muestran las curvas de potencia promedio 45, 47 obtenidas aplicando ambas
regulaciones.
Como puede verse en las Figuras 6-8 aplicando un método de control
según la presente invención hay períodos del tiempo en los que se utiliza la
regulación estándar y en los que hay pérdidas de energía , seguidos de periodos
de tiempo en lo que se usa la regulación alternativa según la presente invenciórI
5
para recuperar, al menos en parte, dichas pérdidas de energía. La cantidad
recuperada es mayor cuando la velocidad del viento demanda una potencia
operacional cercana a la potencia nominal.
Las Figuras mencionadas 6-8 han sido obtenidas aplicando un métooO'
de control según la presente invención a un aerogenerador de 2 MW y 80 m de
10
diámetro. Se ha considerado una potencia nominal de 2000 kW, una potencie
más alta Pb de 2080 kW, un período temporal Tb de 180 s, un ALEm " de 1440U
kWs {calculado como el área (Pb -Po )xTb, es decir (2080-2000)x180), un ALEM>O
de -600 kWs (el 2% de la potencia nominal en un periodo de 15 s), un ALE, de
O kWs y un ALE , de 576 kWs (4% de ALEm,,) .
15
El método considerado en la presente invención se implementa usando
medios disponibles en los sistemas de control de aerogeneradores de velocidad
variable. Estos medios comprenden por un lado dispositivos de medida da
variables relevantes como la velocidad del generador o la potencia producida en
cada instante y medios de proceso que permiten fijar referencias operacionales
2 O
para el aerogenerador tales como el par demando por el generador como una
función de varias condiciones.
La regulación alternativa objeto de esta invención se implementa en
particular incluyendo en los mencionados medios de proceso un algoritmo cuya
entrada básica es, como hemos indicado, la potencia producida P y cuya salida
25
básica es la activación de dicha regulación alternativa con una referencia
operacional para el par demandado por el generador y la desactivación de dicha
regulación alternativa.
Finalmente debe advertirse que una ventaja de la regulación alternativa
objeto de la presente invención en relación con la técnica anterior es que
30
permite una compensación de pérdidas de energía respecto a la producción
prescrita ideal debidas a cualquier causa .
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión
con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11)
    que comprende medios de control para llevar a cabo una regulación estándac
    siguiendo una curva potencia vs. velocidad del generador (21) que comprende una primera zona sub-nominal (23) en la que se mantiene constante la velocidad del generador a su valor de acoplamiento, una segunda zona subnominal (25) en la que se permite que tanto la velocidad del generador como la
    potencia aumenten/disminuyan en línea con la velocidad del viento, una tercera
    zona sub-nominal (27) en la que se mantiene constante la velocidad del
    generador en su valor nominal y una zona nominal (28) en la que se mantiene
    constante la potencia en su valor nominal Pn, caracterizado porque duranté, determinados períodos de tiempo T b se usa una regulación alternativa a una, potencia Pb más alta que la determinada por la regulación estándar para
    optimizar la producción de energia compensando pérdidas previas de energia.
  2. 2.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (1 t)
    según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha regulación alternativa está
    basada en el cálculo continuo de la energía perdida acumulada ALE como la
    energía perdida respecto a la máxima producción de energía permitida por la
    regulación estándar y en la fijación de dicha potencia más alta Pb y dichos
    períodos de tiempo T b de manera compatible con las limitaciones mecánicas ylo
    eléctricas del aerogenerador.
  3. 3.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11)
    según la reivindicación 2 , caracterizado porque dicha potencia más alta Pb se fija como una constante.
  4. 4.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11 )
    3 o según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha potencia más alta Pb se fija
    como una variable dependiente de la energia perdida acumulada ALE.
  5. 5.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11)
    según cualquiera de las reivindicaciones 2-4 , caracterizado porque dicha
    potencia más alta Pb está comprendida en un rango del 104-110% de la
    potencia nominal Pn.
    5
  6. 6.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11)
    según cualquiera de las reivindicaciones 2-5, caracterizado porque la duración
    de dichos periodos temporales está comprendida en un rango de 180-300 s.
    10
    7.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11)
    según cualquiera de las reivindicaciones 2-6, caracterizado porque el cálculo dé
    la energia perdida acumulada ALE se realiza manteniendo un limite superio<
    ALEmax Y un limite inferior ALEmin para que se mantenga dentro de niveles
    recuperables usando dicha regulación alternativa.
    1 5
  7. 8.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (1 t)
    según la reivindicación 7, caracterizado porque el limite superior ALEm " se
    determina como la máxima energía recuperable en un período de tiempo Tb
    20
    9.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11)
    según cualquiera de las reivindicaciones 2-8, caracterizado porque:
    -dicha regulación alternativa se activa cuando, estando el aerogenerador
    controlado por la regulación estándar, la energía perdida acumulada ALE es
    mayor de un valor predeterminado ALE,;
    25
    -dicha regulación alternativa se desactiva cuando la energía perdida
    acumulada ALE es menor de un valor predeterminado ALE, .
  8. 10.-Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable (11)
    según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque dicha
    3 O
    regulación alternativa se activa estando controlado el aerogenerador por dicha
    regulación estándar en dicha tercera zona sub-nominal (27) o en dicha zona
    nominal (29).
  9. 11. Un aerogenerador de velocidad variable (11) controlado por un
    método según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1-10.
ES200902345A 2009-12-16 2009-12-16 Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía. Expired - Fee Related ES2392226B1 (es)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200902345A ES2392226B1 (es) 2009-12-16 2009-12-16 Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía.
EP10015467.3A EP2336558B1 (en) 2009-12-16 2010-12-09 Method of operating a variable speed wind turbine
PL10015467T PL2336558T3 (pl) 2009-12-16 2010-12-09 Sposób sterowania turbiną wiatrową o zmiennej prędkości
ES10015467.3T ES2643162T3 (es) 2009-12-16 2010-12-09 Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía
US12/964,757 US9018780B2 (en) 2009-12-16 2010-12-10 Control system and method to improve the electrical energy production of a variable speed wind turbine by alternative regulation
CN201010625049.8A CN102322393B (zh) 2009-12-16 2010-12-15 用于提高恢复能量损失的发电量的风轮机控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200902345A ES2392226B1 (es) 2009-12-16 2009-12-16 Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2392226A1 ES2392226A1 (es) 2012-12-05
ES2392226B1 true ES2392226B1 (es) 2013-10-10

Family

ID=43797857

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES200902345A Expired - Fee Related ES2392226B1 (es) 2009-12-16 2009-12-16 Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía.
ES10015467.3T Active ES2643162T3 (es) 2009-12-16 2010-12-09 Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES10015467.3T Active ES2643162T3 (es) 2009-12-16 2010-12-09 Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9018780B2 (es)
EP (1) EP2336558B1 (es)
CN (1) CN102322393B (es)
ES (2) ES2392226B1 (es)
PL (1) PL2336558T3 (es)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8460223B2 (en) * 2006-03-15 2013-06-11 Hill-Rom Services Pte. Ltd. High frequency chest wall oscillation system
EP2603695B1 (en) * 2010-08-12 2015-09-30 Vestas Wind Systems A/S Control of a wind power plant
DE102011003799C5 (de) * 2011-02-08 2017-10-26 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Bestimmen entgangener Energie
DE102011101897A1 (de) * 2011-05-18 2012-11-22 Nordex Energy Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
CN103362734B (zh) * 2012-03-30 2015-10-28 北京能高自动化技术股份有限公司 变速变桨风力发电机组基于传动摩擦阻尼补偿的最大功率追踪控制方法
ITRM20130272A1 (it) * 2013-05-08 2014-11-09 Consiglio Nazionale Ricerche Metodo e relativo sistema per la conversione di energia meccanica, proveniente da un generatore comandato da una turbina, in energia elettrica.
ES2528065B1 (es) 2013-07-31 2015-11-13 Acciona Windpower, S.A. Sistema de control de potencia de una unidad de generación eléctrica
EP2940295B1 (en) * 2014-04-29 2018-04-11 General Electric Company System and method for controlling a wind farm
JP6242830B2 (ja) * 2015-02-24 2017-12-06 三菱重工業株式会社 風車翼の損傷検知方法及び風車
EP3264556A4 (en) * 2015-02-25 2019-03-27 KYOCERA Corporation DEVICE FOR CONVERTING ELECTRICAL ENERGY, SYSTEM FOR MANAGING ELECTRICAL ENERGY AND METHOD FOR CONVERTING ELECTRICAL ENERGY
CN105275742B (zh) * 2015-11-09 2018-03-16 国家电网公司 一种风电机组自适应环境的控制方法
GB2551701A (en) * 2016-06-21 2018-01-03 Univ Court Univ Of Edinburgh Control or processing system and method
US10903659B2 (en) 2017-06-12 2021-01-26 Vestas Wind Systems A/S Control of energy production errors in a wind park
CN107313901B (zh) * 2017-08-17 2019-05-07 深圳市易邻益邦科技有限公司 一种风电机组发电量损失的评估方法及装置
CN108708823B (zh) * 2018-04-28 2022-05-06 山东中车风电有限公司 风力发电机组的最优增益参数在线优化方法与系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4161658A (en) * 1978-06-15 1979-07-17 United Technologies Corporation Wind turbine generator having integrator tracking
US4703189A (en) * 1985-11-18 1987-10-27 United Technologies Corporation Torque control for a variable speed wind turbine
US5083039B1 (en) * 1991-02-01 1999-11-16 Zond Energy Systems Inc Variable speed wind turbine
JP2001327083A (ja) * 2000-05-18 2001-11-22 Ngk Insulators Ltd 高温二次電池による電力貯蔵及び補償システム
US6858953B2 (en) * 2002-12-20 2005-02-22 Hawaiian Electric Company, Inc. Power control interface between a wind farm and a power transmission system
US8649911B2 (en) * 2005-06-03 2014-02-11 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions
DE102005045516A1 (de) * 2005-09-22 2007-03-29 Daubner & Stommel GbR Bau-Werk-Planung (vertretungsberechtigter Gesellschafter: Matthias Stommel, 27777 Ganderkesee) Verfahren zur Anpassung einer Windenergieanlage an gegebene Windverhältnisse
JP4738206B2 (ja) * 2006-02-28 2011-08-03 三菱重工業株式会社 風力発電システム、及びその制御方法
DE102006039693A1 (de) * 2006-08-21 2008-03-20 Nordex Energy Gmbh Verfahren zum Betreiben von Windenergieanlagen
ES2299375B1 (es) 2006-10-17 2009-03-01 Fundacion Cener-Ciemat Sistema para la estimacion del comportamiento de un aerogenerador que opera en lazo cerrado.
ES2353089B2 (es) * 2008-11-28 2011-09-05 Fundacion Cener-Ciemat Sistema para la estimación en lazo cerrado de modelos lineales entrada salida de un aerogenerador.
US8380357B2 (en) * 2009-03-23 2013-02-19 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine control
ES2358140B1 (es) * 2009-10-23 2012-04-12 Gamesa Innovation & Technology S.L Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energ�?a.
ES2398027B1 (es) * 2011-05-24 2014-09-05 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Métodos y sistemas de control de aerogeneradores en condiciones de clima frio y baja altitud.
WO2014083685A1 (ja) * 2012-11-30 2014-06-05 三菱重工業株式会社 ウィンドファームの出力制御装置及び出力制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102322393A (zh) 2012-01-18
ES2392226A1 (es) 2012-12-05
EP2336558A2 (en) 2011-06-22
CN102322393B (zh) 2015-12-02
EP2336558A3 (en) 2013-12-11
ES2643162T3 (es) 2017-11-21
US20110215577A1 (en) 2011-09-08
PL2336558T3 (pl) 2017-11-30
US9018780B2 (en) 2015-04-28
EP2336558B1 (en) 2017-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2392226B1 (es) Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía recuperando pérdidas de energía.
ES2646016T3 (es) Métodos de control de aerogeneradores para mejorar la producción de energía
CN102032109B (zh) 用于控制风力涡轮机的系统和方法
EP2556249B1 (en) A wind turbine
ES2382631B1 (es) Metodos y sistemas de control de aerogeneradores
DK2556248T3 (en) A WINDMILL
CN103459838B (zh) 风能设备和用于运行风能设备的方法
DK2872775T3 (en) Method and device for controlling a wind turbine
EP3067556B1 (en) System and method for variable tip-speed-ratio control of a wind turbine
EP2290236B1 (en) Method and system for extracting inertial energy from a wind turbine
EP2719893B1 (en) Method of operating a variable speed wind turbine
WO2011157271A2 (en) A method and control unit for controlling a wind turbine in dependence on loading experienced by the wind turbine
ES2950363T3 (es) Procedimiento y dispositivo para el funcionamiento de una turbina eólica
CN108138746B (zh) 通过使降额功率输出和降额转子速度斜变而改变功率输出
ES2554388T3 (es) Métodos y sistemas de control de aerogenerador en condiciones de clima frío y baja altitud
CA2977926C (en) Power regulation in a method of starting a wind turbine
US11965483B2 (en) Method for operating a wind farm, wind power installation and wind farm
CN109861252A (zh) 基于自重置积分器的双馈风电机组参与电网调频控制方法
TW202122681A (zh) 風力發電裝置
BR102018073252B1 (pt) Método de controle e sistema de controle para uma turbina eólica

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2392226

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20131010

FD2A Announcement of lapse in spain

Effective date: 20210915