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ES2542305T3 - Método y sistema de realización de una prueba funcional de al menos un subelemento integrado de una turbina eólica - Google Patents

Método y sistema de realización de una prueba funcional de al menos un subelemento integrado de una turbina eólica Download PDF

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ES2542305T3 ES07846421.1T ES07846421T ES2542305T3 ES 2542305 T3 ES2542305 T3 ES 2542305T3 ES 07846421 T ES07846421 T ES 07846421T ES 2542305 T3 ES2542305 T3 ES 2542305T3
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Abstract

Método de realización de una prueba funcional de al menos un subelemento integrado de una turbina eólica (WT), controlándose dicha turbina eólica por un algoritmo de control de un controlador de turbina eólica (WTC), comprendiendo dicho método las etapas de - ejecutar un patrón de eventos predefinido (PEP) activando al menos un subelemento de la turbina eólica, - obtener datos de medición (MD) basándose en mediciones de al menos un subelemento (SE) según dicho patrón de eventos predefinido, - relacionar dichos datos de medición con datos de referencia predefinidos (NRD) y establecer un resultado de prueba que indica el estado de dicho subelemento basándose en el mismo, en el que dicho patrón de eventos predefinido (PEP) se ejecuta por un algoritmo de prueba que anula el algoritmo de control del controlador de turbina eólica al menos en parte.

Description

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módulo de entrada/salida IO, un controlador de turbina eólica WTC, una interfaz de comunicación CI, una red de comunicación de datos DCN, una red de comunicación de datos pública PDCN y resultados de prueba TR.
La turbina eólica puede tener un controlador de turbina eólica WTC que puede estar ubicado dentro o fuera de la turbina eólica WT. Este controlador de turbina eólica WTC se refiere al mecanismo de control de la turbina eólica WT. Una turbina eólica puede comprender además uno o más módulos de entrada/salida IO disponibles para servir de interfaz para la comunicación. El módulo de entrada/salida puede estar conectado directamente a los subelementos de la turbina eólica que van a someterse a prueba. Además, la turbina eólica puede comprender una
o varias interfaces de comunicación CI, que normalmente se usan con fines de monitorización y control. Una interfaz de comunicación CI puede ser, por ejemplo, una interfaz web para comunicación a través del protocolo HTTP (protocolo de transferencia de hipertexto), otra puede comunicarse a través de OPC (OLE (incrustación y enlazado de objetos) para control de procesos) u otra puede comunicar datos descritos en un protocolo propiedad del fabricante.
La unidad de prueba TU puede ser un ordenador personal, ordenador portátil, servidor o cualquier otro dispositivo que comprenda cualquier tipo de lógica digital, por ejemplo una CPU (unidad central de procesamiento) o DSP (procesador de señal digital). La unidad de prueba puede acoplarse a la turbina eólica a través de una red de comunicación de datos DCN. Esta red puede constituir, por ejemplo, cualquier red de comunicación por cable o inalámbrica que comunica datos, por ejemplo LAN (red de área local), cableado serie o paralelo, inalámbrica o una conexión a través de una red de comunicación de datos pública PDCN, por ejemplo internet. De este modo, la unidad de prueba TU puede conectarse a la turbina eólica tanto de manera local como, además y preferiblemente, de manera remota. La unidad de prueba puede conectarse al controlador de turbina eólica WTC o directamente al módulo de entrada/salida IO de la turbina eólica. La conexión puede pasar por una de las interfaces de comunicación CI de la turbina eólica. La lógica de prueba de la unidad TU ejecuta los algoritmos de prueba que van desarrollarse al menos en parte o en cooperación con la lógica del controlador de turbina eólica.
Alternativamente, la unidad de prueba TU puede conectarse a una unidad de control central de un grupo de turbinas eólicas, por ejemplo en una red SCADA.
Alternativamente, la unidad de prueba TU puede estar constituida por un controlador de turbina eólica de una turbina eólica. Esto significa que el controlador de turbina eólica WTC puede cambiar entre ejecutar un algoritmo de control en funcionamiento normal y un algoritmo de prueba en funcionamiento de prueba según una realización de la invención. Por tanto, el algoritmo de prueba anula el algoritmo de control cuando se realiza una prueba.
La unidad de prueba TU, cuando está conectada a una turbina eólica, puede comprender lógica de control de prueba que hace que la turbina eólica WT realice una o varias pruebas basándose en la ejecución de secuencias de comandos que comprenden algoritmos de prueba. En una prueba, las secuencias de comandos ejecutan un patrón de eventos predefinido que comprende ejecutar varios eventos en la turbina eólica alterando el subelemento que va a someterse a prueba, pero que también puede alterar otros subelementos. Alterar un subelemento puede significar, por ejemplo, arrancar un motor o abrir una válvula. Una prueba puede comprender además una o varias mediciones de uno o varios subelementos para obtener datos de medición MD, por ejemplo la lectura de un termómetro, un amperímetro, un medidor de presión, etc. Tras realizar las mediciones, se correlacionan los datos de medición (MD) y datos de referencia (NRD) para determinar si el subelemento está funcionando de manera óptima sin errores, si el subelemento es defectuoso o si el subelemento está funcionando, pero fuera del rango normal, es decir que tal vez pase a ser defectuoso pronto. Estos datos pueden escribirse en un resultado de prueba TR. Los datos de referencia NRD son datos obtenidos basándose en mediciones promedio realizadas en turbinas eólicas sin fallos.
El resultado de prueba TR indicará por tanto el estado del subelemento sometido a prueba.
En las siguientes figuras se ilustran dos ejemplos específicos de puesta en práctica de las realizaciones de la presente invención. Cabe destacar que estos ejemplos constituyen meramente ejemplos no limitativos de posibles modos de poner en práctica la invención.
La figura 4 ilustra una vista global simplificada de un sistema de control del paso de una turbina eólica. La figura ilustra una bomba de presión PP, un sensor de presión PS y tres cilindros de ajuste de paso PC1, PC2, PC3. Los cilindros de ajuste de paso PC1, PC2, PC3 mueven pistones R para ajustar el paso de una pala de la turbina eólica.
La figura 5 ilustra un diagrama de flujo de un ejemplo simplificado para realizar una prueba funcional de un cilindro de ajuste de paso mientras está integrado en la turbina eólica. Se trata de un ejemplo de ejecución de un patrón de eventos predefinido PEP según la presente invención.
La prueba se inicia en la etapa 51. Esto puede hacerlo la unidad de prueba TU y normalmente se realiza manualmente en conexión con la prueba funcional de una turbina eólica. En la etapa 52 se arranca la bomba de presión PP para aumentar la presión en uno de los cilindros de ajuste de paso, en el ejemplo ilustrado, el cilindro de ajuste de paso 3 PC3. El pistón del cilindro se moverá y aumenta la presión dentro del cilindro de ajuste de paso 3 PC3. En la etapa 53 se mide la presión por medio de un sensor de presión PS y se detiene la bomba de presión en la etapa 54 cuando la presión alcanza un umbral predefinido (por ejemplo 200 bar). A continuación se produce una interrupción en la etapa 55 durante un periodo de tiempo predefinido, tras el cual se mide de nuevo la presión
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Cabe destacar que esta figura ilustra una realización conceptual de la invención, lo que evidentemente significa que el orden o los detalles no han de entenderse como limitativos. Esta figura indica meramente los conceptos globales e inventivos de una realización de la invención.
La figura 9 ilustra algunos principios generales y conceptuales según una realización de la invención y elementos que pueden estar relacionados con una prueba funcional según una realización de la invención. Esto puede denominarse, por ejemplo, espectro de prueba funcional FTS. La figura ilustra un grupo de elementos de pruebas TE, un grupo de elementos de activación AE y un grupo de elementos de medición ME. Tal como se ilustra mediante las flechas discontinuas, los elementos están conectados según la realización de una prueba funcional. En una prueba según una realización de la invención, el elemento que se somete a prueba se denomina elemento de prueba TE. Una prueba completa puede comprender tanto una o más mediciones como una o más activaciones. Los elementos que sirven para medir se denominan por tanto elementos de medición ME y los elementos que sirven para activar se denominan elementos de activación. Cabe destacar que un elemento o subelemento de una turbina eólica puede ser tanto un elemento de prueba TE, como un elemento de medición ME como un elemento de activación AE.
Los elementos de prueba TE se refieren al subelemento que va a someterse a prueba, por ejemplo el sistema de ajuste de paso según la figura 4 o el sistema de ajuste de guiñada según la figura 6. Otros ejemplos de elementos de prueba TE pueden ser cojinetes, sistema hidráulico, bombas hidráulicas, subcomponentes del sistema de transmisión, generador, contactores, relés, bombas de aceite, motores, freno, sistema de ajuste de paso, sistema de ajuste de guiñada, bombas de lubricante, etc.
Los elementos de activación AE se refieren a subelementos de una turbina eólica que pueden verse alterados en relación con la realización de una prueba funcional de un elemento de prueba TE. Ejemplos de elementos de activación AE pueden ser: actuadores, bombas hidráulicas, elemento de calentamiento, palas, generador, contactores, relés, bombas de aceite, motores, freno, sistema de ajuste de paso, sistema de ajuste de guiñada, bombas de lubricante, etc.
Los elementos de medición ME se refieren a subelementos de una turbina eólica que pueden medirse en relación con la realización de una prueba funcional de una elemento de prueba TE. Ejemplos de elementos de medición AE son: termómetros, medidor de presión, anemómetro, medidores de voltaje, medidores de corrientes, velocímetros, sensores de vibración, sensores de flujo de aceite, sensores de partículas, sensores de esfuerzo, sensor de impedancia, aceleradores, etc.
Tal como resulta evidente en el ejemplo anterior, un único elemento o sistema puede ser tanto un elemento de prueba TE, como un elemento de activación AE o incluso también un elemento de medición ME. Esto refuerza el hecho de que esta invención puede utilizar ventajosamente elementos mecánicos y eléctricos integrados existentes para la prueba funcional de otros o incluso los mismos elementos. Por ejemplo en una prueba funcional puede someterse a prueba una bomba como elemento de prueba TE y en otra prueba actuar como elemento de activación AE para realizar una prueba de otro elemento de prueba TE.
Según los ejemplos mencionados anteriormente, la invención puede aplicarse para someter a prueba subelementos de una turbina eólica WT. Entra dentro del alcance de la invención que una prueba pueda comprender una serie devarias pruebas funcionales de diferentes subelementos. Éste puede ser el caso normalmente al someter a prueba sistemas grandes.
Cabe destacar que los elementos de activación AE y los elementos de medición ME pueden ser elementos existentes de una turbina eólica. Se trata de una característica muy ventajosa de la invención ya que en algunas circunstancias no es necesario instalar equipos de medición o activación adicionales para realizar una prueba funcional. Sin embargo, cabe destacar que, en realizaciones alternativas de la invención, puede ser ventajoso añadir un elemento de medición ME adicional al diseñar y crear los elementos de la turbina eólica que tenga la única finalidad de participar en una prueba funcional. Por tanto, normalmente no es necesario montar o instalar elementos de medición ME o elementos de activación AE adicionales para realizar una prueba funcional ya que los elementos ya están integrados. Evidentemente, en algunos casos extraordinarios pueden montarse equipos adicionales para realizar una prueba.
Otra caracterización de una realización preferida de la invención es que puede realizarse una prueba funcionalmientras la turbina eólica WT está al menos en parte fuera del funcionamiento normal. Éste es el caso debido al hecho de que la lógica de funcionamiento normal puede anularse por la lógica de control de prueba incluida en la unidad de prueba TU. Esto se ilustra en la figura 10.
Según una realización de la invención, la prueba funcional se establece basándose en una activación controlada de elementos de activación AE que provocan situaciones específicas que hacen que sea muy ventajoso realizar la prueba. El hecho de que la activación de elementos sea controlada significa que las situaciones en las que se realiza una prueba funcional se autoinducen y normalmente no forman parte de un funcionamiento normal de la turbina eólica. Por tanto, la activación y medición de elementos puede controlarse por medio de la prueba funcional que la unidad de prueba TU puede realizar.
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A continuación se describen varios ejemplos sencillos adicionales de realización de una prueba funcional según una realización de la presente invención usando los términos de la figura 9 AE: elemento de activación, ME: elemento de medición y TE: elemento de prueba.
•
Arrancar una bomba de aceite AE y medir el flujo de un medidor de flujo ME, si el flujo está por debajo de un límite predefinido el filtro TE puede estar obstruido.
•
Poner el freno de disco de la turbina eólica TE y hacer funcionar el generador AE como motor, al tiempo que se miden las revoluciones por minuto en el contador de revoluciones del generador ME. Si el generador puede girar el freno de disco, el freno requiere mantenimiento.
•
Poner el freno de disco de la turbina eólica TE y hacer funcionar el generador AE como motor. Monitorizar la cantidad de corriente de un amperímetro ME del generador usado para hacer que el rotor gire y evaluar si la corriente consumida está por encima de un límite máximo.
•
Ajustar el paso de una pala AE de una turbina eólica y medir cómo de rápido gira mediante un medidor de tiempo ME. De este modo es posible evaluar si la bomba de presión TE tiene un rendimiento apropiado basándose en el tiempo que tarda en pasar de ángulo de paso totalmente negativo a ángulo de paso totalmente positivo.
•
Hacer funcionar una bomba AE o un motor AE en la góndola N. Usar el sensor de vibración más próximo ME para detectar anomalías en por ejemplo la transmisión ME, el generador ME u otros elementos dentro o fuera de la góndola.
•
Encender diferentes elementos de calentamiento AE+TE y observar si hay un aumento en el consumo de potencia de un medidor de potencia ME. Si no hay aumento o es muy pequeño, el elemento de calentamiento está roto o averiado.
El último ejemplo constituye un ejemplo de subelemento SE de una turbina eólica WT que es tanto un elemento de activación AE como un elemento de prueba TE y que entra dentro del alcance de la invención.
La figura 10 ilustra los principios de usar una lógica de control diferente mientras se realiza una prueba funcional según una realización de la invención. La figura ilustra los principios de cómo la unidad de prueba TU puede elegir entre utilizar la lógica de funcionamiento normal OL de la turbina eólica, normalmente incluida en el controlador de turbina eólica WTC o utilizar una lógica de control de prueba TCL. Al realizar una prueba funcional según una realización de la invención, es posible utilizar la lógica de funcionamiento OL de la turbina eólica, una lógica de control de prueba TCL que puede estar definida en la unidad de prueba TU, o una combinación de las mismas, lo que se ilustra mediante las flechas discontinuas. Sin embargo, cabe destacar que partes de la lógica de funcionamiento normal OL de la turbina eólica WT todavía pueden estar activas mientras se realiza la prueba funcional según una realización de la invención.
La figura 11 ilustra otro aspecto de los principios de cómo la lógica de control de prueba TCL puede anular la lógica de funcionamiento OL del controlador de turbina eólica. Al realizar una prueba funcional según una realización de la invención, la lógica de funcionamiento OL de la turbina eólica, incluida principalmente en el controlador de turbina eólica, puede anularse por la lógica de control de prueba TCL de la unidad de prueba TU. La figura ilustra que cuando se aplica una unidad de prueba TU a una turbina eólica, ya sea de manera local o remota, la lógica de control de prueba TCL de la unidad de prueba TU anula la lógica de funcionamiento OL del controlador de turbina eólica WTC según se ilustra mediante las líneas discontinuas del recuadro de lógica de funcionamiento OL y el recuadro de lógica de control de prueba TCL. Sin embargo, cabe destacar que partes de la lógica de funcionamiento normal OL de la turbina eólica WT todavía pueden estar activas al realizar la prueba funcional según una realización de la invención.
La figura 12 ilustra un ejemplo de unos medios de establecimiento de patrón de eventos predefinido PE. Según una realización de la invención, es posible establecer patrones de eventos predefinidos PEP de diversas maneras. La figura ilustra los principios generales de establecimiento de un patrón de eventos predefinido PEP. El establecimiento de un patrón de eventos predefinido puede comprender los siguientes elementos: al menos un elemento de medición ME, al menos un elemento de activación AE, datos de referencia NRD, al menos un elemento de prueba TE y un patrón de eventos predefinido PEP. La figura ilustra que un usuario puede seleccionar uno o más elementos de medición ME, uno o más elementos de activación AE, uno o más elementos de prueba TE y datos de referencia y combinarlos para establecer un patrón de eventos predefinido PEP. Esto puede realizarse evidentemente de diversas maneras por medio de una GUI (interfaz gráfica de usuario) para por ejemplo arrastrar y soltar elementos, o por medio de codificación fija de la prueba en un lenguaje de programación para establecer un programa de prueba o un algoritmo de prueba previsto para ejecutarse por ejemplo en la unidad de prueba TU. La ilustración no ha de entenderse como limitativa sino que es meramente una vista global de los elementos típicos incluidos en unos medios de establecimiento de patrón de eventos predefinido PE.
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