ES2646621T3

ES2646621T3 - Un sistema y método para determinar la flexión de una pala de turbina eólica

Info

Publication number: ES2646621T3
Application number: ES14184601.4T
Authority: ES
Inventors: Peter Bæk; Michael KLITGAARD; Claus BYSKOV
Original assignee: LM WP Patent Holdings AS
Current assignee: LM WP Patent Holdings AS
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: CN113982856A; CN106662078A; BR112017004890B1; EP2995813A1; EP2995813B1; CA2960745C; US20170260967A1; BR112017004890A2; DK2995813T3; PL2995813T3; US10989172B2; WO2016038151A1; CN113982856B; CA2960745A1

Abstract

Un método de cálculo de un perfil de flexión de pala de una pala de turbina eólica que tenga un sistema de supervisión de flexión de la pala, comprendiendo el método las etapas de: proporcionar una pala de turbina eólica que tenga un perfil modal conocido; medir la distancia entre al menos una localización raíz hacia un extremo de raíz de la pala de turbina eólica y al menos una localización de punta hacia un extremo de punta de la pala de turbina eólica; caracterizado por el cálculo de un perfil de flexión de la pala basándose en la distancia medida entre dichas localizaciones de raíz y punta y dicho perfil modal conocido.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

DESCRIPCION

Un sistema y metodo para determinar la flexion de una pala de turbina eolica Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema y metodo para determinar una flexion de una pala de turbina eolica. Antecedentes de la invencion

Durante la operacion de una turbina eolica, actuan fuerzas considerables sobre las palas de la turbina eolica, que doblan y flexionan las palas. Dicha flexion puede ser tan extrema que provoque que las puntas de pala de la turbina eolica golpeen la torre de la turbina eolica, provocando de ese modo danos a la pala o incluso el fallo completo de la estructura de la turbina eolica.

En los esfuerzos para reducir el riesgo de golpeo en la torre, los fabricantes de turbinas eolicas han utilizado diferentes tecnicas en la construccion de turbinas eolicas. En algunos casos, las turbinas eolicas usan palas pre- curvadas, que tienen extremos de punta que se proyectan afuera de la torre de la turbina eolica, incrementando de ese modo el espacio libre desde la punta a la torre. Adicional o alternativamente, los fabricantes de turbinas eolicas disenan las turbinas eolicas para que tengan un angulo de inclinacion y/o una distancia desde la torre al rotor de la turbina eolica incrementado. Dichas soluciones presentan complicaciones adicionales en el area del coste y dificultades constructivas.

Una opcion adicional es supervisar con precision la localization del extremo de punta de las palas de turbina eolica, y controlar la turbina eolica en consecuencia. Por ejemplo, si la localizacion de la punta de una pala se detecta que se ha flexionado hacia la torre en un grado tal que hay peligro de un golpe en la torre, puede controlarse la turbina eolica para cambiar el paso de la pala de la turbina eolica para mover el extremo de punta de la pala separandole de la torre. En casos extremos, la turbina eolica puede detenerse completamente para impedir un golpe en la torre.

Dicha supervision posicional se realiza frecuentemente usando un sistema de triangulacion o de trilateracion, lo que puede requerir la supervision del extremo de punta de una pala de turbina eolica desde dos-tres localizaciones separadas, con el calculo posterior de la localizacion del extremo de punta. Un ejemplo de dicho sistema se describe en la Publication de Solicitud de Patente Europea N.° EP 1706638. Sin embargo, uno de los desaflos con dichos sistemas es asegurar una operacion continua, fiable, y precisa de los sistemas de supervision.

Es un objetivo de la invencion proporcionar un sistema alternativo de supervision de la flexion de las palas, que tenga una fiabilidad y precision mejoradas.

Sumario de la invencion

En consecuencia, se proporciona un metodo para el calculo de un perfil de flexion de las palas de una pala de turbina eolica que tenga un sistema de supervision de la flexion de las palas, comprendiendo el metodo las etapas de:

proporcionar una pala de turbina eolica que tenga un perfil modal conocido;

medir la distancia entre al menos una localizacion ralz hacia un extremo de ralz de la pala de turbina eolica y al menos una localizacion de punta hacia un extremo de punta de la pala de turbina eolica; y

calcular un perfil de flexion de la pala basandose en la distancia medida entre dichas localizaciones de ralz y punta y dicho perfil modal conocido.

Mediante la utilization de un perfil modal conocido de una pala de turbina eolica en el sistema de supervision de flexion de la pala, puede mejorarse la precision del sistema de supervision de la flexion. Usando una unica medicion de distancia entre posiciones conocidas de una pala, puede calcularse un perfil de flexion de pala preciso basandose en las formas de los modos predichos de la pala de turbina eolica. En consecuencia, puede mejorarse la precision del sistema de supervision de la flexion, dado que puede funcionar usando solamente una unica medicion de distancia.

Preferentemente, dicho perfil de flexion de pala se usa como una entrada a un sistema de seguridad de la turbina eolica, en el que dicho perfil de flexion de la pala se usa para calcular si la flexion de dicha pala de turbina eolica excede un umbral de seguridad para un golpe en la torre, y/o cuando la pala de la turbina eolica esta en riesgo de superar una envolvente de seguridad de diseno de la turbina eolica.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

La determinacion de un perfil de flexion de la pala permite el calculo de la localizacion de un extremo de punta de la pala. En consecuencia, es posible estimar si una punta de la pala se flexionara hacia una torre de la turbina eolica, y juzgar si dicha flexion excede un margen de seguridad para el golpeo de la punta de la pala en la torre de la turbina eolica. Se entendera que el metodo puede comprender adicionalmente la etapa de generar una senal de control basandose en dicho calculo o si la flexion de dicha pala de turbina eolica excede un umbral de seguridad para un golpe en la torre. Dicha senal de control puede usarse como una entrada para un sistema de control de la turbina eolica, que puede ser operativo para ajustar el rendimiento de la turbina eolica basandose en dicho calculo, por ejemplo para ajustar un angulo de paso de una pala de turbina eolica para reducir el riesgo de un golpe en la torre, o para detener la operacion de la turbina para impedir un golpe en la torre. En un aspecto adicional o alternativo, dado que las turbinas eolicas se disenan en general para satisfacer llmites de seguridad de certificacion particulares para la operacion de la turbina, es importante que la operacion de las turbinas no exceda dichos llmites de seguridad. En consecuencia, el sistema de supervision de la flexion de la invencion puede disponerse como una entrada a un controlador de turbina para ajustar la operacion de la turbina de modo que no se excedan dichos llmites de seguridad. Por ejemplo, para un diseno de turbina eolica en el que la rigidez de las turbinas eolicas se reduce, el sistema de supervision de la flexion de palas de la invencion puede disponerse para asegurar que la turbina opera dentro de la envolvente de carga de diseno para la turbina.

En un aspecto adicional, el metodo comprende la etapa de proporcionar un enlace de comunicacion inalambrico entre dicha al menos una localizacion de ralz y dicha al menos una localizacion de punta, preferentemente un enlace inalambrico de comunicacion por radio.

Aunque el sistema puede emplearse usando enlaces por gestion de imagenes opticas, por ejemplo un sistema de supervision por laser, preferentemente la medicion de la distancia se realiza usando un enlace de comunicaciones por radiofrecuencia, por ejemplo usando un calculo del tiempo de vuelo de la senal para determinar una medicion de distancia. Preferentemente, el enlace de comunicacion por radio inalambrico se realiza usando sistemas de radio de banda ultra ancha (UWB), lo que permite mediciones de baja potencia, alta precision.

Preferentemente, el metodo comprende la etapa de proporcionar una primera y segunda localizaciones de ralz, y/o primera y segunda localizaciones de punta, en el que dicha etapa de calculo de un perfil de flexion de la pala se basa en una distancia medida entre la combinacion de localizacion de ralz y localizacion de punta particular que tenga la mejor intensidad de senal, calidad de senal, y/o llnea de vision (RF).

Durante el giro de la pala, la pala puede doblarse en diferentes direcciones dando como resultado interrupciones o perturbaciones del enlace de comunicacion inalambrico entre la ralz y el extremo de punta. Al proporcionar multiples enlaces de comunicacion posibles, en consecuencia la medicion de distancia puede realizarse entre las localizaciones de ralz y punta que tengan la mejor calidad y/o intensidad de senal, lo que puede dar como resultado una medicion de distancia mas precisa.

En un aspecto adicional, el metodo comprende la etapa de calibrar un sistema de supervision de la flexion de la pala, en el que dicha calibration comprende la realization de una operacion de triangulacion o trilateracion entre dicha primera y segunda localizaciones de ralz y dicha al menos una localizacion de punta.

Debido a una deriva operativa, puede ser util tener la capacidad de recalibrar el sistema de supervision de la flexion de pala durante la operacion. Dicha recalibracion puede realizarse por medio de una triangulacion o trilateracion de relativamente alta precision, usando una pluralidad de elementos de localizacion. Las localizaciones de ralz pueden disponerse para proporcionar al sistema un grado de redundancia relativa al doblado de la pala. Por ejemplo, puede disponerse una primera localizacion ralz hacia un borde de ataque de la pala de turbina eolica, mientras que una segunda localizacion de ralz puede disponerse hacia un borde de salida de la pala de turbina eolica.

En un aspecto preferido, el metodo comprende proporcionar al menos primera y segunda localizaciones de punta, en el que una primera localizacion se dispone proxima a un extremo de punta de una pala de turbina eolica y una segunda localizacion de punta se localiza en el nodo de una segunda forma de modo de la pala de turbina eolica.

Preferentemente, el metodo comprende las etapas de:

medir una primera distancia desde dicha al menos una localizacion de ralz a dicha primera localizacion de punta;

medir una segunda distancia desde dicha al menos una localizacion de ralz a dicha segunda localizacion de punta; y

calcular un perfil de flexion de la pala basandose en dicha primera y segunda distancias y dicho perfil modal conocido.

Posicionar una segunda localizacion de punta en el nodo de la segunda forma de modo de la pala permite que el primer y segundo modos de la pala se desacoplen entre si. Dado que es posible aislar el efecto de la segunda forma

5

10

15

20

25

30

35

40

45

de modo de la primera forma de modo, en consecuencia, se mejora la precision del calculo de flexion de la pala. Preferentemente, el metodo comprende las etapas de:

medir una distancia entre dos localizaciones conocidas de una pala de turbina eolica; calcular una amplitud del modo de la pala basandose en dicha distancia medida; y

determinar la forma de modo de pala excitado de la pala de turbina eolica usando dicha amplitud de modo de pala calculada.

La forma del modo de pala excitada puede usarse para determinar la forma actual de la pala de turbina eolica, y preferentemente puede usarse para determinar una localizacion del extremo de punta de la pala de turbina eolica.

En un aspecto, dicha etapa de calculo de una amplitud del modo de pala se realiza continuamente cuando la pala de la turbina eolica esta operativa sobre una turbina eolica. Tambien se entendera que el calculo puede realizarse a intervalos, y/o cuando la pala de la turbina eolica esta en ciertas posiciones a lo largo de la trayectoria giratoria de la pala, por ejemplo, antes de que la pala pase sobre la torre de la turbina eolica.

Preferentemente, el metodo comprende la etapa de calcular una posicion de una localizacion de punta conocida sobre una pala de turbina eolica cuando dicha pala de turbina eolica se flexiona o excita, en el que el metodo comprende las etapas de:

definir una localizacion de ralz hacia un extremo de ralz de la pala de turbina eolica; definir una localizacion de punta hacia un extremo de punta de la pala de turbina eolica; y

definir una localizacion intermedia entre dicha localizacion de ralz y dicha localizacion de punta, en el que dicha localizacion intermedia se posiciona en un punto en el que, durante la excitacion de la pala, dicha localizacion de punta se mueve sustancialmente a lo largo de un clrculo teorico centrado aproximadamente en dicha localizacion intermedia,

en el que la distancia entre dicha localizacion de ralz y dicha localizacion intermedia es conocida (la distancia ralz- intermedia), y en el que la distancia entre dicha localizacion intermedia y dicha localizacion de punta es conocida (la distancia intermedia-punta), comprendiendo el metodo adicionalmente las etapas de:

medir la distancia entre dicha localizacion de ralz y dicha localizacion de punta durante la excitacion de la pala de turbina eolica; y

calcular la posicion de dicha localizacion de punta durante la excitacion de la pala de turbina eolica basandose en un calculo de trilateracion, usando la distancia ralz-intermedia conocida, la distancia intermedia-punta conocida, y la distancia ralz-punta medida.

Se entendera que la localizacion intermedia puede seleccionarse para ser una aproximacion del punto central de un clrculo teorico alrededor del que se mueve la localizacion de punta durante la excitacion. En consecuencia, la distancia intermedia-punta se fija para ser aproximadamente el radio de dicho clrculo teorico. Mediante el calculo de la posicion de la localizacion de punta durante la excitacion o flexion de la pala, es posible calcular o extrapolar la posicion de punta de la pala.

Se entendera tambien que la amplitud del modo de la pala, la forma del modo de pala excitado, y/o localizacion de punta de la pala pueden precalcularse para al menos algunos valores de distancias medidas entre dos localizaciones conocidas en una pala de turbina eolica, en la que dichos valores precalculados pueden almacenarse en un dispositivo de almacenamiento y estar accesibles durante la operacion de una pala de turbina eolica, por ejemplo en una tabla de busqueda adecuada.

Mediante el precalculo de la amplitud del modo, la forma del modo y/o la localizacion de la punta para al menos algunas distancias medidas, puede incrementarse la velocidad de procesamiento del metodo, conduciendo a una mayor capacidad de respuesta del sistema.

Se proporciona adicionalmente un metodo de control de una turbina eolica, en el que la turbina eolica se controla basandose en dicho perfil de flexion de pala calculado, y/o en una serial de control generada por un sistema de supervision de la flexion de la pala.

5

10

15

20

25

30

35

40

El control de la turbina eolica puede comprender el ajuste de un angulo de paso de la pala, angulo de orientacion de la turbina, capacidad del generador. En un aspecto, la turbina puede controlarse para realizar una parada de emergencia de la turbina eolica.

Se proporciona adicionalmente un sistema de supervision de la flexion de la pala para una pala de turbina eolica dispuesta para implementar cualquier aspecto de lo descrito anteriormente.

Se proporciona tambien un sistema de supervision de la flexion de la pala para una pala de turbina eolica, comprendiendo el sistema:

al menos un elemento de punta a ser dispuesto en una localizacion hacia el extremo de punta de una pala de turbina eolica;

al menos un elemento de ralz a ser dispuesto en una localizacion hacia el extremo de ralz de una pala de turbina eolica;

un sistema de medicion de distancia dispuesto para medir una distancia entre dicho al menos un elemento de punta y dicho al menos un elemento de ralz; y

un controlador dispuesto para recibir un perfil modal para una pala de turbina eolica, operativo el controlador para calcular un perfil de flexion de la pala basandose en la distancia medida entre dichas localizaciones de ralz y punta y dicho perfil modal.

Se proporciona adicionalmente un controlador de pala de turbina eolica operativo para controlar la operacion de una turbina eolica basandose en un perfil de flexion de pala calculado, y/o en una serial de control generada por un sistema de supervision de la flexion de la pala.

Se proporciona adicionalmente una turbina eolica que comprende al menos una pala de turbina eolica que tiene un sistema de supervision de flexion de la pala tal como se ha descrito anteriormente, y/o un controlador de pala de turbina eolica tal como se ha descrito anteriormente.

Descripcion de la invencion

Se describiran ahora realizaciones de la invencion, solamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Fig. 1 muestra una turbina eolica;

la Fig. 2 muestra una vista esquematica de una pala de turbina eolica de acuerdo con la invencion; la Fig. 3 muestra una vista esquematica de un perfil aerodinamico de la pala de la Fig. 2;

la Fig. 4 muestra una vista esquematica de la pala de turbina eolica de la Fig. 2, vista desde arriba y desde el lateral;

la Fig. 5 ilustra un diagrama de proceso para un metodo para la determinacion de una flexion de pala de acuerdo con la invencion; y

la Fig. 6 ilustra un metodo de calculo de una flexion de pala basandose en una distancia medida y un perfil modal de la pala.

Se entendera que elementos comunes a las diferentes realizaciones de la invencion se han provisto con los mismos numeros de referencia en los dibujos.

La Fig. 1 ilustra una turbina eolica 2 frente al viento moderna de acuerdo con el denominado "Concepto danes" con una torre 4, una gondola 6 y un rotor con un arbol de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, cada una teniendo una ralz de pala 16 proxima al buje y una punta de pala 14 la mas alejada desde el buje 8. El rotor tiene un radio indicado por R.

La Fig. 2 muestra una vista esquematica de una pala 10 de turbina eolica. La pala 10 de turbina eolica tiene la forma de una pala de turbina eolica convencional y comprende una zona de ralz 30 mas cercana al buje, una zona perfilada o aerodinamica 34 la mas alejada del buje y una zona de transicion 32 entre la zona de ralz 30 y la zona aerodinamica 34. La pala 10 comprende un borde de ataque 18 que mira en la direction de giro de la pala 10, cuando la pala se monta sobre el buje, y un borde de salida 20 que mira en la direccion opuesta al borde de ataque

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

La zona aerodinamica 34 (tambien llamada la zona perfilada) tiene una forma de pala ideal o casi ideal con respecto a la generation de empuje, mientras que la zona de ralz 30 debido a consideraciones estructurales tiene una section transversal sustancialmente circular o ellptica, que por ejemplo hace mas facil y mas seguro montar la pala 10 en el buje. El diametro (o la cuerda) de la zona de ralz 30 es tlpicamente constante a lo largo de toda el area de ralz 30. La zona de transition 32 tiene un perfil de transition 42 que cambia gradualmente desde la forma circular o ellptica 40 de la zona de ralz 30 al perfil aerodinamico 50 de la zona aerodinamica 34. La longitud de cuerda de la zona de transicion 32 se incrementa tlpicamente de modo sustancialmente lineal con el incremento de la distancia r desde el buje.

La zona aerodinamica 34 tiene un perfil 50 con una cuerda que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20 de la pala 10. El ancho de la cuerda disminuye con el incremento de la distancia r desde el buje.

Deberla observarse que las cuerdas de diferentes secciones de la pala no reposan normalmente en un plano comun, dado que la pala puede retorcerse y/o curvase (es decir doblado previo), proporcionando as! al plano de la cuerda con una trayectoria retorcida y/o curvada, siendo este el caso mas frecuente para compensar que la velocidad local de la pala dependa del radio desde el buje.

La Fig. 3 muestra una vista esquematica de un perfil aerodinamico 50 de una pala tlpica de una turbina eolica representada con varios parametros, que se usan tlpicamente para definir la forma geometrica de un perfil aerodinamico. El perfil aerodinamico 50 tiene un lado de presion 52 y un lado de suction 54, que durante el uso —es decir durante la rotation del rotor— miran normalmente hacia el lado de barlovento (o frente al viento) y al lado de sotavento (o a favor de viento), respectivamente. El perfil aerodinamico 50 tiene una cuerda 60 con una longitud de cuerda c que se extiende entre un borde de ataque 56 y un borde de salida 58 de la pala. El perfil aerodinamico 50 tiene un grosor t, que se define como la distancia entre el lado de presion 52 y el lado de succion 54. El grosor t del perfil aerodinamico varla a lo largo de la cuerda 60. La desviacion respecto a un perfil simetrico viene dada por una llnea de combadura 62, que es una llnea media a traves del perfil aerodinamico 50. La llnea media puede hallarse mediante el dibujo de clrculos inscritos desde el borde de ataque 56 al borde de salida 58. La llnea media sigue los centros de estos clrculos inscritos y la desviacion o distancia desde la cuerda 60 se llama combadura f. La asimetrla tambien puede definirse mediante el uso de parametros llamados combadura superior (o combadura del lado de succion) y combadura inferior (o combadura del lado de presion), que se definen como las distancias desde la cuerda 60 y el lado de succion 54 y el lado de presion 52, respectivamente.

Los perfiles aerodinamicos se caracterizan frecuentemente por los siguientes parametros: la longitud de cuerda c, la combadura maxima f la position df de la combadura maxima f el grosor de perfil aerodinamico maximo t, que es el diametro mayor de los clrculos inscritos a lo largo de la llnea de combadura media 62, la posicion dt del grosor maximo t, y un radio de punta (no mostrado). Estos parametros se definen tlpicamente como relaciones respecto a la longitud de cuerda c. Por ello, un grosor de pala relativo local t/c viene dado como la relation entre el grosor maximo local t y la longitud de cuerda local c. Adicionalmente, la posicion dp de la combadura maxima en el lado de presion puede usarse como un parametro de diseno, y naturalmente tambien la posicion de la combadura maxima en el lado de succion.

La Fig. 4 muestra algunos otros parametros geometricos de la pala. La pala tiene una longitud de pala total L. Tal como se muestra en la Fig. 2, el extremo de ralz se localiza en la posicion r = 0, y el extremo de punta se localiza en r = L. El apoyo 40 de la pala se localiza en una posicion r = Lw, y tiene un ancho de apoyo W, que es igual a la longitud de cuerda en el apoyo 40. El diametro de la ralz se define como D. Adicionalmente, La pala se proporciona con un curvado previo, que se define como Ay, que se corresponde a la flexion fuera del plano desde un eje de cambio de paso 22 de la pala.

La pala 10 de turbina eolica comprende generalmente una concha fabricada de pollmero reforzado con fibra, y se fabrica tlpicamente como una parte de concha 24 del lado de presion o frente al viento y una parte de concha 26 del lado de succion o hacia el viento que se encolan juntas a lo largo de llneas de union 28 que se extienden a lo largo del borde de salida 20 y del borde de ataque 18 de la pala 10. Las palas de turbina eolica se forman en general a partir de un material plastico reforzado con fibra, por ejemplo fibras de vidrio y o fibras de carbono que se disponen en un molde y se curan con una resina para formar una estructura solida. Las palas de turbina eolica moderna pueden frecuentemente superar los 30 o 40 m de longitud, teniendo diametros de ralz de pala de varios metros. Las palas de turbina eolica se disenan en general para relativamente largas vidas utiles y para soportar considerable carga estructural y dinamica.

En una publication de solicitud de patente internacional N.° WO14027032, se describe un sistema de supervision de la flexion de pala en el que al menos se proporciona un dispositivo inalambrico de comunicaciones hacia la ralz de una pala de turbina eolica, para comunicacion con al menos un dispositivo inalambrico de comunicaciones localizado hacia la punta de la pala. Los dispositivos inalambricos de comunicaciones forman preferentemente una red de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

comunicaciones de banda ultra ancha (UWB). Preferentemente, el sistema y metodo de la invencion se implementa usando dicha configuracion, pero se entendera que la invencion puede implementarse igualmente usando otros tipos de configuraciones de supervision de flexion de pala, por ejemplo medicion de distancia basada en laser, dispositivos localizadores de posicion discretos separados, etc.

Con referencia a la Fig. 5, se muestra un metodo para la determination de la flexion de una pala de turbina eolica de acuerdo con la invencion. La pala 10 de turbina eolica y/o la turbina eolica 2 pueden proporcionarse con un controlador adecuado (no mostrado) operativo para determinar la flexion de la pala de turbina eolica. Dicho controlador puede proporcionarse como parte de un controlador de turbina eolica general, o puede proporcionarse como parte de un sistema de supervision de datos separado, que puede disponerse para proporcionar una senal de entrada a un controlador de turbina eolica.

Como parte de la invencion, se proporciona una pala 10 de turbina eolica en el que el perfil de modo de la pala ya es conocido, etapa 100. El conocimiento del perfil modal puede desarrollarse a partir de information proporcionada durante el proceso de diseno inicial para la pala de la turbina eolica, y/o a partir de mediciones realizadas en una etapa de ensayo inicial, por ejemplo durante los ensayos dinamicos de una pala de turbina eolica, previamente al suministro y a un montaje posterior sobre una turbina eolica. El perfil modal puede comprender una serie de reglas que determinan la forma de la pala para una matriz de niveles de excitation, y/o una serie de formas de pala que pueden tener lugar durante la flexion. La forma del modo puede ser una funcion de la longitud de la pala de turbina eolica.

Tener conocimiento de las caracterlsticas modales de la pala de turbina eolica permite un trazado del perfil adecuado de la forma de la pala de la turbina eolica durante la operation de la turbina eolica. En consecuencia, dicho conocimiento predeterminado de las caracterlsticas de la pala permiten que se calcule un perfil de flexion para una pala de turbina eolica basandose en un numero reducido de entradas de sensores cuando se compara con sistemas de la tecnica anterior.

Una vez se proporciona la pala 10 de turbina eolica que tiene un perfil modal conocido, se definen una serie de localizaciones en el extremo de ralz 16 y el extremo de punta 14 de la pala 10, etapa 102. Estas localizaciones se determinan como puntos sobre la pala 10 que pueden usarse para proporcionar informacion tal como la forma de modo de pala actual de la pala 10 de turbina eolica. Las localizaciones se disponen a una distancia establecida a lo largo de la longitud de la pala 10 de turbina eolica, de modo que cualquier cambio en la distancia entre las dos localizaciones es resultado de la flexion de la pala de turbina eolica 10.

Preferentemente, la localization del extremo de ralz se dispone en un punto sobre la pala 10 de turbina eolica que se espera no quede afectado por la flexion de la pala, mientras que la localizacion del extremo de punta se dispone en un punto sobre la pala de la turbina eolica en el que se espera la flexion de pala mayor. Preferentemente, la localizacion del extremo de punta se posiciona estrechamente adyacente a o en el extremo de punta 14 de la pala 10, mientras que la localizacion del extremo de ralz se posiciona estrechamente adyacente a o en el extremo de ralz 16 de la pala 10. En una realization alternativa, la localizacion del extremo de ralz puede posicionarse sobre el buje del rotor 8 de la turbina eolica 2, adyacente al extremo de ralz 16 de la pala 10 de turbina eolica y dispuesta para girar conjuntamente con la pala 10 de turbina eolica.

Durante la operacion de la turbina eolica, el metodo comprende la etapa de supervisar la distancia entre las localizaciones de ralz y punta predeterminadas, etapa 104. Preferentemente, la supervision comprende la medicion de una distancia usando un enlace inalambrico de comunicacion por radio, pero se entendera que pueden usarse otros metodos para supervisar la distancia entre las localizaciones, por ejemplo un sistema de supervision del alcance basado en luz o laser. Alternativamente, puede supervisarse la posicion de las localizaciones de ralz y punta, usando por ejemplo localizadores GPS u otros dispositivos de supervision de posicion similares, y determinando la distancia entre las localizaciones basandose en el cambio de la posicion. Mas alternativamente, puede establecerse un enlace de comunicaciones entre las localizaciones de ralz y punta, en el que un cambio en las caracterlsticas del enlace de comunicaciones, tal como la fase de la senal y o la intensidad de la senal de un enlace de comunicaciones inalambrico, puede usarse como un indicador de las localizaciones de ralz y punta que se mueven o bien acercandose o bien alejandose entre si.

Con la distancia entre las localizaciones de ralz y punta predeterminadas establecida, es posible calcular la flexion de la pala 10 de la turbina eolica, etapa 106.

Cuando se determina la distancia entre dos puntos conocidos de la pala 10, la distancia medida puede usarse en combination con el perfil modal conocido de la pala de turbina eolica para determinar la posicion de la localizacion del extremo de punta, y adicionalmente la forma de la pala flexionada.

En un aspecto de la invencion, dado que la localizacion del extremo de ralz no se movera sustancialmente durante la flexion de la pala, la localizacion del extremo de ralz puede tomarse como un punto fijo, contra el que puede

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

compararse una matriz de formas de modos de pala conocidos, para ver que forma de modo de pala satisface la distancia medida entre la localizacion del extremo de ralz fijo y la localizacion del extremo de punta flexionado. Una vez se determina la forma del modo de pala que satisface la distancia medida, puede calcularse a continuacion la flexion de la pala.

Con referencia a la Fig. 6, se ilustra un aspecto del metodo de calculo de la flexion basado en la distancia entre una localizacion de ralz y una localizacion de punta. En el metodo de la Fig. 6, la flexion se halla usando un calculo por triangulacion o trilateracion simple.

Se define una localizacion del extremo de ralz en 70, que puede comprender un dispositivo de medicion o

comunicacion proporcionado sobre un soporte o accesorio, localizado hacia el extremo de ralz 16 de una pala 10. Se

define una localizacion del extremo de punta en 72, que puede comprender un dispositivo de medicion o

comunicacion adecuado enlazado con un dispositivo del extremo de ralz, situada la localizacion del extremo de

punta hacia el extremo de punta 14 de la pala 10. La distancia D1 entre las localizaciones de ralz y punta 70, 72 se supervisa de acuerdo con la etapa 104.

Se define una localizacion intermedia 74 entre dicha localizacion de ralz 70 y dicha localizacion de punta 72. La localizacion intermedia 74 se situa en un punto en el que, durante la excitacion de una pala, la localizacion de la punta 72 se mueve sustancialmente a lo largo de un clrculo teorico centrado aproximadamente en la localizacion intermedia 74. Se define la localizacion intermedia 74 en la que la distancia entre la localizacion de ralz 70 y la localizacion intermedia 74 (la distancia ralz-intermedia, D2) es conocida, y en la que la distancia entre la localizacion intermedia 74 y la localizacion de punta 72 (la distancia intermedia-punta, D3) es conocida.

Durante la excitacion de la pala 10, la localizacion de la punta 72 puede localizarse en cualquiera de una serie de posibles localizaciones de excitacion, De las que se indica una seleccion en la Fig. 6. Sin embargo, la distancia medida D1 entre la localizacion de ralz 70 y la localizacion de punta 72 permite que se calcule la posicion real de la localizacion de la punta 72 basandose en un calculo de trilateracion, usando la distancia ralz-intermedia D2 conocida, la distancia intermedia-punta D3 conocida, y la distancia ralz-punta D1 medida. La posicion real de la localizacion de la punta 72 puede usarse entonces para determinar la flexion de la pala 10 de la turbina eolica.

Se entendera que en realizaciones en las que la localizacion de la punta supervisada se situa en el extremo de punta de una pala, la localizacion proporciona una indicacion de la posicion flexionada actual del extremo de punta de la pala.

Se entendera adicionalmente que en realizaciones en las que la localizacion de la punta supervisada se localiza en el area del extremo de punta de la pala, pero separada del extremo de punta real, la localizacion de punta supervisada es indicativa de la posicion flexionada de una localizacion conocida de la pala de turbina eolica. El conocimiento del intervalo de formas del modo excitado de la pala permite la localizacion del extremo de punta real a ser determinado, dado que el extremo de punta puede extrapolarse a partir de la posicion flexionada de la localizacion de punta supervisada.

En una realization adicional de la invention, puede medirse la distancia desde la localizacion de ralz a primera y segunda localizaciones situadas hacia la punta de la pala 15. En esta realizacion, aunque la primera localizacion de la punta se situa proxima al extremo de punta real de la pala, el segundo extremo de punta se localiza preferentemente en el nodo de la segunda forma de modo de la pala 10 de turbina eolica. Mediante la medicion de la distancia al nodo del segundo modo, es posible desacoplar el primer y segundo modos de pala entre si. En consecuencia, el efecto de la segunda forma de modo puede aislarse de la primera forma de modo, de forma que puede mejorarse la precision del calculo de la flexion de la pala.

El perfil de flexion de la pala calculado en la etapa 106 puede usarse como una salida desde el metodo de la invencion. En un aspecto adicional de la invencion, el perfil de flexion de pala calculado en la etapa 106 se usa como una entrada a la etapa 108, en la que puede ajustarse el control y la operation de la turbina eolica, basandose en el perfil de flexion de la pala.

En un aspecto preferido, el perfil de flexion de la pala puede usarse para determinar la posibilidad de un golpe a la torre desde la pala 10 de la turbina eolica flexionada. En el caso de que sea probable el evento de un golpe a la torre, o que la posibilidad de un golpe a la torre exceda un cierto umbral de margen de seguridad, puede ajustarse la operacion de la turbina, por ejemplo cambiando el paso de la pala 10 de la turbina eolica de modo que la punta 14 de la pala se mueva separandose de la torre 4, y/o mediante la realizacion de un frenado de la turbina.

En una mejora de la invencion, cierta information tal como la amplitud del modo de pala, la forma del modo de pala excitado, y/o la localizacion de la punta de la pala pueden precalcularse para al menos algunos valores o distancias medidas entre dos localizaciones conocidas en una pala de turbina eolica. Los valores precalculados pueden almacenarse en un dispositivo de almacenamiento adecuado, por ejemplo un medio de almacenamiento legible por

ordenador, por ejemplo una tabla de busqueda, que pueda ser parte de o enlazada comunicativamente con un controlador adecuado. Los datos pueden estar entonces accesibles durante la operation de una pala de turbina eolica. Mediante el precalculo de la amplitud del modo, la forma del modo y/o la localization de la punta para al menos algunas distancias medidas, puede incrementarse la velocidad de procesamiento del metodo, conduciendo a 5 una mayor capacidad de respuesta del sistema.

En un aspecto adicional de la invention, el sistema de supervision de flexion de la pala puede disponerse para recalibrar el sistema de supervision de la flexion a traves del recalculo de las distancias entre las localizaciones de ralz y punta. Dicho recalibrado puede realizarse a traves del uso de una pluralidad de localizaciones de ralz y/o punta que tengan dispositivos adecuados para el calculo de la distancia y/o position, por ejemplo dispositivos de

10 comunicacion inalambricos. El recalibrado de las distancias entre localizaciones puede establecerse usando calculos de triangulacion o trilateracion adecuados entre los dispositivos en diferentes localizaciones. En un aspecto adicional de la invencion, dicha calibration puede realizarse cuando la pala de la turbina eolica se dispone en una posicion de variation de flexion minima, por ejemplo cuando la pala de la turbina eolica se dispone en una alineacion sustancialmente vertical, apuntando hacia el nivel de tierra para la turbina.

15 El uso de una pala que tenga dicho sistema y metodo para el calculo de la flexion de la pala basado en perfiles modales de pala conocidos permite un calculo mas rapido, mas eficiente y mas preciso de la flexion de la pala, lo que puede conducir a un control mejorado de la operacion de la turbina.

La invencion no esta limitada a las realizaciones descritas en el presente documento, y puede modificarse o adaptarse sin apartarse del alcance de la presente invencion.

20

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un metodo de calculo de un perfil de flexion de pala de una pala de turbina eolica que tenga un sistema de supervision de flexion de la pala, comprendiendo el metodo las etapas de:

proporcionar una pala de turbina eolica que tenga un perfil modal conocido;

5 medir la distancia entre al menos una localizacion ralz hacia un extremo de ralz de la pala de turbina eolica y al menos una localizacion de punta hacia un extremo de punta de la pala de turbina eolica; caracterizado por el calculo de un perfil de flexion de la pala basandose en la distancia medida entre dichas localizaciones de ralz y punta y dicho perfil modal conocido.
2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que dicho perfil de flexion de pala se usa como una entrada a un sistema

10 de seguridad de la turbina eolica, en el que dicho perfil de flexion de la pala se usa para calcular si la flexion de dicha

pala de turbina eolica excede un umbral de seguridad para un golpe a la torre.
3. El metodo de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que el metodo comprende la etapa de proporcionar un enlace de comunicacion inalambrico entre dicha al menos una localizacion de ralz y dicha al menos una localizacion de punta, preferentemente un enlace inalambrico de comunicacion por radio.

15 4. El metodo de la reivindicacion 3, en el que el metodo comprende la etapa de proporcionar primera y segunda

localizaciones de ralz, y/o primera y segunda localizaciones de punta, en el que dicha etapa de calculo de un perfil de flexion de la pala se basa en una distancia medida entre la combinacion de localizacion de ralz y localizacion de punta particular que tenga la mejor intensidad de serial, calidad de serial, y/o llnea de vision (RF).
5. El metodo de la reivindicacion 4, en el que el metodo comprende la etapa de calibrar un sistema de supervision de

20 la flexion de la pala, en el que dicha calibracion comprende la realizacion de una operacion de triangulacion o

trilateracion entre dicha primera y segunda localizaciones de ralz y dicha al menos una localizacion de punta.
6. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el metodo comprende proporcionar al menos primera y segunda localizaciones de punta, en el que una primera localizacion se dispone proxima a un extremo de punta de una pala de turbina eolica y una segunda localizacion de punta se localiza en el nodo de una

25 segunda forma de modo de la pala de turbina eolica.
7. El metodo de la reivindicacion 6, en el que el metodo comprende las etapas de:

medir una primera distancia desde dicha al menos una localizacion de ralz a dicha primera localizacion de punta;

medir una segunda distancia desde dicha al menos una localizacion de ralz a dicha segunda localizacion de punta; y calcular un perfil de flexion de la pala basandose en dicha primera y segunda distancias y dicho perfil modal 30 conocido.
8. El metodo de cualquier reivindicacion precedente, en el que el metodo comprende las etapas de: medir una distancia entre dos localizaciones conocidas de una pala de turbina eolica;

calcular una amplitud del modo de la pala basandose en dicha distancia medida; y

determinar la forma de modo de pala excitado de la pala de turbina eolica usando dicha amplitud de modo de pala 35 calculada.
9. El metodo de cualquier reivindicacion precedente, en el que el metodo comprende la etapa de calcular una posicion de una localizacion de punta conocida sobre una pala de turbina eolica cuando dicha pala de turbina eolica se flexiona o excita, en el que el metodo comprende las etapas de:

definir una localizacion de ralz hacia un extremo de ralz de la pala de turbina eolica;

40 definir una localizacion de punta hacia un extremo de punta de la pala de turbina eolica; y

definir una localizacion intermedia entre dicha localizacion de ralz y dicha localizacion de punta, en el que dicha localizacion intermedia se posiciona en un punto en el que, durante la excitacion de la pala, dicha localizacion de punta se mueve sustancialmente a lo largo de un clrculo teorico centrado aproximadamente en dicha localizacion intermedia,

5

10

15

20

25

30

en el que la distancia entre dicha localizacion de ralz y dicha localizacion intermedia es conocida (la distancia ralz- intermedia), y en el que la distancia entre dicha localizacion intermedia y dicha localizacion de punta es conocida (la distancia intermedia-punta), comprendiendo el metodo adicionalmente las etapas de:

medir la distancia entre dicha localizacion de ralz y dicha localizacion de punta durante la excitacion de la pala de turbina eolica; y

calcular la posicion de dicha localizacion de punta durante la excitacion de la pala de turbina eolica basandose en un calculo de trilateracion, usando la distancia ralz-intermedia conocida, la distancia intermedia-punta conocida, y la distancia ralz-punta medida.
10. Un metodo para el control de una turbina eolica, que comprende el control de la turbina eolica basandose en un perfil de flexion de la pala calculado de acuerdo con el metodo tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, preferentemente en el que la etapa de control comprende al menos una de las siguientes: ajuste de un angulo de paso de la pala, ajuste de un angulo de orientacion de la turbina, ajuste de una capacidad del generador o nivel de salida, realizando una parada de emergencia de la turbina eolica.
11. Un sistema de supervision de flexion de la pala para una pala de turbina eolica dispuesto para implementar las etapas del metodo tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
12. Un sistema de supervision de flexion de la pala para una pala de turbina eolica, comprendiendo el sistema:

al menos un elemento de punta a ser dispuesto en una localizacion hacia el extremo de punta de una pala de turbina eolica;

al menos un elemento de ralz a ser dispuesto en una localizacion hacia el extremo de ralz de una pala de turbina eolica;

un sistema de medicion de distancia dispuesto para medir una distancia entre dicho al menos un elemento de punta y dicho al menos un elemento de ralz;

caracterizado por

un controlador dispuesto para recibir un perfil modal para una pala de turbina eolica, operativo el controlador para calcular un perfil de flexion de la pala basandose en la distancia medida entre dichas localizaciones de ralz y punta y dicho perfil modal.
13. Un controlador de pala de turbina eolica operativo para controlar la operation de una turbina eolica basandose en un perfil de flexion de pala calculado, y/o en una serial de control generada por el sistema de supervision de flexion de la pala de la reivindicacion 11 o la reivindicacion 12.
14. Una turbina eolica que comprende al menos una pala de turbina eolica que tiene un sistema de supervision de flexion de la pala de acuerdo con la reivindicacion 11 o la reivindicacion 12, y/o un controlador de pala de turbina eolica de acuerdo con la reivindicacion 13.