Estados de Funcionamiento y Control de un Aerogenerador

El sistema de control de un aerogenerador asegura su operación automática y fiable. Monitorea componentes y variables, manteniendo rangos permisibles y gestionando estados de operación para optimizar la producción de energía y minimizar esfuerzos mecánicos y eléctricos.

7.1 Estados de Funcionamiento

Un aerogenerador opera en modo automático, pero durante el mantenimiento o puesta en servicio, se requiere operación manual o semiautomática. Los estados de funcionamiento temporales tienen una duración máxima, mientras que los estacionarios no.

7.1.1 Comprobación del AG (estado temporal)

Tras la puesta en servicio, se verifican variables y actuadores. Si hay errores, se graban y se interrumpe el proceso hasta su subsanación. El sistema comprueba el funcionamiento de todos los sistemas. Si la verificación es positiva, se pasa al siguiente estado.

7.1.2 Paro (estado estacionario)

El rotor está bloqueado, los frenos activados y las palas en posición bandera. La góndola se orienta según el viento y se desenrollan los cables. El generador se desconecta y se verifica que se cumplan las condiciones para producir energía.

7.1.3 Pausa o espera (estado estacionario)

El control lleva al aerogenerador desde el estado de paro hasta una velocidad predeterminada. El ángulo de paso de las palas se ajusta para maximizar el par de giro del rotor. Todos los componentes están listos para producir energía, pero el generador no está conectado a la red.

7.1.4 Reiniciación (estado temporal)

Si el viento disminuye, el aerogenerador deja de producir energía y se verifica la velocidad. La góndola se orienta según el viento y se pasa al estado de espera al alcanzar la velocidad mínima.

7.1.5 Conexión (estado temporal)

Si la velocidad del viento es suficiente, el rotor gira a una velocidad adecuada para conectar el generador a la red. Se realiza una comprobación del convertidor de frecuencia y se ajusta el paso de las palas. Al alcanzar la velocidad óptima, el generador y el convertidor se conectan a la red.

7.1.6.a Funcionamiento a carga parcial (estado estacionario)

El generador vierte energía a la red y el ángulo de la pala se ajusta para optimizar la producción. El sistema estima la velocidad del viento según la velocidad de giro de las palas. La regulación de la velocidad y la potencia se realiza a través del convertidor de frecuencia.

7.1.6.b Funcionamiento a plena carga (estado estacionario)

Con viento fuerte, el aerogenerador funciona a plena carga. El sistema ajusta la velocidad de giro nominal y la potencia generada. La velocidad y la potencia se regulan ajustando el paso de la pala. Se mantiene un margen de reserva para permitir pequeñas sobrecargas y alargar la vida útil del sistema de posicionamiento de las palas.

7.1.7 Cambio a pausa (estado temporal)

Se reduce la potencia de salida del generador y la velocidad de giro hasta alcanzar la posición de bandera. El generador se desconecta de la red y el aerogenerador vuelve al estado de espera.

7.1.8 Cambio a parada (estado temporal)

Se toman medidas para detener y desconectar el aerogenerador. Al caer la velocidad de giro por debajo de un mínimo, se activan los frenos del rotor y se bloquea el giro de la góndola. El sistema vuelve al estado de paro.

7.1.9 Desconexión debida a fallo (temporal)

Similar a la parada, pero el sistema de control puede imponer acciones más drásticas, como activar los frenos a velocidades de giro más altas.

7.1.10 Desconexión de emergencia (temporal)

Puede ser provocada por una parada normal fallida o activada por el sistema de control o de seguridad. Se utilizan todos los sistemas de frenado para parar la máquina de forma segura. Tras una desconexión de emergencia, se requiere desbloqueo manual.

7.2 Fallos o Faltas en el AG

El sistema de control detecta desviaciones del funcionamiento normal y actúa antes que el sistema de seguridad. Las faltas de la red eléctrica pueden provocar un incremento excesivo en la velocidad del rotor, requiriendo desconexión del generador y ajuste del paso de las palas.

7.2.1 Cortocircuitos

Provocan corrientes altas que dañan circuitos y componentes. Se interrumpen con interruptores automáticos y se activa la desconexión por fallo. Un cortocircuito en el generador o convertidor de frecuencia también provoca desconexión.

7.2.2 Sobrevelocidades

A plena carga, la velocidad de giro se mantiene dentro del rango de regulación. Si se supera el límite, se inicia la desconexión por fallo. Si la velocidad alcanza el límite de embalamiento, el sistema de seguridad activa el paro de emergencia.

7.2.3 Sobretemperaturas

Si se superan los límites de temperatura, se inicia el paro por fallo. Se monitoriza la temperatura de componentes como el aceite de los engranajes, los devanados del transformador, el generador y los frenos del rotor.

7.3 Monitorización y Sistemas de Seguridad

Se deben considerar aspectos de monitorización y seguridad, como la integridad del generador en caso de fallo. Los frenos del rotor y el sistema de paso de palas tienen sistemas de seguridad para asegurar un estado seguro en caso de fallo.

7.3.1 Anemómetros

Miden la velocidad y dirección del viento. El rango de medida debe cubrir la velocidad de arranque, nominal y de desconexión. Se calculan valores medios y se miden valores mínimos y máximos.

7.3.2 Sensores de vibración

Protegen al aerogenerador de vibraciones severas y oscilaciones. Se utilizan acelerómetros piezoeléctricos para detectar condiciones críticas. Si se alcanzan los límites, se envían mensajes al sistema de control y se inician desconexiones por fallo o de emergencia.

7.3.3 Vigilancia de la red eléctrica y protección contra rayos

El aerogenerador se desconecta si la tensión o frecuencia se desvían de sus parámetros nominales. Se instalan protecciones contra sobretensiones y descargas atmosféricas. Se dispone de una conexión a tierra de baja resistencia y protecciones eléctricas en la subestación.

7.3.4 Telemando y vigilancia

Se utilizan sistemas remotos de diagnóstico para reducir el tiempo de indisponibilidad. La comunicación entre el sistema de control y el ordenador remoto puede ser a través de un ordenador centralizado en la subestación o mediante conexión telefónica GSM y módem.

7.3.5 Predicción de fallos

La monitorización y análisis de señales permiten predecir fallos antes de que se detecten visualmente o a través de análisis de vibraciones o acústico. Se evitan daños importantes y se reducen los costes de mantenimiento. Se analizan señales como la potencia generada, las corrientes, la velocidad de giro, la aceleración y el ruido.