Detección de fallos en turbinas aerogeneradoras

Abstract

In the wind turbines research field, it is critical the fault detection in sensors, actuators and system; to ensure its operation in optimum working zone in order to avoid material fatigue and, ultimately, reduce maintenance costs. This last point is especially critical in offshore turbines, as it represents a major obstacle to development of this technology. In this project, different methods for residual generation (error signals that indicate the presence of faults) are presented and, from them, the filters for the detection and isolation of faults in the system are designed for pitch angle system in three-bladed wind turbines. The developed algorithms and designs are tested and verified in a reference model whose operation and performance are discussed in some detail in order to clarify the design process. The final developed solution properly detects considered failures and meets the specifications of detection time and maximum number of false detections. Finally, some future work and general guidelines are suggested to incorporate the developed solution in fault-tolerant control systems.

En el campo de las turbinas aerogeneradoras es de vital importancia la detección de fallos, tanto de sensores como de actuadores y sistema, a fin de asegurar su funcionamiento en la zona óptima de trabajo, evitar la fatiga de los materiales y, en definitiva, reducir los costes de mantenimiento. Este último punto es especialmente crítico el caso de turbinas offshore, ya que supone un freno importante para el desarrollo de esta tecnología. En el presente proyecto, se presentan diferentes métodos para la generación de residuos (señales de error que indican la presencia de fallos) y, a partir de ellos, se diseñan los filtros para la detección y aislamiento de fallos en el sistema de ángulo de paso en turbinas aerogeneradoras de tres palas. Los algoritmos y diseños desarrollados se testan y verifican en un modelo de referencia cuyo funcionamiento y desempeño se analizan con cierto detalle a fin de clarificar el proceso de diseño. La solución final desarrollada detecta correctamente los fallos considerados, cumple con las especificaciones de tiempo de detección y de número máximo de falsas detecciones. Finalmente, se sugieren algunas líneas de trabajo futuro y pautas generales para incorporar la solución desarrollada en sistemas de control tolerante a fallos.

En el camp de les turbines aerogeneradores és de vital importància la detecció d'errors, tant de sensors com d'actuadors i sistema, a fi d'assegurar el seu funcionament a la zona òptima de treball, evitar la fatiga dels materials i, en definitiva, reduir els costos de manteniment. Aquest últim punt és especialment crític el cas de turbines offshore, ja que suposa un fre important per al desenvolupament d'aquesta tecnologia. En el present projecte, es presenten diferents mètodes per a la generació de residus (senyals d'error que indiquen la presència de fallades) i, a partir d'ells, es dissenyen els filtres per a la detecció i aïllament de fallades en el sistema d'angle de pas en turbines aerogeneradores de tres pales. Els algoritmes i dissenys desenvolupats es testen i verifiquen en un model de referència, el funcionament i acompliment del qual s'analitzen amb un cert detall a fi d'aclarir el procés de disseny. La solució final desenvolupada detecta correctament les fallides considerades compleixen amb les especificacions de temps de detecció i de nombre màxim de falses deteccions. Finalment, es suggereixen algunes línies de treball futur i pautes generals per incorporar la solució desenvolupada en sistemes de control tolerant a fallides.