Improvement of Wind Turbine Control in the Presence of Hydraulic Pitch System Faults

Abstract

[ES] En este artículo se analiza pormenorizadamente el impacto en la mejora de la resiliencia de un aerogenerador que ya opera con un algoritmo tolerante a fallos, mediante la modificación de dos de los parámetros habituales en el controlador como son el par máximo y el ángulo de pitch mínimo. Los resultados obtenidos a partir de las 5.472 simulaciones realizadas con el aerogenerador de referencia DTU 10 MW, demuestran que es factible evitar todas las paradas provocadas por varias fuentes de fallo habituales en el sistema de pitch hidráulico, como las fugas y la pérdida de presión de pre-carga en los acumuladores. Esto conlleva reducciones importantes en la mayoría de las cargas de fatiga mecánica consideradas, con mejoras máximas que superan el 20% en comparación con los resultados obtenidos con los valores nominales. La reducción de las paradas también redunda en un aumento de la producción eléctrica, llegando hasta el 63,8% de mejora en el caso del exceso de fricción. En contraprestación, y en ausencia de fallos, la modificación de los parámetros acarrea una reducción en la potencia generada. Esta pérdida puede verse limitada mediante un conjunto adecuado de valores. La combinación presentada en este artículo minimiza esa pérdida a solo el 5,2%.

[EN] This article analyzes thoroughly the impact on the resilience improvement of a wind turbine, which already operates with a fault-tolerant algorithm, through the modification of two common parameters in the controller: maximum torque and minimum pitch angle. The results obtained from the 5,472 simulations conducted with the reference DTU 10 MW wind turbine demonstrate that it is feasible to avoid all shutdowns caused by various common failure sources in the hydraulic pitch system, such as leaks and loss of pre-charge pressure in the accumulators. This leads to significant reductions in most of the considered mechanical fatigue loads, with maximum improvements exceeding 20% compared to the results obtained with nominal values. The reduction of emergency stops also results in an increase in electrical production, achieving up to a 63.8% improvement in the case of excessive friction. In contrast, in the absence of faults, the modification of the parameters results in a reduction in generated power. This loss can be limited through an appropriate set of values. The combination presented in this article minimizes this loss to only 5.2%.