掌桥专利:专业的专利平台
掌桥专利
首页

技术领域

本发明涉及一种用于控制风能设施的方法。本发明还涉及一种相应的风能设施。

背景技术

风能设施是已知的,其从风中获得电功率。为此,所述风能设施通常具有带有转子叶片的转子,所述转子叶片由风运动。因此,转子以转子转速旋转,所述转子转速也与驱动发电机的风速相关。

为了控制所述功率产生,转子叶片可以调整其迎角,这称作为桨距。此外,发电机的发电机力矩或输出功率可以受到影响,以控制风能设施。由此,也得出可变的转子转速从而可变的发电机转速。在无变速器的风能设施的情况下,转子转速对应于发电机转速。

风能设施的控制尤其具有如下目的,在转速低的情况下保证尽可能功率优化的运行,其中产生尽可能多的功率。在风速高的情况下,控制风能设施,使得遵守转速限制和功率限制。

在风速低的情况下也可以提及部分负荷运行或部分负荷区域,并且在风速高的情况下提及全负荷运行或全负荷区域。因此,在部分负荷运行中应产生尽可能多的功率,并且在全负荷运行中控制风能设施,使得对其相对于过载进行保护。相应的控制计划是已知的。据此,通常对部分负荷运行使用特征曲线开环控制,其中运行特征曲线预设在转速和对此要设定的功率之间的关联关系。叶片角在此通常是恒定的。在全负荷运行中,通常使用转速闭环控制,所述转速闭环控制经由调整转子叶片来尝试,在功率恒定时同样将转速保持恒定。

对所述基础要求可以添加另外的特殊性。这样通常发生,在部分负荷运行中的转速范围也包括如下转速范围,在所述转速范围内存在风能设施的谐振部位。为了解决所述问题可以提出,绕开这种谐振部位,其方式为:避免处于这种谐振范围内的转速。这样绕开转速然而可能是成问题的,因为由此在运行特征曲线中产生不连续部位。这在实际实施这种绕开控制时会造成问题。

另外的问题可以在从部分负荷运行到全负荷运行的过渡区域内产生。在此特别关键的是,运行特征曲线是相对陡峭的,使得小的转速变化造成高的功率变化,这在调控方面可能是挑战并且会引起特别类似的问题,如不连续部位。对此附加地,对于这种不连续部位或几乎不连续的区域,风速的波动会造成高的、可能过高的调控器活动。

发明内容

本发明基于的目的是,解决上述问题中的至少一个问题。尤其,应当提出一种解决方案,其中描述如下控制,所述控制也在处于谐振频率的范围内和/或处于从部分负荷运行到全负荷运行的范围内的转速范围内良好地工作。至少应当对迄今已知的解决方案提出一种替选的解决方案。

根据本发明提出一种用于控制风能设施的方法。用于控制风能设施的所述方法基于如下风能设施,所述风能设施具有空气动力学的转子,所述转子以可变的转速运行并且所述转子具有叶片角可调整的转子叶片。风能设施可以在部分负荷区域内和在全负荷区域内运行。在部分负荷区域内存在额定风速之内的风速,并且在全负荷区域内存在从额定风速起的风速。所述区域可以略微重叠,主要由于风速会波动并且也不能以任意精度确定。

在此,风能设施在部分负荷区域内通过运行特征曲线开环控制来控制,所述运行特征曲线开环控制使用运行特征曲线。运行特征曲线预设在转速、即转子转速和要设定的发电机状态变量之间的关联关系。要设定的发电机状态变量可以是发电机功率或发电机力矩。在此,运行特征曲线开环控制进行为,使得根据检测到的转速来设定发电机状态变量的通过运行特征曲线预设的值。运行特征曲线也可以通过功能说明、例如公式或函数预设。运行特征曲线也可以保存为表格。

因此,如果发电机状态变量是发电机功率,那么检测转速并且运行特征曲线针对检测到的转速描绘发电机功率的所属的要设定的值。所述发电机功率随后设定。通常,叶片角在此情况下不能改变。设定的发电机功率那么也与转速相关地造成发电机力矩,所述发电机力矩抵抗通过风在转子中产生的转子力矩。

如果这两个转矩是相同的,那么得到稳定的运行点。如果这两个转矩是不同的,那么转子加速或减速。因此,转子转速改变进而从运行特征曲线中确定和设定用于发电机功率的新的值,直至得到稳定的运行点。

在全负荷区域内,风能设施通过桨距调控来调控,其中通过调整叶片角将转速调控到转速期望值。尤其,在此将转速调控到额定转速值。这特别用于对风能设施相对于超载进行保护。因此,如果转速升高至高于风能设施应调控到的所述转速值,那么转子叶片调整其叶片角,即从风中转动,至少以一度或几度。由此,从风中获取更少功率进而转速可以降低或保持在期望的值。

此外提出,在部分负荷区域的至少一个可预设的转速范围内和/或在从部分负荷区域至全负荷区域的过渡区域内,风能设施通过转速功率调控来调控,其中通过调整发电机状态变量将转速调控到转速期望值。而在所述范围内,与针对部分负荷区域设置的运行特征曲线开环控制存在偏差。

这可以特别对部分负荷区域的转速范围设置,所述转速范围因此形成部分负荷区域的小的局部,在所述局部中可能出现谐振频率,或在所述局部中存在谐振部位。尤其,部分负荷区域的所述可预设的转速范围可以称作为回避范围,即在所述回避范围内存在应避免的转速。通过所述设置的转速功率调控随后可以将转速调控到在部分负荷区域的可预设的转速范围的起点或终点处的转速。借此可以略过尤其处于这种转速范围的中部、即处于回避范围的中部的转速。

在此,对所述转速功率调控设有两个调控级联。因此,转速功率进行为,使得在外级联中,从预设的期望转速与检测到的实际转速的比较中经由第一调控器确定转子的第一加速度期望值。就此而言,将转速的所述调控误差传递到所述加速度期望值中。由此,可以将转子的所述加速度期望值理解为转子应加速的加速度值。加速度期望值也可以采用负值并且就此而言说明转速应如何减小。

那么此外提出,在内级联中,从转子的第一加速度期望值与检测到的加速度实际值的比较中经由第二调控器确定发电机期望值作为用于发电机状态变量的期望值。因此,根据两个变型形式中的哪个变型形式设为用于发电机状态变量,第二调控器将转子加速度的调控误差转换为发电机功率期望值或发电机力矩期望值。

因此,对于在部分负荷区域内的运行特征曲线开环控制,针对特殊的范围提出到转速调控(Drehzahlregelung)中的变换。即从开环控制变换为闭环控制。针对调控,即转速调控,在此提出专门的级联结构,所述级联结构在外级联中调控转速并且为此在内级联中调控转矩。

为此尤其已认识到的是,通过这种转速调控,在转速功率特征曲线中的不连续部位或具有非常大的斜率的部位处可以将转矩从而还有功率良好地一起控制。在此尤其已认识到的是,在转速变化小的情况下会出现大的功率变化,其由此可以控制。可以避免出现大的转子加速度。附加地,由此可实现或简化在转速调控器和功率调控器之间的相互作用。这在下文中还在至少一个实施例中阐述。

根据一个方面提出,转速功率调控具有积分部分,尤其第二调控器具有积分部分。在此尤其已认识到的是,在不连续部位或斜率非常大的转速功率曲线的情况下将转速保持在一个值上是有意义的,为此可以使用积分部分。通过积分部分可以将输出的功率也在没有保留的调控误差的情况下保持。

尤其已认识到的是,不需要在外调控级联中设置所述积分部分。由此避免,在期望转速和实际转速之间的偏差造成期望转矩的升高的值。替代于此,积分部分可以在内级联中使用。内级联从加速度值的期望值-实际值比较中产生发电机功率或发电机力矩,其就此而言可以被视为控制变量。所述控制变量通过积分部分的增大由此立即在发电机中实现并且可以立即发挥作用,使得积分部分在所述内级联中提出。

根据一个方面提出,在转速功率调控中,第一加速度期望值和加速度实际值分别构成为加速度功率。加速度功率与转子加速度相关联并且描述引起转速加速度所需的功率。由此也可以尤其将期望加速度和实际加速度之间的差表达为功率并且评估。这种功率也可以尤其与可提供用于调控的功率相关联。特别有利的是,经由其简化与在全负荷区域内的调控的均衡。通过在相应的控制变量或调控变量中考虑所述功率这两个调控是可以比较的。

根据一个方面提出,在转速功率调控中,外级联为了确定第一加速度期望值具有至少一个加速度极限值。如果为加速度考虑加速度功率,那么可以设有相应的功率极限值。转速调控可以由此保持在重要的极限内。尤其可实现的是,可以考虑,究竟有多少功率可提供用于实施转速调控。所述优点不仅在为加速度考虑加速度功率时才可实现。作为可提供的功率可以考虑可从风中提供的功率以及可设定的发电机功率。

在此特别可以考虑,通过风速得出用于驱动转子的最大功率。在特定的工作点中,已经允许使用出自风的可提供的功率的大部分。那么,差分功率可以直至可提供用于转速调控的最大可提取的功率保留。这可以在至少一个加速度极限值的情况下考虑。在发电机的情况下类似的是,发电机同样不能从其当前的工作点任意调整进而仅能直至特定的值提供用于转速调控的功率。这可以被考虑。此外,当在一个运行点从风中提取的功率减少时,也可以考虑一个低值(Unterwert)。这种低值可能——为了直观一些夸大来说——是风能设施面临停止的值。

相应地优选提出,可设定至少一个加速度极限值。所述加速度极限值可以由此匹配于所阐述的给定条件。

此外或替选地提出,作为至少一个加速度极限值设有具有不同值的加速度上限值和加速度下限值。在此尤其也考虑,出于空气动力学的原因可能存在与用于减小转速的功率不同大小的可提供的用于提高转速的功率。

此外或替选地提出,内级联为了确定用于设定发电机状态变量的控制变量具有带有积分器限制的积分元件。可选地,这种积分器限制可设定并且此外或替选地为积分器限制设有不同的上限值和下限值。在内级联中从而在第二调控器中使用积分元件的优点在上文中已经说明。

在此附加地提出,为相应的积分元件设置积分器限制。借此可以尤其防止,在调控偏差保留时积分部分越来越高,或向负方向越来越低。这里也考虑到,只有有限的功率可作为调整能量提供用于实施转速调控。通过限制积分元件,这被考虑进而可以避免,积分元件预设完全无法实施的控制变量,尤其是相应的期望功率。为了特别好地考虑这点而提出,将积分器限制可设定地预设和/或考虑通过不同的上限值和下限值的相应的功率限制。

根据一个方面提出,至少一个可预设的转速范围分别设为转速回避范围,其特征在于下部的回避转速和上部的回避转速。对此提出,如果在转速升高时达到下部的回避转速或在转速下降时达到上部的回避转速,那么使用转速功率调控。尤其提出,这种回避转速范围在形成谐振频率或贡献于在风能设施中激励谐振的转速周围形成。

为此还提出,在使用转速功率调控时,风能设施根据存在的风速在包括下部的回避转速的下部的转速范围内可在下部的工作点中运行,并且在包括上部的回避转速的上部的转速范围内可在上部的工作点中运行,并且根据下部的和上部的工作点的空气动力学的评估执行在下部的和上部的工作点之间的变换。

因此该方面的基础是,在使用转速功率调控时风能设施可在这两个工作点中的一个工作点中运行,直观地表达,即原则上低于或高于要避免的谐振情形。那么如果风速改变,可以考虑从上部的工作点到下部的工作点或相反的变换。针对这种变换提出,执行下部的和上部的工作点的空气动力学的评估。

在此尤其基于的构思是,通过使用转速调控,尽管风速可变,转速仍基本上是恒定的,其中所述转速调控在此即通过提出的转速功率调控实现。因此,转速不太适合作为在两个工作点之间的变换是否有意义的标准。因此提出,对两个工作点进行空气动力学的评估并且尤其当各另一工作点在空气动力学方面更好或更适合时进行变换。

在此尤其也已认识到的是,对在所述转速功率调控中调整的发电机功率的纯判断可能是不适合的。

根据一个方面提出,为了在下部的和上部的工作点之间的变换进行至少两级的检查。在此,在第一级中检查:应变换到的工作点是否具有比应变换离开的工作点更高的空气动力学效率。在第二级中检查:借助部分负荷转速调控确定的发电机状态变量是否达到发电机状态上限或发电机状态下限。这种发电机状态极限尤其可以是预设的最大功率值。如果发电机功率达到所述值,即发电机功率在下部的工作点中运行时升高至该值,那么这造成从下部的工作点到上部的工作点的变换。相应地,可以预设下部的功率值,当发电机功率降低至所述功率下限时,所述下部的功率值造成从上部的工作点到下部的工作点的变换。

尤其提出,根据在第一级中的检查允许变换,并且根据在第二级中的检查规定变换。因此如果当前的工作点比其他工作点更不利,即所述当前工作点具有比应变换到的工作点更小的空气动力学效率,那么考虑变换。然而变换并非必须执行并且更确切地说可以与其他条件相关。这种其他条件例如可以是,风以何种强度波动。如果风强烈波动,那么更谨慎地进行在工作点之间的变换。然而如果风速几乎不波动,那么更有意义的能够是,变换到具有更高的空气动力学效率的工作点,因为假定,仍在一段时间内保持为具有较高的空气动力学效率的工作点。

然而,如果在第二级中确定达到极限,那么必须进行变换。在此尤其基于如下知识,可以在一段时间内接受并非最优的工作点。缺点可以与其他标准进行权衡。

例如,具有较高的空气动力学效率的工作点保证较大的收益。但是,这可以与由于变换造成的收益损失相比,并且此外可以附加地考虑是否可以预期频繁的变换。

然而也已认识到的是,过于不利的工作点可能会整体上危及风能设施的运行。例如,如果风能设施在下部的转速范围内运行,特别是以下部的回避转速随着越来越高的功率运行,这可能导致工作点在空气动力学方面变得不利,使得风能设施停止,这仅是一个实例。

根据一个方面提出,如果应变换到的工作点在可预定的检查时间段内具有比应变换离开的工作点更高的空气动力学效率,那么进行在下部的工作点和上部的工作点之间的变换。由此可以避免,尽管另一工作点的空气动力学效率较高仍轻率地变换。尤其,可预定的检查时间段处于5秒至10分钟的范围内,尤其处于10秒至5分钟的范围内。所述时间片具有下部的值,其可以适合于足够长时间地检查:工作点或其所基于的风况是否稳定。5分钟或10分钟的这两个上部的值给出如下时间,在所述时间内变换损失不再占优势。具体的选择尤其可以与这两个工作点相差多少相关。这还可以与必须选择多大的转速回避范围相关。

根据一个方面提出,对转速功率调控将转速期望值预设为常量或者经由至少一个转速特征曲线预设,其中转速特征曲线分别具有与要设定的发电机状态变量相关的转速值。尤其提出,转速特征曲线构成为,使得其至少部段地具有负斜率,使得转速值随着发电机状态变量的值增加而减小。

由此提出根据转速/功率图表的斜率更大的、尤其垂直的分支。在使用转速/转矩图表时,所述阐述符合意义地适用于发电机力矩作为发电机状态变量。将转速期望值预设为常量表示:在风增大时由于功率相应升高出现转速增大。尤其通过具有积分部分的调控器,对预设的恒定的转速期望值可以达到固定精度,即通过相应高的发电机功率作为控制变量。因此,随着风增大,功率升高,而转速不升高。符合意义地,在风下降时转速可以保持恒定,而发电机功率作为控制变量减小。

已认识到的是,负斜率相对于垂直斜率甚至可以具有优点。因此,负斜率是如下状况,在所述状况中,在风速增加时转速通过转速功率调控不升高并且甚至还略微降低,而发电机功率作为控制变量明显升高。例如,在此发电机功率可以升高10%,而转速再次降低1%。通过这种调控可以避免,在转速-功率示图中产生多重含义的转速-功率分支。换言之,由此在该分支上的每个转速可以关联一一对应的功率值。

符合意义地,在风速降低时,当风能设施达到上部的工作点时,发电机功率作为控制变量可以继续减小,然而转速甚至略微增加。在此作为实例也考虑,发电机功率在此降低10%,而转速仅降低1%。由此可以确定相应的直线或线性的关联关系。在此,换言之,5%的功率减小与0.5%的转速提高相关联等。相同情况符合意义地也适用于风速的升高进而适用于功率从下部的工作点的升高。

根据一个方面提出,为了在下部的工作点和上部的工作点之间的变换预设变换时间,其优选小于20秒,尤其小于10秒。此外或替选地提出,为要设定的发电机状态变量预设时间变化曲线,以便由此控制变换。

通过转速功率调控,风能设施在工作点中,即以例如预定的转速运行和保持。为此,发电机功率作为发电机状态变量相应地设定并且持续地再调控。所有这些当然也可以借助于发电机力矩作为发电机状态变量执行。

现在如果应变换工作点,即例如从下部的工作点变换为上部的工作点,那么回撤所述发电机状态变量,即所述发电机状态变量形成转速功率调控的控制变量。由此可以使转子加速。所述发电机状态变量针对从下部的工作点到上部的工作点的变换越大程度地回撤,变换可以越快地进行。因此,经由此可以实现变换时间。

在选择变换时间时优选也一起考虑边界条件,使得因此任意快的变换不一定是唯一有意义的目标。也可以考虑极限值。尤其要考虑的是,针对在变换之后的发电机状态变量将哪个值计算在内。这样,例如也可以针对变换过程设定在变换应预期的发电机状态变量的值。在变换之后于是直接借助所属的发电机状态变量操控所述工作点。

这然而会造成过慢的变换。因此,发电机状态变量在从下部的工作点到上部的工作点变换时必须相应较小地设定。如果其设定为过小以便过快地变换,那么由此可能得出过调,使得在变换之后达到期望的转速时发电机状态变量不够快地达到期望的值。相应地提出,预设变换时间并且例如可以在模拟中,或从经验值或有针对性的试验中确定要设定的发电机状态变量。

符合意义地,当从上部的工作点变换至下部的工作点时相应地遵循相同的过程,其中发电机状态变量的值相应地提升,但是不应提升太多。对此也可以经由对变换时间的提出的预设来确定对于发电机状态变量的适合的值。

由此,附加地或替选地提出,针对要设定的发电机状态变量预设时间变化曲线。这种时间变化曲线可以针对从下部的工作点至上部的工作点的变换特别看作为,发电机状态变量在特定时间内,尤其在一半的变换时间内,连续地降低并且在其余时间内连续地升高,即尤其升高至针对被操控的上部的工作点确定为有意义的值,该值例如已计算或已通过模拟确定。

符合意义地,发电机状态变量相应地首先升高,并且然后当应从上部的工作点变换为下部的工作点时降低。

根据一个方面提出,过渡区域在部分负荷区域内处于上部的转速范围内,所述上部的转速范围的特征在于从过渡转速起的转速。如果存在转速回避范围,那么上部的转速范围尤其处于这种转速回避范围内。

为此还提出,风能设施的特征在于额定转速并且过渡转速为额定转速的和/或桨距调控的期望转速的至少80%,尤其至少85%。就此而言在此提出,在该过渡区域内使用转速功率调控从而针对从额定转速的80%或85%的这种高的转速直至全负荷区域,即直至额定转速的100%使用转速功率调控。桨距调控,只要其是激活的,尝试将转速调控为期望转速,即借助于桨距调整。所述期望转速基本上对应于额定转速,然而其也许可以在具体的实施中尤其在调控结构中更好地考虑。此外,在此涉及从部分负荷区域到全负荷区域的过渡区域,在所述过渡区域内为桨距调控预设转速期望值,使得所述转速期望值给出有意义的取向。针对额定转速的下面的阐述同样符合意义地适用于期望转速。

在此尤其已认识到的是,在从额定转速的80%或85%至100%的所述转速范围内,运行特征曲线是非常陡峭的。因此,小的转速变化造成发电机状态变量的非常大的变化。例如,转速的1%的提高会造成发电机状态变量的3%或更多的提高。尤其针对额定转速的95%至100%的范围,1%的转速变化会造成发电机状态变量的5%至10%的变化。风速的小的波动由此造成转速的小的变化并且其造成发电机状态变量的强烈变化。为了解决在所述特定范围内的这些问题,由此在此提出转速功率调控的应用。

因此,进行转速调控,其然而与在全负荷区域内的转速调控不同,因为其将发电机状态变量、即发电机功率或发电机力矩用作为控制变量。通过提出的级联调控,在此可以附加地将转子加速度从而动力学一起考虑。特别地,这通过使用运行特征曲线开环控制是不可能的,因为运行特征曲线开环控制仅针对检测到的转速设定发电机状态变量,即发电机功率或发电机力矩。转速在此多快地改变不被考虑。针对此外通常也基于具有较小波动的小的风速的小的转速,这可以是好的且被证明的策略。在还考虑较强的风波动的所描述的陡峭的区域内,然而可以通过使用转速功率调控实现改进。

根据一个方面提出,针对转速功率调控经由过渡转速特征曲线预设转速期望值,所述过渡转速特征曲线形成所述转速特征曲线或转速特征曲线,其中针对转速值对应于过渡转速的转速,过渡转速特征曲线垂直地伸展,使得随着发电机状态变量升高,转速是恒定的,直至发电机状态变量达到低于发电机状态变量的额定值的预定的第一发电机参考值。

由此,针对所述过渡区域不仅提出,代替运行特征曲线开环控制应使用转速功率调控,而且也保存其他的转速功率特征曲线——或转速转矩特征曲线,其从过渡转速起垂直地伸展。这也意味着,在风速升高时从达到过渡转速起,转速首先不继续提高。因此,所述设施在此与运行特征曲线相比以较小的转速运行。

由此可以尤其实现,不过早达到额定转速,从所述额定转速起开始全负荷运行从而开始相应的调控。特别地,借助具有非常陡峭的运行特征曲线的运行特征曲线开环控制,转速可以通过风波动经常达到额定转速。随后应检查:如何对其作出反应,即是否激活针对全负荷运行提出的转速调控。可能得到在运行特征曲线开环控制和桨距调控之间的频繁的变换,这通过这里提出的解决方案避免。

此外或替选地可以提出,从过渡转速起过渡转速特征曲线仍具有正斜率和/或所述过渡转速特征曲线从第一发电机参考值起具有正斜率,使得发电机状态变量的值随着转速增大而增大,直至达到发电机状态变量的额定值。过渡转速特征曲线构成为,使得其从过渡转速起具有正斜率并且伸展至额定转速,这并非是优选的解决方案,然而可提出。那么尽管如此可以提出,过渡转速特征曲线在该区域内与运行特征曲线不同。尤其,所述过渡转速特征曲线可以是线性的从而在该区域内高于运行特征曲线。转速那么沿着所述过渡转速特征曲线调控,即借助提出的转速功率调控器。

然而尤其提出,从过渡转速起过渡转速特征曲线垂直地伸展,直至达到发电机参考值,其中从这起过渡转速特征曲线具有正斜率。然而优选地,在转速达到额定转速之前,所述过渡转速特征曲线达到发电机状态变量的额定值,即额定功率或额定力矩。由此那么在部分负荷区域内已经达到发电机状态变量的所述额定值并且随后才将转速提高至额定转速,以便随后或在此过渡到全负荷区域和在全负荷区域内的相应的调控中。

根据一个方面提出,根据在设定的发电机状态变量和发电机状态上限之间的差来确定调控储备。所述差也可以直接形成调控储备。这尤其与发电机状态变量是否具有与调控储备相同的物理单位相关。调控储备尤其可以构成为功率。如果发电机状态变量构成为转矩,那么考虑将转矩的相应的差换算为所述调控储备。特别有利的是,在内级联中,第一加速度期望值和检测到的加速度实际值设有与调控储备相同的单位。

还提出,调控储备从转速功率调控传递至桨距调控。桨距调控是转速调控,其中叶片角形成控制变量。就此而言,借助转速功率调控和桨距调控存在两个转速调控,这两个转速调控由此可以彼此配合。

在此还提出,转速功率调控和桨距调控至少部分并行地工作并且经由调控储备彼此配合。调控储备在此是如下情况的指标,即总体上还可提供多少调整功率或调整能量。如果所述调控储备提供多的调整能量,那么调控储备的数值是大的。由此可以用信号通知桨距调控:转速功率调控因此还未在其极限并且还可以调控。

在此尤其已认识到的是,有利的是,在从部分负荷区域过渡到全负荷区域时首先将调控交给转速功率调控,只要这是可行的。在此情况下,即如果桨距调控在超过风速时才激活,那么转子叶片仍处于空气动力学最佳状态,即尚未远离风。如果在此情况下桨距调控激活,那么这仅意味着,所述桨距调控使叶片远离风。由此从风中获取的功率更少。如果这对于设施的限制和负荷是必要的,那么也应当被执行;然而还不需要的是,可以再重置。这刚好可以通过调控储备识别从而这可以用信号通知桨距调控。

桨距调控在此不仅获得如下信息:转速功率调控还具有调整能量,而且所述桨距调控也获得关于高度的信息。由此过渡可以连续地进行。即如果还存在大量调整能量,即调控储备的数值还是大的,那么桨距调控还可以保持未激活。然而如果调控储备是小的,尽管如此然而仍然存在,那么桨距调控已经可以激活,同时转速功率调控也还是激活的。因此,这两个转速调控是激活的并且经由调控储备这两个转速调控彼此配合。

在此尤其也已认识到的是,过渡是有意义的,而不是预期的,直至转速功率调控在缺少调整能量的情况下完全不再能调控。由此避免硬转换并且还可以利用转速功率调控的快速的调控能力。

在风速降低时,从桨距调控到转速功率调控的过渡符合意义地一样地工作。因此,运行随后从全负荷区域到达部分负荷区域,并且一旦认识到,存在调控储备,即可以减小发电机功率或发电机力矩,就可以开始过渡。

原则上也可以提出转换,然而至少通过对于尽可能适合的状态或尽可能适合的情况考虑调控储备可以执行所述转换。

根据一个方面提出,转速功率调控相对于桨距调控优先,尤其使得完全地或部分地抑制桨距调控,只要转速功率调控未达到控制变量限制。然后优先给出转速功率调控。

此外或替选地提出,桨距调控附加地根据转子的加速度实际值来控制转速,并且在转速功率调控中发电机期望值低于发电机期望值极限越多,就越多地抑制通过桨距调控来调控转速。

因此提出,转速功率调控完全地或部分地开始,只要其也可以是有效的。这在上文中已经阐述。也可以检查,转速功率调控是否达到控制变量限制。如果所述转速功率调控达到控制变量限制,那么桨距调控可以接入或者提高其份额。

根据一个方面,桨距调控可以附加地根据转子的加速度实际值来控制转速。经由此可以尤其认识到,短时间内是否或以何种程度将过高的转速计算在内,那么这应抵消桨距调控。所述抵消可能附加地与转速功率调控还能以何种程度将其抵消相关。

尤其提出,考虑提出的转速功率调控的特定的结构并且在此尤其考虑内级联,所述内级联根据在第一加速度期望值和检测到的加速度实际值之间的比较经由第二调控器确定发电机期望值。

发电机期望值因此形成控制变量,所述控制变量可以直接地或间接地作用于发电机。所述控制变量远离极限、即发电机期望值极限多远,在此被考虑,以便相应地或多或少地将桨距调控考虑在内。如果发电机期望值仍距发电机期望值极限远,那么桨距调控可以强烈地被抑制。如果发电机期望值接近发电机期望值极限,那么桨距调控可以相应更强地一起用于调控。这可以用于确定调控储备并且经由其输送给桨距调控。

根据一个方面提出,转速功率调控为了调控转速将发电机状态变量用作为控制变量,其由此称作为发电机控制变量,并且桨距调控为了调控转速将叶片角用作为控制变量,其由此称作为桨距控制变量,其中叶片角尤其随着风速增大分别从在部分负荷区域内设定的部分负荷叶片角朝向最终角增大,其中转速功率调控与桨距调控相协调,并且尤其为了转速功率调控与桨距调控协调,将发电机控制变量和桨距控制变量彼此协调。

这种协调尤其可以表现为,将在一个调控器中使用的控制变量在另一调控器处减去,必要时在相应换算相关单位的情况下。然而也考虑,这两个调控器彼此配合为,使得一个调控器的控制变量的值可以直接在另一调控器处减去。为此,这两个调控变量必须例如经由归一化彼此配合。由此这两个调控器可以执行转速调控,然而不用相互补偿或造成过度调控,其中这两个调控器的控制变量实际上以不协调的方式相加。

尤其提出,考虑发电机控制变量的控制变量限制并且将转速功率调控和桨距调控协调为,使得转速功率调控与桨距调控相比对转速施加更大的影响,只要所述转速功率调控未达到控制变量限制。因此,采取转速功率调控,只要其可以实现足够的控制变量。

此外或替选地提出,根据发电机控制变量的控制变量限制设定桨距控制变量。尤其为此提出,在发电机控制变量和控制变量限制之间的差限定转速功率调控的调整范围并且改变桨距控制变量,使得转速功率调控的调整范围越大,桨距调控对转速的影响越小。由此能够以简单的方式和方法实现这两个调控器的协调。尤其能够以简单的方式和方法确定并且在协调时考虑所述调整范围。

根据一个方面提出,桨距调控进行为,使得在外级联中从预设的期望转速与检测到的实际转速的比较中经由第三调控器确定第二加速度期望值,在内级联中从第二加速度期望值与检测到的加速度期望值的比较中经由第四调控器确定控制变量,尤其桨距控制变量,以调整叶片角,并且第二加速度期望值与检测到的加速度值的比较形成调控误差并且借助于调控储备修改调控误差,并且这样修改的调控误差形成第四调控器的输入变量。

因此,第四调控器是桨距调控的内级联。所述内级联考虑加速度期望值/实际值比较。因此,所述内级联考虑,转子的检测到的加速度是否对应于转子的期望的加速度。如果不是这种情况,那么得出可以称作为调控误差的差。所述差随后通过第四调控器造成相应的反应,即叶片角的调整。在期望的和检测到的加速度之间的偏差由此被抵消。

为了所述桨距调控与转速功率调控器的协调,现在提出,说明加速度偏差的所述调控误差被修改。直观表达,桨距调控的内级联的所述调控误差不需要经由桨距调控来修正,当替代于此这可以经由发电机实现转速功率调控时如此。当存在相应的调控储备时,那么可以经由发电机实现转速功率调控。优选地,所述调控储备在其尺寸方面配合于桨距调控中的加速度偏差。调控储备随后被简单地从桨距调控中的所述加速度调控误差减去。在极端情况下,当转速功率调控具有足够的调控储备时,那么得出值零并且桨距调控可以是未激活的。

然而也可以考虑,由此仅减小桨距调控中的加速度的调控误差。这随后造成,第四调控器产生或改变桨距控制变量,即使得应当调整桨距,然而仅以减少的量。由此可以使桨距调控配合于转速功率调控,即使得所述桨距调控考虑,转速功率调控总体上还可以多好或多强地动作。为此存在调控储备。

优选地,桨距调控的内级联的加速度期望值、加速度实际值和得出的调控误差分别构成为功率值。由此简化与转速功率调控的协调。

由此还提出,修改尤其进行为,使得与调控误差还未修改时相比减少叶片角的调整或抑制叶片角的调整。

此外或替选地提出,修改尤其进行为,调控储备或与其等效的、尤其成比例的变量有效地结合于第二加速度期望值与检测到的加速度值的比较。

如果桨距调控考虑加速度期望值和相应的加速度实际值以及由此产生的调控误差作为加速度功率,那么这种结合是尤其有用的,如这在上文中已经针对转速功率调控器所描述的那样。加速度功率因此在此也说明达到相应的加速度所需要的功率。在此情况下,调控储备可以形成功率值,即所述功率值说明,转速功率调控还可提供多少调控功率。刚好将所述功率值随后从桨距调控的加速度调控误差减去,所述加速度调控误差同样是功率。

由此得出一种简单的调控结构,其中只需在转速功率调控中生成调控储备并且前馈到桨距调控,即具有负号,以便由此减去。当然,其他因此可能更复杂的实施也是可行的。

根据一个方面提出,在转速功率调控中附加地根据叶片角改变第一加速度期望值,所述第一加速度期望值根据预设的期望转速与检测到的实际转速的比较来确定。这尤其进行为,使得第一加速度期望值以前馈值增大,其中前馈值根据作为在当前的叶片角与部分负荷叶片角之间的差的角度差确定,尤其是与其成比例地确定。

首先要注意的是,在部分负荷区域内应设定恒定的部分负荷叶片角。在到全负荷区域的过渡区域内然而可以存在偏差,即通过桨距调控存在偏差。这还意味着,桨距调控已经至少部分是激活的。这现在通过考虑已通过桨距调控设定的角度差的方式来考虑。

所述考虑在转速功率调控中在确定加速度期望值时进行。在此尤其提出,当这种角度差被确定时,提高所述加速度期望值。尤其地,所述角度差越大,即其值越大,则所述加速度期望值就越强地提高。

加速度期望值的所述提高造成,转速功率调控尝试将所述提高的加速度期望值修正,即所述转速功率调控尝试通过相应地设定发电机状态变量,即发电机功率或发电机力矩达到所述加速度期望值。然而,由此转速功率调控随后可以达到限制。这也可以称作为,其达到饱和。这于是又可以表示,识别到较小的调控储备或完全没有识别到调控储备。所述调控储备或相应较小的调控储备或不存在的调控储备可以在相应的实施方案中反作用于桨距调控从而所述桨距调控激活或提高其影响,必要时直至100%,使得转速功率调控随后不再作用。由此能够以简单的方式和方法在桨距调控激活时返回到转速功率调控。

根据一个方面提出,执行特征曲线移动,其中根据运行点,尤其根据桨距调控的表现,尤其根据设定的叶片角移动运行特征曲线,使得在转速相同时设定发电机状态变量的更高的值。在运行特征曲线示出为,转速在横坐标上绘制并且发电机状态变量、即发电机功率或发电机力矩在纵坐标上绘制时,由此运行特征曲线向左移动。

运行特征曲线设为用于在部分负荷区域内控制风能设施,然而在过渡至全负荷区域和阵风的情况下桨距调控可以起作用,同时运行特征曲线开环控制同样是激活的。在这种运行点中提出运行特征曲线的移动。

在此尤其已认识到的是,在这种阵风的情况下风速可以快速地在平均风速周围波动。桨距调控通常不能将快速的波动修正,使得可以产生转速波动。在此,转速也可以降低至低于额定转速,这会造成运行特征曲线开环控制的反应,所述运行特征曲线开环控制随着转速降低而减小功率。因为运行特征曲线对于高的转速是尤其陡峭的,所以小的转速变化已经可以造成强的功率变化。如果转速降低至低于额定转速,那么这会造成功率强烈地减小,即减小至低于额定功率的值,尽管平均转速根本不必低于额定转速。

通过移动运行特征曲线避免了这种情况。已认识到的是,尤其从桨距调控的表现中可以识别所描述的情况。所述情况在此尤其可从叶片角中推导出,所述叶片角通过桨距调控来预设。

因此尤其提出,运行特征曲线以预定的或可设定的移动转速移动,所述移动转速尤其处于0.3转/分钟至1.5转/分钟的范围内,优选处于0.5转/分钟至1转/分钟的范围内。由此,在以1.5转/分钟移动时实现,转速能够以直至1.5转/分钟降低至低于额定转速,而运行特征曲线不造成功率的减小。

由此,在转速低的情况下,这种移动具有较少影响,在转速高时,如果运行特征曲线是非常陡峭的,那么这然而具有较强的影响。这也造成,在接近额定转速的高的转速下,已经在转速比额定转速略低的情况下,达到发电机状态变量的额定值,即额定功率或额定力矩。由此可以防止,在风速波动并且转速相应波动时,尽管风速足够高,即处于额定风速的范围内,一再设定比额定功率更小的功率或比额定力矩更小的力矩。

尤其提出,与超出部分负荷叶片角相关地,尤其与叶片角超出部分负荷角的超出值相关地,执行特征曲线移动。

只要叶片角具有部分负荷角,那么桨距调控还未变为激活。如果所述叶片角被超出,那么所述桨距调控变为激活并且考虑特征曲线移动。然而,在少量超出部分负荷角,例如仅超出1°时,但是还不一定假定强的阵风。因此,特征曲线移动与超出值相关。

尤其当超出值达到超出最小值时,那么才执行特征曲线移动,所述超出最小值尤其处于2°至5°的范围内。

附加地或替选地提出,超出值被定量地评估,并且根据超出值设定移动转速。

超出值由此可实现阵风的评估并且可以与其相关地相应地选择移动转速,即超出值越大,移动转速就越大。

根据本发明还提出一种风能设施。这种风能设施具有空气动力学的转子,所述转子以可变的转速运行并且具有叶片角可调整的转子叶片。此外,风能设施具有用于控制风能设施的控制装置。控制装置配置用于,借助于根据上述实施方式中的至少一个的用于控制风能设施的方法来控制风能设施。

这尤其意味着,控制装置可以具有至少一个过程计算机,在所述过程计算机上实现所述方法。尤其为此保存一个或多个运行特征曲线并且实现运行特征曲线开环控制,所述运行特征曲线开环控制根据检测到的转速提取相关的运行特征曲线的相应的发电机状态变量并且相应地设定风能设施。

尤其,控制装置具有对风能设施的发电机的访问并且可以设定其功率输出和/或其发电机力矩。此外,控制装置具有对用于调整转子叶片的叶片角的调整设备的访问。

此外,转速功率调控在控制装置中实现并且所述控制装置可以接收实际值并且同时操控发电机和叶片调整装置。

尤其,转速功率调控进行为,使得其可以接收转速实际值以及转速期望值并且其也接收或从接收到的转速中计算加速度实际值。

根据本发明也提出一种风电场,所述风电场具有多个风能设施。一个、多个或所有所述风能设施构成为根据上述实施方式中的至少一个的风能设施。尤其通过风电场的多个或甚至所有风能设施使用至少一个用于控制风能设施的前述方法,其运行可以相互配合。在此尤其要注意的是,风能设施的可能的振荡表现也可以相互地作用于风能设施。由此,通过提出的方法对这种振荡的更好的抑制以及风能设施通过前面提到的方法中的至少一个的更连续的表现总体上引起风电场的更有利的表现。尤其地,风电场是风能设施的设置,这些风能设施经由同一电网连接点馈入到供电网中。通过提出的方法也可以更均匀地且以较小的振荡进行所述馈入。

附图说明

现在,在下文中示例性地参照附图详细描述本发明。

图1示出风能设施的立体图。

图2示出风电场的示意图。

图3分别以简化的示意图示出转速功率调控和桨距调控。

图4示出用于说明提出的控制方法的转速-功率图表。

图5示出用于说明在上部的运行点和下部的运行点之间的过渡的时间-功率图表。

图6示出转速-功率调控的相对于图3扩展的结构。

具体实施方式

图1示出根据本发明的风能设施的示意图。风能设施100具有塔102和在塔102上的吊舱104。在吊舱104上设有空气动力学的转子106,所述转子具有三个转子叶片108和整流罩110。空气动力学的转子106在风能设施的运行中由风置于转动运动从而也使发电机的电动转子或旋转件转动,所述电动转子或旋转件直接地或间接地与空气动力学的转子106耦联。发电机设置在吊舱104中并且产生电能。转子叶片108的桨距角可以通过在相应的转子叶片108的转子叶片根部108b上的桨距马达改变。

风能设施100在此具有发电机101,所述发电机在吊舱104中表明。借助于发电机101可以产生电功率。为了馈入电功率设有馈入单元105,所述馈入单元尤其可以构成为逆变器。借此,可以根据幅值、频率和相位产生三相的馈入电流和/或三相的馈入电压,以在电网连接点PCC处馈入。这可以直接进行或也可以与风电场中的其他风能设施一起进行。为了控制风能设施100还有馈入单元105设有设施控制装置103。设施控制装置103也可以从外部、尤其从中央的电厂计算机获得预设值。

图2示出示例性地具有三个风能设施100的风电场112,所述风能设施可以是相同的或不同的。这三个风能设施100因此原则上代表风电场112的任意数量的风能设施。风能设施100提供其功率,即尤其经由电厂电网114提供所产生的电流。在此,将各个风能设施100的分别产生的电流或功率相加并且在大多数情况下设有变压器116,所述变压器将电厂中的电压升压变换,以便随后在通常也称作为PCC的馈入点118处馈入到供电网120中。图2仅是风电场112的简化图,所述简化图例如没有示出控制装置,尽管当然存在控制装置。电厂电网114例如也可以不同地构成,其方式为:例如也在每个风能设施100的输出端处存在变压器,在此仅列举另一实施例。

风电场112还具有中央的电厂计算机122。所述电厂计算机可以经由数据线路124或无线地与风能设施100连接,以便经由其与风能设施交换数据并且尤其获得风能设施100的测量值并且将控制值传输至风能设施100。

图3示出简化的调控结构300。所述调控结构在其上部中具有转速功率调控302。在下部中所述调控结构具有桨距调控304。转速功率调控302和桨距调控304可以经由以虚线示出的耦联连接306耦联,这在下文中更进一步地阐述。原则上,然而两个调控器可以彼此独立地工作,使得耦联连接306仅虚线地示出。所述耦联连接至少根据一个实施方式设置。

转速功率调控302具有第一求和点308,在所述第一求和点处执行在期望转速n

第一调控器310基于调控误差e

将得出的内部的调控误差e

所观察的加速度值,即检测到的加速度值a

尽管如此需要的是,即使内部的调控偏差的物理单位已经是基于功率的,也能从内部的调控偏差e

无论如何将这样确定的功率期望值Ps提供到发电机320中并且这由此对在风能设施框322中说明的风能设施发挥作用。发电机320作为自身的框的示图基本上用于说明。实际上,发电机320当然是风能设施的一部分。然而尤其应当由此说明对桨距调控304的限制。

因此,在风能设施的运行中,所述风能设施可以根据运行特征曲线开环控制运行。对于特定的转速或转速范围,这在下文中还被阐述,然而设有示出的转速功率闭环控制302。因此,如果所述风能设施被激活,那么其获得相应的转速期望值。这可以是固定的或是特定的特征曲线的一部分。

在最适合于说明的情况下,存在恒定的转速期望值n

外部的调控误差随后通过第一调控器310造成加速度期望值a

因此,如果在部分负荷区域内应执行转速闭环控制,那么使用所述转速功率调控302。转速由此被调控进而也得出发电机的相应的输出功率,所述输出功率不仅用于调控,而且也作为由风产生的功率输出。所述转速功率调控可以与桨距调控304无关地设置,尤其当所述转速功率调控302用于在转速回避范围内调控下部的或上部的回避转速时如此。尤其对于低于上部的转速范围、即不在额定转速附近的转速,转速功率调控302在不与桨距调控304结合的情况下适合,所述桨距调控在此情况下那么仍是未激活的。

然而,尤其在上部的转速范围内考虑与桨距调控304的结合。桨距调控304类似于转速功率调控302构造。桨距调控304也具有外级联,所述外级联具有第三求和点324,在所述第三求和点处执行转速的期望值-实际值比较,以便产生外部的调控误差e

第三调控器326随后产生加速度期望值a

第五求和点334可以是未激活的并且仅需要用于协调转速功率调控302和桨距调控304。如果所述第五求和点314是未激活的,那么内部的调控误差e

然而,第四调控器336随后产生对于叶片角α

尽管转速功率调控302和桨距调控304的结构类似,但是这两个调控却使用不同的控制变量。转速功率调控302使用发电机功率或发电机力矩作为控制变量,而桨距调控304使用叶片调整作为控制变量。这当然也在相应的调控器中,尤其在第二或第四调控器316、336中考虑。

然而,这两个结构在如下范围中相似地选择,即期望值-实际值比较在第二求和点314中以及在第四求和点330中就其能够以用于加速度的相同的物理单位构成而言可以是相同的。尤其提出,在这两种情况下,将加速度值考虑为功率。由此,转速功率调控302与桨距调控304的耦联或协调是可行的。

第二调控器316为此确定调控储备P

然而,如果存在调控储备,那么所述调控储备在第五求和点334处从期望值-实际值差减去。所述内部的调控误差e

当然也可能的是,调控储备P

这仅是一些直观的实例,用于阐述基本原理。详细的控制步骤当然可以与另外的细节相关,包含尤其在第二调控器中的积分部分。

图4示出转速-功率图表,其中关于转子的转速n绘制发电机功率P。在此,以启动转速n

转速回避范围404原则上围住谐振部位。在该谐振部位处,风能设施的谐振频率可以通过绘制的谐振转速n

因此,在风速升高时,根据风速的提升,转速根据运行特征曲线402从启动转速n

如果转速达到下部的回避转速n

结果是,功率升高,以便由此抵消转子的加速度。这可尤其好地通过提出的级联调控来实现,所述级联调控在外级联中确定加速度期望值并且将所述加速度期望值在内级联中修正。由此得出示出的左分支408。那么风速越高,所述垂直的分支408就升高越多。

随后可以提出,在上部的回避转速n

从左分支到右分支的变换,或在风速下降时相反的变换,可以与极限值相关。尤其提出,当发电机状态变量,在此即功率P达到上限值时,从左分支408变换到右分支410。相反,尤其在风速降低的情况下,如果设施以在右分支410上的工作点运行并且达到功率下限,那么可以提出变换。尤其能够提出,如果在左分支上达到上限,或在右分支上达到下限,那么必须变换。

然而可以提出,也存在在此之前变换的可能性。为此,可以确定当前工作点的空气动力学效率。这尤其与端速比相关,即与叶尖速度除以当前风速的商相关。在部分负荷区域内,风能设施通常设计为,端速比是尽可能理想的。这种设计通常会造成所使用的运行特性曲线,即在此造成运行特征曲线402。如果工作点处于所述运行特征曲线402上,那么所述工作点在空气动力学方面是最优的。因此得出最优的空气动力学效率。

现在如果转速例如在下部的回避转速n1处保持,其中功率根据左分支408升高,那么离开所述运行特征曲线402进而也离开空气动力学最优的运行。空气动力学效率因此降低。所述空气动力学效率也可以计算,因为通常风能设施的特征曲线族从而风能设施的不同运行点的效率是良好已知的。从检测到的转速和产生的功率中能推导出效率并且从中经由已知的特征曲线族也能推导出风速。

只要风速被推导出,那么也可以计算,风能设施在变换到右分支410之后会采用哪个运行点。这也可以利用已知的特征曲线族来执行,从中随后能够计算空气动力学效率进而可以将当前运行点的空气动力学效率,即根据上述实例在左分支408上的当前运行点的空气动力学效率,与在右分支410上的运行点的效率比较,风能设施在变换之后会采用所述在右分支上的运行点。如果在变换之后计算的运行点的效率高于当前的空气动力学效率,那么考虑变换。然而,当例如这两个效率的差是小的并且还无法预见风速是否继续升高时,不必立即执行变换,这还是上面的实例。

如果运行点在风速降低时在一定程度上从上方运动至上部的回避转速n

变换过程可以如在图5中所描述的那样执行。图5是根据一个实例的变换的说明,在所述实例中,风速降低从而产生的功率P降低。这示意地通过严格单调下降的虚线说明。假定,在时间点t

在起始时间点t2,即在变换过程开始时,功率降低至,使得所述功率要么已经达到下限值,要么工作点的空气动力学效率此时变差,使得变换是适宜的。原则上,功率调控分支550对应于图4的右分支410,所述功率调控分支然而完全不必像所示出那样线性地伸展。然而,在图4中,功率降低关于转速n示出,使得右分支垂直地伸展。然而,在图5中,功率调控分支550的变化曲线关于时间示出,使得其不垂直地伸展。

现在如果开始变换,那么功率强烈升高,如在示出的时间变化曲线的升高分支554中可见。另一上方的分支556和降低分支558与升高分支554一起形成用于要设定的发电机状态变量、即在此是要设定的功率的时间变化曲线。

在后变换时间点(Nachwechselzeitpunkt)t

在此,在起始时间点t

符合意义地,在风速升高时可以从左分支408变换至右分支410,其方式为:功率降低至低于理想的功率变化曲线,以便由此允许转子的加速。

在图4中还阐述将转速功率调控用于上部的转速范围406。据此提出,从过渡转速n3起使用转速功率调控,如其在图3中所阐述的。尤其在此也可以借助于耦联连接306在转速功率调控302和桨距调控304之间设置耦联。

为此提出,转速功率调控作为转速期望值根据过渡转速特征曲线获得转速。这种过渡转速特征曲线412具有垂直的分支414和其余分支416,所述其余分支连接于垂直分支414。在其余分支416上连接水平分支418,所述水平分支具有额定功率P

由此,垂直分支414造成,在风速升高时首先过渡转速n

为此,其余分支416具有正斜率并且,如在图4中所示出的,构成为直线。功率根据其余分支416随后随着转速增加而成比例地升高。然而也可考虑其他变化曲线,例如根据二次多项式,使得其余分支416随后可以是弯曲的,以便由此达到额定功率P

无论如何,这种其余分支416描绘在转速和功率之间的关联关系。所述关联关系可以用于,基于输出的功率辨别运行点并且将所属的转速随后作为期望转速输入到转速功率调控中。由此,风能设施可以借助于转速功率调控也沿着所述其余分支416引导。

针对垂直分支414,替选地也可以预设负斜率,使得随着功率升高,转速略微降低。这通过替选分支420表明,所述替选分支虚线示出。其斜率的数值可以为直至10%,据此如果功率提高了额定功率,那么转速降低了额定转速的10%以内。因此数值为10%的最大斜率,分别关于额定转速或额定功率,涉及每次功率变化的转速变化。替选分支420的调控也可以通过如下方式进行,即功率被检测并且与其无关地将根据替选分支420相关联的转速用作为用于转速功率调控的期望转速。

尤其在其余分支416的范围内考虑,转速功率调控,如其在图3中在上部所阐述那样,不再具有足够的调控储备。相应地,再次参考图3,耦联连接306将相应小的值传输至桨距调控304,所述值在那里在第五求和点334处考虑。相应地,桨距调控304随后可以已经变为激活。

图6示出对应于图3的上部部分的转速功率调控,然而具有另外的元件,部分地具有更多细节并且部分地以略微不同的示图示出。无论如何,图6的转速功率调控602也具有第一求和点608,所述第一求和点原则上进行用于转速的期望值-实际值比较从而针对转速产生外部的调控误差e

就此而言,所述功能也对应于针对图3对转速功率调控302阐述的工作方式。从第二调控器616中输出的期望功率P

第一调控器610构造为,使得转速调控误差在转速换算框654中换算为初步加速度值a

尤其地,在当前的和最小叶片角之间的所述差是关键的。如果当前叶片角α对应于最小叶片角α

所述前馈(Aufschaltung)选择为越强,则借助于发电机功率的所描述的转速调控与桨距调控就越强地解耦。

在当然超出最小叶片角的特定的运行情况下,即大致在设施启动过程期间,提出停用所描述的前馈。

相应地,那么修改初步加速度值a

加速度值的期望值-实际值比较随后造成内部的调控误差e

为了避免尽管在功率限制框668中已经达到限制的情况下积分器666仍继续积分,在第五求和点670中进行在不受限的和受限制的功率之间的比较。如果功率限制框668中的限制未达到,那么在第五求和点670中求差的结果为值零。然而,如果达到限制,那么所述差经由积分器限制框672反馈到积分器666的输入端,其方式为:在第六求和点674处从加速度换算框664的结果中减去。

此外,在图6的转速功率调控602中设有特征曲线移动。转速功率特征曲线在此为了在转速功率调控中考虑能够以转速移动值n

移动的激活还有其大小在此可以与设定的叶片角相关,从而与桨距调控、例如图3的桨距调控304的表现相关。根据桨距调控,用于叶片角的期望值α

因此,本发明用于在部分负荷区域内的风能设施的转速调控,即只要转速主要通过设施功率或发电机力矩控制,并且还未初始地通过叶片角控制。

尤其可以实现风能设施的功率曲线的改进和转速的绕开,尤其为了避免在谐振部位的运行。由此,可实现避免负荷和音调,这仅是两个实例。

尤其提出如下内容:

提出级联的调控结构,具有用于转速调控的外环路和用于加速度调控的内环路。由此可实现对全负荷调控器、即尤其对桨距调控的有利的耦联。

提出过渡特征曲线,经由所述过渡特征曲线可以使提出的调控构思、尤其转速功率调控与桨距调控兼容。

提出过渡函数或构思,其也可以称作为转换函数,用于可控地经过谐振部位的转速回避范围,以及选择用于经过转速避免范围的切换时间点。

针对在部分负荷区域内的在其中提出转速功率调控的部段,尤其在上部的转速范围内,提出具有不垂直的转速特征曲线的至少一个部段,尤其作为具有恒定斜率的线性部段。借此,该部段预设功率相关的转速期望值。

技术分类

06120114736396