CN101248269B - 具有单个斜度装置的风力发电设备 - Google Patents

Abstract

一种风力发电设备，具有带有斜度可调节的转子叶片(4)的转子和平共处中央控制装置(55)，其中为调节所述转子叶片(4)设置了单个斜度装置(6)，所述单个斜度装置(6)则包括调节驱动装置(7)、与所述中央控制装置(55)的通信连接(56)以及调节器(60)。按本发明，所述单个斜度装置(6)包括设置用于对异常的运行状态进行识别的故障情况探测器以及使相应的转子叶片(4)调节到切断位置中的触发装置。本发明实现了这一点，即所述单个斜度装置(6)自给自足地识别故障情况并且作出相应反应。在这过程中对所述转子叶片(4)的调节进行监控。本发明能够校正地干预叶片调节，从而使所述风力发电设备尽可能快速而可靠地停止。不利的状态尤其转子叶片(4)或整个风力发电设备的高负荷可以通过这种方式降低到最低限度。所述转子叶片(4)的调节运动在此可根据要求比如不同的风速、涡流或甚至斜向入流进行相应的变化。

Description

具有单个斜度装置的风力发电设备

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备，该风力发电设备具有用于产生电能的发电机、驱动所述发电机的带有斜度可调节的转子叶片的转子和中央控制装置，其中为所述转子叶片设置了单个斜度装置，所述单个斜度装置则包括调节驱动装置、与中央控制装置的通信连接以及调节器，并且其中为了关闭所述风力发电设备可以将所述转子叶片置于切断位置中。

背景技术

风力发电设备，尤其这样的具有较高功率等级的风力发电设备，越来越多地设有转子，其转子叶片可以在其迎角方面进行调节。在这种情况下谈及斜度可调节的转子叶片。它们与传统的、在较小的功率等级下占优势的、具有固定的转子叶片的风力发电设备、即所谓的由流动轮廓调节的(stallgeregelt)风力发电设备相比，具有这样的优点，即通过转子叶片的调节可以影响从风中提取的并且输送到风力发电设备的转子-/发电机系统中的机械功率。这尤其在风速高的情况下与由流动轮廓调节的具有固定的转子叶片的设备相比不仅在效率方面而且在调节质量方面都提供了优点。具有斜度可调节的转子叶片的风力发电设备的另一个巨大的优点是，在有故障的情况下可以通过将转子叶片调节到一个旗帜位置(Fahnenposition)中这种方法使风力发电设备很快地紧急停止。由此在有故障的情况下或者在比如由于猛烈的风暴出于安全原因停止运行时，可以实现这一点，即转子象旗帜一样表现并且不再向转子轴或者说发电机施加任何转矩。

为调节转子叶片，已经公开了不同的系统。一方面有所谓的中央斜度装置，其中借助于布置在所述风力发电设备的吊舱中或者转子的轮毂中的执行器在多数情况下用液压方法来共同调节转子叶片。这样的中央斜度装置的优点是，它们在调节方面十分简单并且从结构方面来讲大多数开销很小。另一方面已经公开，相应地为转子的转子叶片设置单个斜度装置，用于调节这个转子叶片的迎角。所述单个斜度装置大多数构造为以液压或电气方式起作用的，并且由风力发电设备的上级中央控制装置来触发。在此可以如此进行触发，从而共同地(集体地)操纵所述转子叶片，或者将转子叶片单个地(周期性地)在转子转动一圈的幅度范围内进行调节。除了周期性调节的方案之外，所述单个斜度调节装置还提供这样的优点，即它们在设备部件失灵时在紧急运行中也能独立调节。因此甚至在单个斜度装置失灵时还可以用其余的单个斜度装置将转子基本上置于旗帜位置中，从而最多还只有很小的转矩作用于发电机。这种风力发电设备由DE-A-19739164得到公开。

已公开的具有可调节的转子叶片的风力发电设备的缺点是，在紧急调节时会引起高的机械负荷。通过在转子还在转动时对转子叶片的快速调节，会产生几乎跳跃式的纵向位移变化，由此会使下部结构发生不利的振动。这一情况会因在单个斜度装置上转子叶片的操纵速度不同而加剧，由此会导致失衡和进一步的负荷。

发明内容

根据最后提到的现有技术，本发明的任务是，改进开头所述类型的风力发电设备，使得其在运行中在有故障的情况下为避免危险的负荷能够可靠地停止下来。

按本发明的解决方案在于具有独立权利要求所述特征的一种风力发电设备或者说一种方法。优选的改进方案是从属权利要求的主题。

一种风力发电设备具有用于产生电能的发电机、驱动该发电机的带有斜度可调节的转子叶片的转子以及控制装置，其中设置了用于所述转子叶片的单个斜度装置，而所述单个斜度装置则包括调节驱动装置、与所述中央控制装置的通信连接以及调节器，并且其中为使所述风力发电设备停止下来所述转子叶片可调节到一个切断位置中，在该风力发电设备中，按照本发明，所述单个斜度装置此外包括一个故障情况探测器，该故障情况探测器设置用于对异常的运行状态进行识别并且与触发装置相连接，而所述触发装置则使相应的转子叶片调节到切断位置中。

本发明基于这样的构思，即如此构造所述单个斜度装置，使得其能够自动地识别故障情况，并且在有故障时随后在不依赖于所述中央控制装置的相应信号的情况下将转子叶片移到所述切断位置中。因而所述单个斜度装置有能力自给自足地识别故障情况并且作出相应反应，也就是说将相应配属于该单个斜度装置的转子叶片移入一个安全的切断位置中。在此，不仅在有故障的情况下而且在正常运行中都对转子叶片的调节进行监控，从而能够直接对可能出现的与额定状态的偏差进行检查和补偿。为此根据可能相应地因风速、涡流、入流方向或风力发电设备或者说其余的单个斜度装置的运行状态而产生的相应要求对转子叶片的运动进行个别的调整。以此由于本发明可以为停止情况也就是将转子叶片移到切断位置中这种情况实现转子叶片调节的最佳特性。

由此通过对单个的转子叶片的直接的和独立的作用，即使在单个部件失灵时或者在出现通信损失时也可以使所述风力发电设备安全地停机。在此可以识别一个或多个单个斜度装置的失灵，并且在将转子叶片调节到切断位置中时可以将这种失灵情况考虑在内。由此，由于本发明，能够在极高负荷下以及在重要部件尤其斜度调节部件也出现故障时使所述风力发电设备安全地停机。此外，通过在单个斜度装置和由其操纵的转子叶片之间的相应反馈，对转子叶片本身来说以及对整个风力发电设备来说可以将负荷降低到最低限度。

与按现有技术的不受控制的停机相比，在停机时常规出现的高负荷由于按本发明的在识别和处理故障情况时具有某种固有智能的单个斜度装置得到避免或者至少得到降低。

优选所述调节器具有一个选择器，该选择器与故障情况探测器相连接，从而按运行状态使用可选的调节器体系(Reglerregime)。调节器体系在此是指确定所述调节器的控制及干扰特性的参量，包括主导参量的设定值或者说设定值曲线。经常如此，从而对所述调节器来说可以拥有不同的调节器体系。利用所述选择器，能够依赖于已识别的故障状态及必要时在进一步考虑环境条件尤其如风力、涡流或斜向入流的情况下来选择变化的调节器体系。这可以通过调节器的参数的改动来实现，或者以所输入的不同的停止模式的形式来实现，从所述停止模式中选择其中一个停止模式。比如，作为参数可以改变放大因数，从而以第一调节速度来操纵所述转子叶片直至达到一个临界的叶片迎角，并且而后所述选择器改变所述放大值，使得以较小的第二调节速度继续移动。但是，作为替代方案或者补充方案也可以将所述选择器转换到另一种停止模式。优选设置一个转换探测器。该转换探测器设置用于检测在哪个工作点上改变调节器体系。

利用所述转换探测器，可以按如下方法将所述转子叶片调节到切断位置中。在切断过程开始时，使转子叶片以高的调节速度移动，以便尽快达到所述旗帜位置。所述转换探测器检测出一个临界的叶片迎角，自该叶片迎角起在转子上的空气动力情况比如就会如此变化，使得通过风力作用于风力发电设备的转子上的纵向位移改变其符号，也就是会产生负的转子位移。如果现在就象在现有技术中一样以不变的调节速度继续移动，那就会由于负的纵向位移导致塔架出现强烈的返回振荡，这在所述风力发电设备因天气条件或部件故障已出现高的结构负荷的情况下会导致损坏或者甚至导致毁坏。为避免这种情况，所述转换探测器检测出临界的叶片迎角，并且而后如此改变所述调节器参数，从而降低调节速度。接下去的制动过程而后就进行得更加平缓，负的转子位移的形成大大降低，并且损坏的危险由此得到抑制。为此如此构造所述转换探测器，使得其将不同的设备所特有的和环境所特有的参数尤其风速、转速和功率用作输入参量。这种与当前条件的匹配与已知的系统相比能够显著减少负荷，在已知的系统中，在有故障的情况下所有三个转子叶片完全在以预先给定的恒定的叶片调节率同步调节地停止。

所述单个斜度装置优选具有布置在转子上的测量传感器。由此，所述单个斜度装置有能力自给自足地并且在没有动用所述中央控制装置及其传感器或者说信号处理的情况下获取必需的测量信号。作为测量传感器，尤其可以在转子叶片的根部设置转子叶片迎角传感器、转子位置角度传感器、转子转速传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、旋转加速度传感器、离心加速度传感器、火警器和/或负荷传感器。

优选所述单个斜度装置设有紧急模块，该紧急模块在其余部件尤其调节器失灵时使得紧急移入切断位置中。由此，所述单个斜度装置有能力在所述调节器失灵时独立地借助于紧急移动将转子叶片置于其切断位置中。优选不加调节地进行紧急移动，使得调节器的失灵或者测量装置的元件的失灵对紧急移动没有影响。

优选所述单个斜度装置通过直接的在转子内部的通信连接彼此相连接。由此实现这一点，即所述单个斜度装置即使在所述中央控制装置和/或通向该中央控制装置的通信连接失灵时也能够在彼此之间进行通信。直接的数据传输的优点是，所述单个斜度装置可以彼此直接同步并且彼此间交换测量信号。因此不需要在每个单个斜度装置上存在所有的测量传感器，将一个测量传感器相应地在一个单个斜度装置上仅仅设置一次就已足够。由这个传感器提供的测量数据可以通过直接的通信连接加载到其它的单个斜度装置上以便利用这些测量数据。也可以通过这种连接对多重存在的传感器的可信度进行检查，以便立即探测出传感器故障。因此，通过这种方式可以提高可靠性，并且也可以限制为此所必需的额外开销。

为了在所述中央控制装置出现故障的情况下能够可靠控制所述单个的单个斜度装置，优选至少一个单个斜度装置设有主模块，该主模块在所述中央控制装置失灵时对其它的单个斜度装置进行上一级的控制。这不仅改进在所述中央控制装置失灵时的特性，而且改进在与所述中央控制装置之间的通信联系可能暂时中断时的特性。所述主模块在这个时候承担其它的单个斜度装置的控制工作。如果再次建立与所述中央控制装置的连接，那么所述中央控制装置就承担所述控制工作；如果没有建立连接，那么所述主模块在经过一定的等待时间之后就触发所述触发装置。该主模块优选集成在所述单个斜度装置的调节器中，但也可以作为独立的单元构造在转子轮毂中。在后一种情况下，优选在所述单个斜度装置之间的通信通过所述主模块来控制。所述中央控制装置的概念包括所有提供用于对风力发电设备进行上一级控制的功能的部件。该中央控制装置也可以包括多个分布的部件，这些部件通过数据网络(比如总线系统)彼此相连接。

为了能够有利地实施前述监控，所述故障情况探测器优选具有至少一个子模块，所述子模块设置用于对其它的单个斜度装置的运行状态进行监控。借助于所述子模块，尤其可以识别或传输与所述其它的单个斜度装置中的其中一个单个斜度装置的触发或失灵有关的信号。如果所述其它的单个斜度装置中的一个发现异常的运行状态，并且因此操纵所述触发装置并且由此将配属给其的转子叶片移入所述切断位置中，那么所述其余的单个斜度装置可以通过其子模块相应地识别出这一点。所述其余的单个斜度装置由此有能力同样操纵其触发装置，并且由此实现所述转子叶片的同步停止。为了即使在单个斜度装置失灵时也获得类似的可靠性，在此相应地规定，在所述其他的单个斜度装置中的一个失灵或损坏时操纵所述触发装置。最后还优选规定，在所述其他的单个斜度装置中的一个紧急移动时所述子模块使其余的单个斜度装置操纵其触发装置。利用按本发明的选择器，可以实现这一点，即在一个单个斜度装置失灵时或者其功能受影响时，其他的单个斜度装置如此改动其调节器，从而尽管失灵或受影响也保证可靠而小心地停止。

为了也相对于可能的机械损坏实现特别高的故障安全性，优选在所述单个斜度装置之间为触发-/失灵状态设置一种无线的信号连接。这样做的优点是，不需要任何结构上的信号通道，而是可以直接通过空气进行通信。电缆连接或其插头比如由于超额转速或剧烈振动而引起的损坏由此不会影响信号传输的可靠性。无线的信号连接能够就以下方面实现通信，即至少一个单个斜度装置已操纵所述触发装置或者说也已经失灵，如果不仅通过所述中央控制装置进行的正常的通信连接而且所述单个斜度装置彼此间的直接通信连接都已失灵。优选尽可能抗干扰地实施所述无线的信号连接。优选所述无线的信号连接构造为光信号连接。优选如此构造所述光信号连接，从而以编码方式进行信号传输。

由此相对于因环境光线或雷暴天气时的闪电引起的影响实现高的抗干扰性。通过不同的编码，也可以传输其它的比如用于识别紧急移动的信号。

优选所述调节器此外具有一个微控模块，该微控模块设置用于对转子叶片进行周期性的调节，从而将机械负荷降低到最低限度。由此借助于该微控模块，每个单个斜度装置能够独立地对其各自的转子叶片进行周期性调节。在正常运行时，这通过中央控制装置的数据传输来进行。按本发明，所述单个斜度装置即使在所述中央控制装置的通信中断时也可以用其微控模块自给自足地继续执行周期性调节。通过直接通信连接，所述单个斜度装置可以不依赖于所述中央控制装置确定周期性调节，并且由此也改变所述微控模块的参数，比如周期性调节的幅度和相位。由此保持用周期性的叶片调节产生的优点。如果在设备停机时将转子叶片集体朝切断位置的方向调节，这一点也适用；此外，借助于所述微控模块可以在叠加运行中进行对设备负荷来说有利的周期性调节。为高程度的冗余度优选规定，所述微控模块设有分散的、配设给所述单个斜度装置的转子位置角度传感器。优选如此对所述微控模块进行改进，从而在识别出其中一个单个斜度装置出现故障时，其余的单个斜度装置如此对所述周期性调节进行改动，从而将所述风力发电设备尤其转子及塔架的负荷降低到最低限度。由于所述微控模块，所述周期性的叶片调节对单个斜度装置的失灵不敏感。恰恰在一种具有一个失灵的单个斜度装置以及由此产生的不对称的负载的情况下，如果剩余的单个斜度装置的周期性调节功能反作用于负荷上升，那么这一点就特别有价值。

此外，本发明涉及一种风力发电设备，该风力发电设备具有用于产生电能的发电机、驱动所述发电机的具有斜度可调节的转子叶片的转子以及中央控制装置，其中设置用于所述转子叶片的具有调节驱动装置的单个斜度装置，并且其中所述转子叶片为使所述风力发电设备停止下来可以调节到一个切断位置中，并且其中所述单个斜度装置是固定在转子上的轮毂检查系统的一部分，它包括测量传感器和与中央控制装置的通信连接，其中按照本发明，此外所述固定在转子上的轮毂检查系统包括一个故障情况探测器，该故障情况探测器设置用于识别异常的运行状态并且与使所述转子叶片调节到切断位置中的触发装置相连接。该方案与上文所解释的方案的不同之处主要在于，在正常运行时转子的功能的检查不是分散地通过所述单个斜度装置来进行，而是集中地要么通过所述中央控制装置要么通过中央轮毂检查系统进行。按照本发明的这种方案，所述轮毂检查系统拥有所述故障情况探测器。故障情况被所述轮毂检查系统所识别，并且必要时触发所述单个斜度装置。为此没有必要在单个斜度装置上设置自己的调节器，因此这样的调节器可以省去。可以额外地在所述单个斜度装置上设置故障情况探测器，但这样做没有必要。本发明的这种方案的突出之处在于，它在具有所述故障情况探测器的轮毂中设置了一个监控功能，该监控功能不依赖于所述中央控制装置以及与所述中央控制装置的通信连接。由此，如果所述中央控制装置和/或与其的通信连接出现故障，那就保证转子叶片停止下来。为此所需要的开销极小，在最简单的情况下，所述轮毂检查系统具有一个共同的用于所述单个斜度装置的故障情况探测器就已足够。所述轮毂检查系统可以限制在一个核心任务上，也就是限制在故障情况的监控上。这能够实现所述轮毂检查系统的简单的结构，该结构具有相应的运行可靠性的优点。本发明的这种方案由此特别作为最后的安全性适合于在任何情况下确保所述风力发电设备在受控制的情况下停止下来。

显而易见，优选在这种方案中在转子上设置用于所述轮毂检查系统的测量传感器，比如转子转速传感器、转子位置传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、旋转加速度传感器、离心加速度传感器和/或火警器。由此所述轮毂检查系统在很大程度上自给自足并且不依赖于所述中央控制装置。在一种优选的改进方案中，所述轮毂检查系统额外地拥有一个主模块。由此实现这一点，即在轮毂中自给自足地设置真正的、用于控制转子功能的“智力”。所述中央控制装置在这种情况下而后仅仅还需要履行上一级的任务，并且由所述轮毂检查系统通过状态信号了解相应的设备状态。应该说明，也可以额外地设置所述轮毂检查系统，用于在所述中央控制装置中的相应功能失灵时保证继续运行。

此外，本发明涉及一种相应的方法，该方法用于运行一种具有独立的方法权利要求所述特征的风力发电设备。该方法的优选的改进方案是从属于该独立的方法权利要求的权利要求的主题。

关于本方法的详细解释及在此所使用的部件，请参照上述解释。

附图说明

下面参照附图对本发明进行说明，在附图中示出了优选的实施例。其中：

图1是按本发明的风力发电设备的示意总图；

图2是示出所述转子叶片的迎角及转子位置的正视图；

图3是按本发明的单个斜度装置的示意总图；

图4是在图3中示出的单个斜度装置的调节器的示意方框图；

图5是转子在叶根固定座区域中的部分的截取部分放大图；

图6是示出在有故障的情况下叶片迎角的调节情况的图表；并且

图7是在本发明的按第二实施例的变型方案的类似于图3的视图。

具体实施方式

图1所示的按本发明的风力发电设备的实施例包括作为下部结构的塔架1。在该塔架1的上端部上，在一个水平的平面(方位平面)中可回转地布置了一个吊舱2。为进行方位调节，设置了一个风跟踪装置(未示出)。在所述吊舱的端面上，布置了一个具有轮毂30的、可通过转子轴31在所述吊舱上进行旋转运动的转子3。通过所述转子轴31来驱动布置在所述吊舱2中的发电机5。所述发电机5将通过所述转子轴31输入的机械能转换为电能，而电能则通过逆变器51通过未示出的传输连接线供给到电网中。为控制风力发电设备并且根据可由外部预先给定的标准进行运营控制，设置了一个中央控制装置55。就这一点而言，这相当于风力发电设备的公知的基本结构。

所述转子3具有多个(在多数情况下三个均匀地分布在圆周上的)转子叶片4，所述转子叶片4以角度可调的方式布置在转子轮毂30上。对于角度可调在此是指所述转子叶片4相对于转子的旋转面33的角度。因为所述转子叶片4通常具有翘曲，所以为确定迎角而确定主轮廓弦(Hauptprofilsehne)，其相对于所述转子旋转面33的角度具有决定性的作用。所述转子叶片4在其叶根41处通过球轴承43可围绕着其纵轴线旋转运动地固定在所述转子轮毂30上。为调节下面用θ表示的迎角，在每个转子叶片4上布置了单个斜度装置6。

所述单个斜度装置6包括调节器60以及调节驱动装置7。所述调节驱动装置7包括转速可调节的电机71，该电机71通过齿轮传动装置72作用于不可相对转动地布置在所述转子叶片4的叶根41的外圆周上的齿环73。通过所述传动装置72及齿环73，来导入为使所述转子叶片4回转所必需的力或者说力矩。如果电机71运动，那么转子叶片4就按该电机71的旋转方向朝更小的或者更大的迎角θ旋转。此外，所述单个斜度装置6包括一个紧急模块80。这个紧急模块80则包括能量供给装置81和开关及控制模块82。这个开关及控制模块82设置用于在所述调节器60失灵或者正常的能量供给下降的情况下借助于储存在蓄能装置81中的能量使所述转子叶片4移到一个安全的切断位置中。这个安全的切断位置就是所述旗帜位置。它由角度位置所定义，在所述角度位置下所述转子叶片4以最小的阻力迎向平行于转子轴34入流的风。在正常情况下，在所述转子叶片4的这个切断位置中没有转矩传递到所述转子轴31上，但是并非务必如此。所述调节驱动装置和/或紧急模块并非一定构造为电的，而是也可以构造为液压的。

现在对所述单个斜度装置6的结构进行详细解释。调节器60是讨论的中心。它通过通信连接56与所述中央控制装置55相连接。所述通信连接56经过布置在处于转子轮毂30和吊舱2之间的过渡区域上的旋转传送器57。此外连接了另一个通信连接，更确切地说连接了直接通信连接36。它布置在所述转子轮毂30的内部并且将配设给单个转子叶片4的单个斜度装置6彼此相连接。在这种情况，它优选是传统的电缆连接线，比如快速串行总线，它出于冗余原因作为线环直接连接所述单个斜度装置。最后，在所述调节器60上还布置了一个用于光信号连接76的发送-/接收单元。该发送-/接收单元设置用于与在转子轮毂30中的其余单个斜度装置6形成不依赖于电缆连接的传输路径的通信。

此外，所述单个斜度装置6包括一个测量装置61，多个用于不同的参数的、在总体上用附图标记62来表示的测量传感器连接到该测量装置61上。此外可以规定，由测量传感器62’采集到的数据借助于信号处理装置62”来处理，所述信号处理装置62”尤其可以用于从其它可测量的参量中求出不可直接测量的参量。所述参数比如是转子3的转速、由相应的单个斜度装置6操纵的转子叶片4的迎角、其它转子叶片4的迎角、转子3的转子位置角度

、转子叶片4的机械负荷、转子轮毂30的纵向或者说横向加速度、风速和风向的测量值及估算值、以及用于所产生的电功率的数值。最后，也可以设置用于确定转子3的不平衡度的振动传感器。

所述调节器60包括一个调节器核芯63，该调节器核芯63设置用于借助于公开的调节算法按照所述中央控制装置55的设定值对所属的转子叶片4的迎角θ进行调节。所述调节器核芯62具有导向接头77，所述中央控制装置55的主导参量信号加载到该导向接头77上。该导向接头77从通过测量装置61输入的输入变量、所述中央控制装置55的通过通信连接56输入的信号、尤其主导参量信号中并且必要时通过其它关于直接的通信连接36的信号来确定用于所述调节驱动装置7的触发信号。所述触发信号可以是共同的叶片迎角、周期性的具有相位信息的叶片迎角以及停止模式。所述停止模式可以由所述中央控制装置55连续地根据环境条件及运行条件预防性地确定并传输给所述单个斜度装置6。所述调节驱动装置7如前文所解释的一样使所述转子叶片4围绕着其自身纵轴线旋转以改变所述迎角θ。

此外，所述调节器60包括一个故障情况探测器64。该故障情况探测器64设置用于从由所述测量装置61测量的或者说求出的参数中识别出，是否或者说何时存在所述风力发电设备的异常运行状态。尤其以下参数属于由所述故障情况探测器64分析的参数：由相应的单个斜度装置6操纵的转子叶片4的迎角θ、其余的转子叶片4的迎角θ、转子叶片4相对于围绕着转子轴线的旋转运动的转子位置角度

、转子叶片4的尤其在叶根41上起作用的弯曲力矩形式的机械负荷和/或转子轮毂30沿转子轴31的轴线的方向的加速度。所述故障情况探测器64设置用于借助于可预调节的算法来识别，是否存在异常的运行状态。此外，优选所述故障情况探测器64通过所述通信连接56与所述中央控制装置55相连接。该故障情况探测器64可以设置用于对与中央控制装置的通信连接56和/或与其余的单个斜度装置4的直接通信连接36进行监控。

在所述故障情况探测器64的输出端上连接了一个触发装置65。如果所述故障情况探测器64探测到与额定状态的偏差，那就操纵所述触发装置65。该触发装置65使所述调节器60离开正常程序，并且执行一个停止程序，其目的是将所述转子叶片4置于切断位置中。为此设置一个特殊的调节器体系(Reglerregime)67。所述调节器体系67由所述调节器核芯63的参数及停止程序所构成，所述停止程序描述所述迎角θ的调节情况，这种调节用于达到所述切断位置。如果存在多个停止程序，那就可以借助于选择器68按由所述故障情况探测器64识别的偏差来选择合适的停止模式。

可以使用多个用于全部调节的停止模式直至所述切断位置。经常也会变成这样，从而要么修改停止模式，要么更换为另一个停止模式。为此设置一个转换探测器66。该转换探测器66设置用于查明，何时适宜必须转换到另一个停止模式中或者何时必须更改调节器参数。为了避免在不同的时间转换单个的单个斜度装置6并且由此在转子中产生附加的不对称性，优选使所述三个单个斜度装置6的转换点同步。为此，优选相应的单个斜度装置6的转换探测器66如此连接，从而在识别出第一次(或者也可以只有在最后一次)超过临界的叶片角度时转换所有的单个斜度装置6。在两个转子叶片已超过临界的叶片角度之后进行转换尤为有利。

此外，所述调节器60包括一个设置用于更改调节器参数的变更器69。因此可以在有故障的情况下依赖于运行状态有针对性地改变调节参数，如系数P或时间常数。这就能够在停止程序运行过程中进行动态变化。所述停止程序因此没有公式化地(schematisch)停止下来，而是可以根据需要基于测量的运行状态进行变化。这在所述转子3的转速的例子中解释。通过所述测量装置61持续地采集所述转子3的转速。借助于所述转换探测器66来检测，是否所述转子3的通过转子叶片4的调节引起的制动过程按计划地进行。如果不是这样，而是转子转速比如由于愈来愈强的风甚至要上升，那就对所述调节器体系进行修改。可以如此进行这一操作，使所述变更器69提高为所述调节器核芯63的比例环节设置的系数，从而同样放大用于所述调节驱动装置7的触发信号并且以大于原先规定的调节速度的调节速度运行。借助于这种改动，也可以灵活地对在停止过程中出现的系统故障作出反应。因此尤其可以通过以下方法对其中一个单个斜度装置4的故障进行补偿，即其余的单个斜度装置4选择一个相应更高的调节速度。

所述选择器68或者说变更器69也可以优选用于防止风力发电设备遭受结构上的过载。如果比如在所述转子叶根41上设置转子叶片负荷的测量装置，那么也可以使用这个信号。如果超过一个特定的阈值，那就相应地回调所述调节速度，以避免转子的过载。此外，一种这样的测量可以优选用于所述转换探测器66。因此可以比如为确定临界的叶片迎角以避免负的转子位移(Rotorschub)而动用用于转子叶片负荷的传感器，因为在达到临界的叶片迎角时，空气动力学上的转子叶片负荷具有数值零。在单个斜度系统失灵时，出现的不对称性无法完全得到补偿。但是在此转换到一种切断模式上，该切断模式能够在不对称性和制动作用之间实现尽可能最好的折衷。在需要时也可以比如向用于转子轴31的盘式制动器(未示出)输出附加的调节信号。

借助于所述直接通信连接36，所述转子叶片4的单个斜度装置6直接在所述转子轮毂30的内部彼此相连接。所述直接通信连接36的优点是，它不必象所述与中央控制装置55的通信连接56一样通过旋转传送器57来导引。由此就不存在可靠性问题，尤其是这样的由于磨损引起的可靠性问题。所述单个斜度装置6由于所述直接通信连接36可以在其余的单个斜度装置6的故障情况探测器64操纵触发装置65时向这些其余的单个斜度装置6加载一个信号。由此也可以在不是集中地由所述中央控制装置55触发停止的情况下，保证所述单个斜度装置6作出同步反应。此外，可以实现所述单个斜度装置6的相互监控。由此可以扩大在每个单个斜度装置上的保险功能性，比如识别其它的单个斜度装置6的故障。因此可以由其余的单个斜度装置6中的一个识别出失灵情况，尤其是完全失灵情况，并且-只要有可能-通过所述通信连接56向所述中央控制装置55传递信号。如果比如一个单个斜度装置6的调节器失灵，使得所述故障情况探测器64通过所述触发装置65促使这个单个斜度装置6未加调节地停止，那么一种有利的用于避免不对称性的策略在于，将这个单个斜度装置的斜度-实际值用作两个其它的单个斜度装置的额定值(必要时具有用于对延时进行补偿的补偿量)。如有必要，在这种同步调节上还通过微控模块(参见以下段落)叠加一个周期性的调节。此外，可以通过所述直接通信连接36来交换测量信号。由此可以将其中一个单个斜度装置6的单个的测量传感器62的测量值提供给其它的单个斜度装置6。

最后，还设置了一个微控模块74。该微控模块74设置用于在转子旋转过程中单个地周期性地对所述转子叶片4进行调节。这种周期性的调节与所述转子叶片4的集体调节相叠加。周期性的叶片调节能够对尤其可能因不同的入流条件在转子表面上产生的不对称性进行补偿。这样的不对称性可能因不同的风力、风向或者流动条件在由所述转子3扫过的表面上产生。此外，通过处于前面的或者后面的相邻风力发电设备产生其它的差异。利用周期性的叶片调节，也可以在具有不同的入流情况的条件下减少由此产生的作用于所述风力发电设备附加的负荷。这尤其在斜向入流(垂直和/或水平)时实现更为有利的特性，因为因不对称性产生的俯仰力矩或偏转力矩可以借助于通过所述微控模块进行的周期性调节来减少。这也适用于这样的、因部件失灵引起的不对称状态。如果其中一个单个斜度装置6失灵，那就可以用余下的单个斜度装置6的叠加的周期性调节来减少由此产生的不对称性并且由此减少风力发电设备的附加的高负荷。相应的情况在风跟踪装置(未示出)失灵时也适用。

所述单个斜度装置在正常运行时依赖于所述中央控制装置55进行工作。它们接收尤其用于有待集体地在所有转子叶片上调节的迎角、周期性的叶片迎角连同相位信息的控制和基准信号用于对转子叶片进行附加的个性化的调节，并且预防性地接收对相应的环境条件及运行条件来说认为有利的停止模式。

如果现在出现故障情况，无论是所述中央控制装置55或其部件的故障、所述通信连接36、56的故障、电网或发电机的故障、异常的参数比如尤其所述转子3的超额转速或者是转子3的急剧加速，那么该故障都会被所述故障情况探测器64所识别。如果假定比如所述通信连接56由于在旋转传送器57上的损坏而造成故障，那么在正常运行时该故障被所述中央控制装置55所识别并且将相应的信号传送给所述单个斜度装置6。但是由于所述通信连接56的故障，无法再进行信号传输。按本发明，所述单个斜度装置6有能力自动地识别出故障情况，更确切地说借助于所述故障情况探测器64识别出故障情况。在识别出故障的情况下，所述故障情况探测器64触发所述触发装置65。在多数情况下这一点意味着风力发电设备的停止，这就是说，转子叶片4移入切断位置中。与正常停止时不同，所述转子叶片的调节在有故障的情况下紧急切断时进行得十分迅速，以便很快地达到安全的切断状态。

如果假定，所述故障情况探测器64已经识别出，出现了所述通信连接56中断的形式的故障情况。该故障情况探测器64就操纵所述触发装置，该触发装置则又促使所述调节器60更换为用于风力发电设备停止的调节器体系，其中停止过程应该顺利地在没有安全危害的情况下进行。下面对有关这一过程如何进行的情况进行解释，更确切地说以避免负的转子位移的例子进行解释。如果在停止时快速调节所述转子叶片4，那就会依赖于相应的运行状态和环境条件发生这样的情况，即由风力施加到转子轴31上的纵向位移的方向翻转。而后在此就出现负的转子位移。负的转子位移的出现是不希望的，因为它对风力发电设备来说意味着负荷变化，并且尤其在较软的塔架1上会导致回振(Zurückschwingen)，该回振经常会导致结构上的损坏。传统上来讲存在着这样的危险，即在快速调节所述转子叶片4时自一个临界的叶片迎角起所述转子位移为负。这种危险虽然可以用较慢的调节速度来应对，但这样做的缺点是，所述转子叶片4较晚才达到其切断位置，并且由此更加缓慢地制动所述转子3；但这会导致超额转速并且由此导致安全问题。在图6中示出了所述迎角θ的时间变化曲线。在时刻t₁，所述故障情况探测器64识别出一个故障并且操纵所述触发装置65。选择器68在停止过程开始时选择一个调节器体系67，该调节器体系67设置了一个高的调节速度。如果转换探测器66在时刻t₂识别出已达到由运行条件及环境条件得到的临界的叶片迎角θ₀，自该叶片迎角θ₀起面临着负的转子位移的危险，那么该转换探测器66就借助于所述选择器68或调节参数促使所述调节器体系67发生变化，从而产生较低的调节速度。由此防止出现负的转子位移，而后接下去的制动过程就进行得更加平缓并且对风力发电设备来说负荷更少。可能设置的周期性的叶片调节连同其对系统稳定性来说积极的性能在此可以得到保持。所述周期性的叶片调节尤其在严重的斜向入流时比如在强风突然改变方向时或者在所述风跟踪装置失灵时能够减少高的俯仰力矩及偏转力矩的出现。这恰好在紧急停止时是一个巨大优点，因为由于所述风力发电设备的异常的运行状态不再绝对保证所述吊舱2精确地顺着风向旋转。

当然在停止时不仅仅对一个参量比如转子位移进行监控，而是对多个参量进行监控。对转子3的转速的监控具有特别的意义。如果转子3的转速比如由于愈来愈强的风而不按计划地上升，那就借助于所述选择器68和变更器69进一步修改所述调节器体系。就象早已解释的一样，这种做法在于停止模式的变更和/或调节器参数的更改。

如果所述单个斜度装置6的故障情况探测器64发现另一个单个斜度装置出现故障，那就操纵所述触发装置65。因为通常在其中一个单个斜度装置6失灵时会由于不对称性出现较高的负荷，所以借助于所述选择器68来选择另一个对此合适的停止模式。由此在这种情况下也可以降低产生的负荷。显而易见，所述停止模式不是固定不变地公式化地停止，而是可以由于所述转换探测器66借助于选择器68和变更器69来改变参数或者说停止模式。相应的情况也适用，如果其中一个单个斜度装置6已触发所述紧急模块80并且执行紧急移动。在紧急运行中不再影响所述调节过程。还在起作用的单个斜度装置6如此选择或者说修改其调节器体系，使得风力发电设备的负荷保持尽可能小。

所述故障情况探测器64也可以是轮毂检查系统58的一部分。这个轮毂检查系统58承担了监控功能并且必要时引起停止，更确切地说不依赖于所述中央控制装置55。在正常运行时，将所述中央控制装置55的控制信号以所描述的方式通过所述旋转传送器57及信号线56传输给所述轮毂检查系统58。配属于所述轮毂检查系统58的故障情况探测器根据如上文所述的故障情况探测器64来构成。但它现在起到中央识别单元的作用，该识别单元刚好并且仅仅对故障情况进行监控。如果识别出故障情况，那就将相应的用于停止的信号加载到所述单个斜度装置上。所述轮毂检查系统58可以设有自已的、固定在转子上的传感装置，或者也可以通过轮毂控制线59及直接通信连接36动用所述单个斜度装置6的测量传感器62、62’。在这两种情况下，就这一点而言实现所述轮毂检查系统58的自给自足的运行。此外可选规定，所述轮毂检查系统58具有一个主模块。由此不仅关于所述监控功能，而且也考虑到正常运行实现所述轮毂检查系统58在很大程度上不依赖于中央控制装置的独立性。这尤其具有这样的优点，即比如由于旋转传送器57可能出现的连接的故障对于整个轮毂检查系统58的运行以及单个斜度装置6的运行来说尤其没有负面影响。显而易见，在所述轮毂检查系统58失灵时所述单个斜度装置6可以以同样的方式自给自足地处理，这就象上文关于所述中央控制装置55的故障所描述的一样。

为了使在所述转子3的轮毂内部的紧要通信更加可靠，设置了光连接76。该光连接76用于通过闪光代码来显示单个斜度装置6的触发装置65的操纵情况或者在紧急运行中的停止情况。为此所述光信号连接76具有一个光辐射器以及一个光电检波器。如此选择所述闪光代码，使得其可以可靠地区别于自然的环境光线的波动或者雷暴。由此不仅在与所述中央控制装置56的通信连接而且所述直接通信连接比如由于转子轮毂30因异物引起的损坏而完全通信失灵时也保证将切断情况用信号传送给所有单个斜度装置6。

最后，所述单个斜度装置6具有一个监视模块79。该监视模块79设置用于自动地对所述单个斜度装置6进行监控并且此外将与运行状态有关的信号以及所述测量装置61的这样的信号传输给所述中央控制装置55。这一点尤其在所述单个斜度装置6在正常运行时从所述中央控制装置55得到控制和参考信号时是有利的。在这种情况下，有必要在操纵所述触发装置65时使所述中央控制装置55得到一个信号。由此可以防止，所述自给自足的叶片调节通过所述主模块通过信号被所述中央控制装置55过调。此外，所述测量装置61具有一个统计模块(未示出)。由此可以收集在一个较长的时间范围内的测量数据并且对其进行统计分析。这就能够进行持续的或者甚至预示性的监控。用于识别故障的可能性由此得到扩大，尤其可以更好地及时地识别出故障。

Claims (29)

1.风力发电设备，具有用于产生电能的发电机(5)、驱动该发电机(5)并带有斜度可调节的转子叶片(4)的转子(3)和中央控制装置，

其中设置了用于所述转子叶片(4)的单个斜度装置(6)，所述单个斜度装置(6)则包括调节驱动装置(7)、与中央控制装置(55)的通信连接(56)以及调节器(60)，其中为使所述风力发电设备停止下来可将所述转子叶片(4)调节到切断位置中，

其特征在于，所述单个斜度装置(6)此外包括故障情况探测器(64)，该故障情况探测器(64)设置用于对异常的运行状态进行识别并且与触发装置(65)相连接，而所述触发装置(65)则使相应的转子叶片(4)调节到切断位置中。

2.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述调节器(60)具有选择器(68)，该选择器(68)与所述故障探测器(64)相连接，从而按运行状态使用可选的调节器体系。

3.按权利要求2所述的风力发电设备，其特征在于，所述调节器(60)具有转换探测器(69)，该转换探测器(69)设置用于确定所述调节器体系的转换点。

4.按权利要求2或3所述的风力发电设备，其特征在于，所述调节器体系包括所述调节器(60)的参数。

5.按权利要求4所述的风力发电设备，其特征在于，所述调节器体系包括停止模式(67)。

6.按权利要求1或2所述的风力发电设备，其特征在于，构造所述选择器(68)和/或转换探测器(69)，从而以第一调节速度操纵所述转子叶片(4)直至达到临界的叶片迎角，并且而后以较小的第二调节速度操纵所述转子叶片(4)。

7.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述单个斜度装置(6)具有布置在所述转子(3)上的用于测量装置(61)的测量传感器(62)。

8.按权利要求7所述的风力发电设备，其特征在于，作为测量传感器(62)设置转子叶片迎角传感器、转子转速传感器、转子位置传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、旋转加速度传感器、离心加速度传感器、火警器和/或负荷传感器。

9.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述单个斜度装置(6)设有紧急模块(80)，该紧急模块(80)在所述调节器(60)的其余部件失灵时使得紧急移入切断位置中。

10.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述单个斜度装置(6)通过在所述转子(3)的内部的直接通信连接(36)彼此相连接。

11.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，至少一个单个斜度装置(6)具有主模块(75)，该主模块(75)在所述中央控制装置(55)失灵时作为用于其它单个斜度装置(6)的轮毂控制模块起作用。

12.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述故障情况探测器(64)具有至少一个子模块，该子模块设置用于识别其它单个斜度装置中的一个单个斜度装置的触发、失灵和/或紧急移动。

13.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，在所述单个斜度装置(6)之间为触发-/失灵状态设置无线的信号连接。

14.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述调节器(60)具有微控模块(74)，该微控模块(74)设置用于对所述转子叶片(4)进行周期性调节。

15.按权利要求14所述的风力发电设备，其特征在于，所述微控模块(74)设置用于不依赖于其它单个斜度装置(6)进行周期性调节。

16.按权利要求14或15所述的风力发电设备，其特征在于，所述微控模块(74)设有分散的、配属于所述单个斜度装置(6)的转子位置传感器。

17.风力发电设备，具有用于产生电能的发电机(5)、驱动该发电机(5)并带有斜度可调节的转子叶片(4)的转子(3)以及中央控制装置，

其中设置用于所述转子叶片(4)的单个斜度装置(6)，所述单个斜度装置(6)包括调节驱动装置(7)，其中为使所述风力发电设备停止下来可将所述转子叶片(4)调节到切断位置中；

并且其中所述单个斜度装置(6)是固定在转子上的轮毂检查系统(58)的一部分，所述轮毂检查系统(58)包括测量传感器和与所述中央控制装置的通信连接(58)，

其特征在于，

所述轮毂检查系统(58)此外包括故障情况探测器(64)，该故障情况探测器(64)设置用于对异常的运行状态进行识别并且与触发装置相连接，而所述触发装置则借助于所属的单个斜度装置使所述转子叶片(4)调节到切断位置中。

18.按权利要求17所述的风力发电设备，其特征在于，作为测量传感器设置转子转速传感器、转子位置传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、旋转加速度传感器、离心加速度传感器和/或火警器。

19.用于运行风力发电设备的方法，该风力发电设备具有用于产生电能的发电机(5)、驱动该发电机(5)并带有斜度可调节的转子叶片(4)的转子(3)和中央控制装置(55)，其中借助于包括调节驱动装置(7)、与所述中央控制装置(55)的通信连接(56)以及调节器(60)的单个斜度装置(6)来改变所述转子叶片(4)的迎角，并且为使所述风力发电设备停止下来可将所述转子叶片(4)调节到切断位置中，

其特征在于通过所述单个斜度装置和操纵触发装置来分散地识别异常的运行状态，从而将所述转子叶片置于所述切断位置中。

20.按权利要求19所述的方法，其特征在于通过所述单个斜度装置(6)来自给自足地选择可选的调节器体系。

21.按权利要求20所述的方法，其特征在于通过所述单个斜度装置(6)来自给自足地确定所述调节器体系的转换点。

22.按权利要求20或21所述的方法，其特征在于将停止模式(67)和/或调节器(60)的参数用于所述调节器体系。

23.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其特征在于使用一种调节器体系，其中以第一调节速度来调节所述转子叶片(4)直至达到临界的叶片迎角，并且而后自给自足地选择一种变化的、具有较小的第二调节速度的调节器体系。

24.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其特征在于用所述单个斜度装置(6)的紧急模块(80)来操纵所述调节装置(7)。

25.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其特征在于所述单个斜度装置(6)通过在所述转子(3)内部的直接的通信连接(36)进行直接通信。

26.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其特征在于进行分散的识别，从而检测其它单个斜度装置(6)的触发、失灵和/或紧急移动。

27.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其特征在于尤其借助于光信号来单独地用信号表示触发状态/失灵状态。

28.按权利要求19到21中任一项所述的方法，其特征在于为每个转子叶片(4)分散确定周期性调节，从而将机械负荷降低到最低限度。

29.按权利要求28所述的方法，其特征在于为每个单个斜度装置(6)不依赖于彼此地单独地实施周期性调节。

Images