CN101334002B - 风能装置的传动系部件的运转方法和该风能装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于运转风能装置的传动系部件的方法，其中所述风能装置具有操作管理，该操作管理可以将至少一个对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B控制到希望值Bsoll，其中在所述传动系部件启动之后，所述希望值Bsoll由最大值BMax限定，该最大值根据描述所述传动系部件启动以来所述风能装置所实现的产量的产量值W来进行预设。

Description

风能装置的传动系部件的运转方法和该风能装置
技术领域
本发明涉及一种风能装置的传动系部件的运转方法和执行该方法的风能装置。 
背景技术
风能装置的传动系将受风力驱动的风能装置的转子扭矩传递到产生电能的发电机。在直接被驱动的发电机情况下，该发电机可以借助轴立即连接到转子。但是，在更普遍的结构中，发电机以基本上高于转子速度的旋转速度操作，所以传动系中需要减速变速器。这种变速器通常由两级或三级来实现，具有许多彼此啮合的齿轮。这种传动系的全部部件暴露于高机械应变下，特别是变速器中的齿轮被转子的高扭矩施加强烈的应变。因此，尽管风能装置和变速器的制造商都非常努力，在传动系区域还是反复发生损坏，这能够导致风能装置出现毁坏。高应变还限制了单个传动系部件的寿命，如果这样的话，则必须更换部件。这种更换导致花费很多钱和时间，并导致风能装置出现不希望看到的故障。 
发明内容
基于此，本发明的目的提出一种方法，其允许特别柔和地操作风能装置的传动系部件，并有利于延长传动系部件的寿命，本发明还提供一种能够执行该方法的风能装置。 
由具备权利要求1特征的方法实现该目的。具有优势的实施例在随后的从属权利要求中示出。 
本发明的方法用来运转风能装置的传动系部件，其中所述风能装置具备操作管理，该操作管理可以将至少一个对于传动系部件应变有效(significant)的操作变量B控制到希望值Bsoll，其中所述传动系部件启动之后，希望值Bsoll受到最大值BMax的制约，该最大值根据产量值W来预设，所述产量值描述传动系部件启动以来风能装置所获得的产量。 
在运转传动系部件的时候，在传动系部件启动之后的特定时间期间内，在特定边界条件下，例如以减小或特别均匀的载荷操作该传动系部件。 
本发明基于这样的发现：特别通过柔和地启动新传动系部件，可以延长传动系部件的可获得寿命。因此，提出了有目的地运转传动系部件，这可以是运转全新风能装置中的传动系部件以及运转例如作为替换部件已经建造在现有风能装置中的传动系部件。传动系部件例如可以是变速器、变速器速比梯度、单个带齿的轮或轴承。 
对传动系部件应变有效的操作变量B可以是任选操作变量，其对传动系部件应变具有显著影响。 
风能装置的操作管理控制对于传动系部件应变有效的操作变量B所要达到的希望值Bsoll，可以由操作管理本身根据主导风速来预设，或者例如可以由风园(wind park)控制器来外部预设。 
在运转传动系部件时，希望值Bsoll通过最大值BMax接收上限。根据产量值W预设最大值BMax。产量W是描述传动系部件启动以来风能装置实现的产量的数学运算量。其可以对应于传动系部件启动以来风能装置实际实现的以电能表示的产量，单位为kWh，或者该产量可以以复杂的方式建立在该实现的产量基础上，或者建立在与该实现的产量相联系的变量基础上，如同测量变量用作产量的基础一样。最大值BMax对于产量值W的依存关系可以作为函数关系存储在风能装置中，优选位于该风能装置的操作管理中，或表现为查找表的形式，该查找表使一个最大值BMax与每个产量值W关联。 
这样的程序产生了传动系部件的机械应变极限，该极限取决于传动系部件启动以来的所累积的应变。实际作用于传动系部件的应变受 到该极限的限制，以实现特别优良的啮合表面匹配，比如轴承和齿面上的摩擦配对，以及特别柔和的持续运转。本发明的方法具有优势，特别是使齿轮光滑以及确定其可靠性。启动时齿面上的过度应变得以有效防止。由此，延长了传动系部件的可获得寿命。 
在一种实施例中，对传动系部件的应变有效的操作变量B是风能装置产生的电功率。风能装置产生的电功率对传动系部件的应变具有直接影响。电功率例如可以是有效功率、无功功率或视在功率。在控制电功率的情况下，可以借助已知方式通过预设发电机力矩或预设相应的叶片节距调节值来实现通过操作管理控制希望值Bsoll。 
在一种实施例中，对传动系部件的应变有效的操作变量B是风能装置的传动系扭矩。由传动系传输的扭矩是对传动系部件应变有直接影响的操作变量。可以在传动系任意部件上建立或测量这种扭矩。优选在变速器的从动轴上测量所述扭矩。特别可以通过预设发电机扭矩来控制存在于那里的扭矩。 
在一种实施例中，启动之后，最大值BMax稳步增大，直到在特定产量值W2时，到达对传动系部件应变有效的风能装置操作变量B的额定值BNenn为止。由此，作用在传动系部件上的最大应变也持续增大，这将导致特别有效的运转。在进一步的实施例中，如果达到特定产量值，运转程序停止，而且也不再有来自最大值BMax的限制。建立的产量值可以是W2。此后，风能装置处于正常操作中。 
在进一步的实施例中，在传动系部件启动时，最大值BMax具有初始值BFrei。因此，不将希望值Bsoll限制到由初始值BFrei预设的最小值以下。因此，从传动系部件启动开始，允许对应于该初始值BFrei的传动系部件的最小应变。由此，避免了对操作变量的过度限制。 
根据进一步的实施例，在启动传动系部件之后，最大值BMax保持恒定，直到到达可预设的产量值W1。因此，在到达产量值W1的时间时期内，不会增加应变上限。由此，可以断定，仅在第一次运转所需应变量和特定应变持续时间之后，传动系部件的应变才增加。 
在进一步实施例中，最大值BMax预设为在一时期内与产量值W 成比例。因此，最大值BMax随着产量值W线性增加。这对应于随着产量值W增加，应变极限持续均匀降低。这样就实现了传动系部件的可允许应变的均匀增大。 
在进一步的实施例中，最大值BMax预设为在一时期内与产量值W的方根成比例。优选地，其为根函数中的平方根，但是也可以选择其它根函数。这种结果是建立在考虑以下因素的基础上：传动系部件发生应变取决于操作变量B的瞬时值，特别是来自风能装置的功率，其中在预定功率时，传动系部件的特定表面部分发生主要应变。与此同时，所述功率线性流入所实现的产量，即在高功率时，较之小功率而言，特定生产间隔经历更短的时间。如果在运转时，功率极限相对于产量值的方根成比例地减小，则每个应变级别持续大约相等的时间期间。因此，实现了传动系部件的全部表面部分特别均匀地运转。 
根据进一步实施例，最大值BMax预设为在产量值W1和W2之间与产量值W成比例。因此，应变极限均匀减小的时期填充了所述两个产量值W1和W2之间的相同时间间隔。 
在进一步实施例中，通过传动系部件启动以来风能装置所实现的产量累计来建立产量值W。在这一过程中，一个时间间隔中实现的产量可以通过该时间间隔中产生的平均电功率P乘以该间隔的时间期间而计算。所述产量累计，以便在特定时间点来预设产量值。由此，可以得到的是，产量值W在任何时候都反映传动系部件在启动以来的应变持续时间和应变量。 
根据进一步实施例，在累积所实现的产量时，仅在对传动系部件有效的操作变量B的瞬时值或平均值高于最小值BRlv时实现的产量得到考虑。最小值BRlv限定操作变量B的较低阈值，该操作变量B的较低阈值产生与运转有关的传动系部件的应变。如果风能装置在低于最小值的非常低的应变下运转，则不会产生将会引起有效运转的传动系部件的任何应变。因此，这些操作时间未被考虑。 
在进一步实施例中，最小值BRlv预设为依赖最大值BMax或与最大值BMax成比例。在这些情况下，将特定应变的分类进行适配，从而与 运转直到到达自从传动系部件启动以来风能装置已经实现的产量相关。由此，获得了特别良好地适合已经达到的传动系部件运转条件的应变，用于将来的运转。 
上述目标还借助具有权利要求15特征的风能装置实现。具有优势的实施例在随后的从属权利要求中指明。 
本发明的风能装置具有： 
-至少一个传动系部件； 
-操作管理，其可以将至少一个对于传动系部件的应变有效的操作变量B控制到希望值Bsoll； 
-其中所述操作管理具有用来建立产量值W的设备，该产量值描述了所述传动系部件启动以来所述风能装置的产量； 
-用于根据产量值W预设最大值BMax的设备； 
-其中所述操作管理可以使用该最大值BMax来限制所述希望值Bsoll。 
本发明的风能装置特别适合用来执行本发明的方法。 
在用于建立产量值W的设备和用于预设最大值BMax的设备中，特别重要的是适当的程序或程序部件，它们在控制计算机上执行，用来操作所述风能装置。 
借助图中描述的方法的实施例对本发明进行更为详细地说明。在这种实施例中，对于传动系部件的应变有效的操作变量B是所述风能装置提供的电功率，其在以下如通常那样由P指代。 
附图说明
图1示出了有关功率最大值BMax依赖产量值W的曲线图。 
具体实施方式
在图1所示坐标系的横坐标上，绘制了产量值W。在该坐标系的纵坐标上，显示了由所述风能装置提供的电功率P。根据图中描绘的关系，一个功率最大值BMax被赋予给每个产量值W，该功率最大值用 来限制功率的希望值Psoll。而且，一个最小值PRlv被赋予给每个产量值W，该最小值表示被分类为与运转有关的功率的下限。 
最大值BMax曲线在初始值PFrei处从产量值W为0开始，该初始值约为已经绘制在图中的风能装置额定功率PNenn的1/5。不考虑传动系部件启动以来已经实现的功率，功率希望值Psoll并不限制于这种总是允许的功率PFrei以下的值。最大值BMax恒定地保持在值PFrei，直到达到第一产量值W1为止。在产量值W1以上，出现最大值BMax与产量值W成比例增加，直到最大值BMax在第二产量值W2处达到风能装置的额定值PNenn。在该时间点，传动系部件的运转完成，并且不再通过最大值BMax对电功率进行进一步限制。 
表示被分类为与运转有关的功率最小值PRlv的曲线具有与最大值BMax成比例的值。在所示示例中，最小值PRlv总是约为最大值BMax 的60％。 
图中所示产量值W在运转过程中如下计算。连续测量风能装置提供的电功率P。在30秒时间期间的连续时间间隔中，产生所提供的电功率P的平均值。可替代的是，也可以产生在每个最后30秒内所测量的功率值的变化(连续)平均值。如果该平均值高于所述最小值PRly，该最小值被赋予给一直到此时间点所到达的产量值W，则该时间间隔内产生的功率被分类为与运转有关。该功率平均值乘以间隔，以便建立该时间间隔内与运转有关的产量。以此方式建立的产量添加到直到该时间点所达到的产量值。因此，建立产量值W，这样仅考虑了被分类为与运转有关的电功率的那些产量，其实际上产生了与运转有关的传动系部件的应变。 

Claims (28)

1.一种用于运转风能装置的传动系部件的方法，其中所述风能装置具有操作管理，该操作管理可以将至少一个对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B控制到希望值Bsoll，其中在所述传动系部件启动之后，所述希望值Bsoll由最大值BMax限定，该最大值根据描述所述传动系部件启动以来所述风能装置所实现的产量的产量值W来进行预设。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中一个对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B是所述风能装置产生的电功率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中一个对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B是所述风能装置传动系的扭矩。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最大值BMax在启动之后稳步增加，直到在特定产量值W2处到达对于所述传动系部件的应变有效的所述风能装置操作变量B的额定值BNenn为止。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在到达特定产量值时，停止运转。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述传动系部件启动时，所述最大值BMax具有初始值BFrei。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述传动系部件启动之后，所述最大值BMax保持恒定，直到到达可预设的产量值W1。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述最大值BMax预设为在一时期内与所述产量值W成比例。
9.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述最大值BMax预设为在一时期内与所述产量值W的方根成比例。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述最大值BMax预设为在所述产量值W1和所述特定产量值W2之间分别与所述产量值W成比例或与所述产量值W的平方根成比例。
11.如权利要求1至7、10中任一项所述的方法，其特征在于，通过累计所述传动系部件启动以来所述风能装置所实现的产量来建立所述产量值W。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，累计所实现的产量仅考虑了那些对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B的瞬时值或操作变量B的平均值大于最小值BRlv时已经获得的产量。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述最小值BRlv预设为依赖于所述最大值BMax。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述最小值BRlv预设为与所述最大值BMax成比例。
15.一种风能装置，具有：
至少一个传动系部件；
操作管理，其可以将至少一个对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B控制到希望值Bsoll；
其中所述操作管理具有用来建立产量值W的设备，该产量值描述自所述传动系部件启动以来所述风能装置实现的产量；和
用于根据产量值W预设最大值BMax的设备；
其中所述操作管理可以利用所述最大值BMax来限制所述希望值Bsoll。
16.如权利要求15所述的风能装置，其特征在于，所述风能装置的其中一个对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B是所述风能装置产生的电功率。
17.如权利要求15所述的风能装置，其特征在于，所述风能装置的其中一个对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B是所述风能装置传动系中的扭矩。
18.如权利要求15所述的风能装置，其特征在于，用于预设最大值BMax的设备在启动之后能够使最大值BMax稳步增加，直到在特定产量值W2处到达对于所述传动系部件的应变有效的所述风能装置操作变量B的额定值BNenn为止。
19.如权利要求15所述的风能装置，其特征在于，在所述用于建立产量值W的设备建立特定量的产量值W时，所述操作管理可以停止对所述希望值Bsoll的限制。
20.如权利要求15所述的风能装置，其特征在于，存在用来预设初始值BFrei的设备，并且在启动所述传动系部件的时间点，所述用来预设最大值BMax的设备可以利用所述预设初始值BFrei来预设所述最大值BMax。
21.如权利要求18所述的风能装置，其特征在于，所述传动系部件启动之后，所述用来预设最大值BMax的设备能够保持所述最大值BMax恒定，直到到达可预设的产量值W1。
22.如权利要求15至21任一项所述的风能装置，其特征在于，所述用来预设最大值BMax的设备可以将所述最大值BMax预设为在一时期内与产量值W成比例。
23.如权利要求15至21任一项所述的风能装置，其特征在于，所述用来预设最大值BMax的设备可以将所述最大值BMax预设为在一时期内与产量值W的方根成比例。
24.如权利要求21所述的风能装置，其特征在于，所述用来预设最大值BMax的设备可以将所述最大值BMax预设为在所述产量值W1和所述特定产量值W2之间分别与所述产量值W成比例，或与所述产量值W的平方根成比例。
25.如权利要求15至21、24中任一项所述的风能装置，其特征在于，所述用来建立产量值W的设备可以通过累计自所述传动系部件启动以来所述风能装置实现的产量来建立所述产量值W。
26.如权利要求25所述的风能装置，其特征在于，在累计所实现的产量时，所述用来建立产量值W的设备可以有选择地仅考虑那些在对于所述传动系部件的应变有效的操作变量B的瞬时值或操作变量B的平均值大于最小值BRlv时已经获得的产量。
27.如权利要求26所述的风能装置，其特征在于，存在用来预设所述最小值BRlv的设备，其可以根据所述最大值BMax预设所述最小值BRlv。
28.如权利要求27所述的风能装置，其特征在于，所述用来预设最小值BRlv的设备能够将所述最小值BRlv预设为与所述最大值BMax成比例。
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