CN101566128A - 用于运行风力发电机组的方法以及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行风力发电机组的方法以及风力发电机组，风力发电机组具有带至少一个可调节角度的转子叶片的转子并在第一和/或第二运行模式中运行，如果高于第一转速临界值的转子转速被超过，则在第一运行模式中启动转子制动过程。在按发明的方法中，监控运行参数，在达到运行参数临界值时启动转子制动过程。方法特征是，当转子转速大于比第一转速临界值小的第二转速临界值时，则在第二运行模式中启动转子制动过程，并且/或者如果存在的转子加速度大于其临界值，则在第一和/或第二运行模式中启动转子制动过程。机组特征是，第一运行模式中的运行参数临界值与第二运行模式中的不同，并且/或者运行参数临界值可以根据至少一个运行参数改变。

Description

用于运行风力发电机组的方法以及风力发电机组

技术领域

本发明涉及一种用于运行风力发电机组的方法，所述风力发电机组具有转子，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机组在第一运行模式和/或第二运行模式中运行，其中，如果高于第一转速临界值的转子的转速被超过，则在第一运行模式中启动转子的制动过程。

本发明还涉及一种运行风力发电机组的方法，所述风力发电机组具有转子，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中监控运行参数，并且在达到运行参数临界值情况下启动转子的制动过程。

此外，本发明涉及一种具有转子的风力发电机组，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机组包含管理系统，所述管理系统规定至少一个第一运行模式和第二运行模式，其中设置了安全系统用于监控至少一个运行参数，其中，一旦所述至少一个运行参数达到运行参数临界值，管理系统内的安全系统就发送信号以制动转子和/或启动转子的制动，其中，第一运行模式是功率最优化的正常运行状态，而第二运行模式是转速降低和/或功率降低的运行状态。

背景技术

DE 10 2006 001 613 A1例如公开了相应的方法和相应的风力发电机组。

风力发电机组通常具有管理系统，该管理系统控制和/或调节风力发电机组的管理装置，并且在不同运行状态下负责控制和/或调节。如果该管理系统失灵，则独立于管理系统的安全系统会保证风力发电机组被保持在安全状态下。在现有技术中，该安全系统配合于具有额定转速的风力发电机组的运行模式，或者配合于功率最优化的正常运行状态。

然而风力发电机组也有可能会在另外的运行模式中运行，该运行模式例如是转速降低或者功率降低的运行模式。在此例如是降低噪音的运行状态、基于维护和修理工作的限制功率或者是在电网负荷能力有限的情况下的运行状态，在电网负荷能力有限的情况下的运行状态中，例如由风力发电机组可能提供的能量不能完全提供给电网。尤其是在具有额定转速的运行状态之外的其它运行状态下或者其它运行模式中，或者在也能够被描述为功率最优化的正常运行的运行状态之外的其它运行状态下或者其它运行模式中，会产生能够导致风力发电机组受损的负荷情况或者故障。

发明内容

基于此原因，本发明的任务在于改善风力发电机组的运行安全性，以及降低风力发电机组的负荷，并且尤其是在功率最优化的正常运行状态之外的运行模式中达到所述目的。

该任务通过一种用于运行风力发电机组的方法来解决，所述风力发电机组具有转子，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机组在第一运行模式和/或第二运行模式中运行，其中，如果高于第一转速临界值的转子的转速被超过，则在第一运行模式中启动转子的制动过程，并且，如果转子的转速大于第二转速临界值，则在第二运行模式中启动转子的制动过程，其中，第二转速临界值小于第一转速临界值，并且/或者如果存在的转子加速度大于转子加速度临界值，则在第一运行模式和/或第二运行模式中启动转子的制动过程。

根据本发明已经确定，一方面通过降低转速临界值(一旦达到该转速临界值，就制动转子)明显提高风力发电机组的运行安全性，其做法是：在优选是转速降低和/或功率降低模式的第二运行模式中，通过沿风标位置方向调节转子叶片调节角度，或者通过机械式制动器的干预，或者通过其它制动措施。另选的或者补充的是，采用转子加速度临界值或者监控转子加速度临界值，从而从达到大于转子加速度临界值的转子加速度起，就执行转子的相应的制动过程。由此根据本发明也明显提高了风力发电机组的安全性。

第一运行模式优选是风力发电机组的功率最优化的正常运行状态，相当于具有如下的转速特性曲线的风力发电机组的运行状态，即，在设计风力发电机组时，将该转速特性曲线设置为最大功率输出的转速特性曲线。这通常通过审查部门在样品测试中证实并且相应地出具证明。

转速特性曲线是取决于功率或扭矩的转速函数的特征曲线，或者反之是取决于转速或扭矩的功率函数的特性曲线。该特性曲线以及功率最优化的正常运行状态不仅能够适用于部分负荷，也适用于全负荷范围，其中，通常在全负荷范围内设定了恒定的转速。尤其在从部分负荷向全负荷过渡的区域内，在风力发电机组中会出现使设备承受很大负荷的运行状态。这种故障例如是管理故障，其使得转子叶片调节角向0°方向移动即朝向进入的风形成最大作用面的方向移动。如果存在所述情况，并且该转速临界值相对于在功率最优化的正常运行状态下的转速临界值没有被降低，或者说没有设置相应的可预定的转子加速度临界值，则安全系统识别故障情况的时间太晚，并且会对风力发电机组产生非常高的负荷影响。在本发明的范围内优选可以预先确定转子加速度临界值和/或可以预先确定第一和/或第二转速临界值。

本方法如此改进是特别有利的，即，尤其是在第二运行模式中还监控转子叶片角调节速率。在此例如能够监控是否出现上述的管理故障即转子叶片调节角向0°方向移动。在这种情况下，转子叶片角调节速率被定义为是负的。也就是说，如果转子叶片角调节速率达到转子叶片角调节速率临界值，则也能够从一定的负转子叶片角调节速率起启动制动过程，优选是转子的制动过程。对转子叶片角调节速率监控首先用于定义风力发电机组的运行状态，以便排除风力发电机组例如直接处于开始或者停止或者转换过程中，或者直接处于由于极端湍流造成的瞬变的运行状态中，其中，也会出现较大的转子加速度，但是该转子加速度通过借助于较大的正的叶片调节速率进行叶片调节来校正。

优选的是，当在对转子叶片角调节速率的监控中达到转子叶片角调节速率临界值并且转子的转速超过第二转速临界值并且/或者转子加速度超过第二转子加速度临界值时，启动制动过程。由此能够实现风力发电机组的可靠运行方法。例如如果达到了从一定量开始大于或者等于负临界值负的转子叶片角调节速率，则达到了转子叶片角调节速率临界值。如果该临界值例如是-1.5°，那么当角调节速率为-1.5°或者更小(例如-1.51°)时，这就达到了，也就是说沿0°叶片角的方向进行调节。

优选根据转子加速度临界值和/或第二转速临界值来调节转子叶片角调节速率临界值。优选根据转子叶片角调节速率临界值和/或第二转速临界值来调节转子加速度临界值。

优选根据转子加速度临界值和/或转子叶片角调节速率临界值来调节转速临界值。通过调节相应的临界值能够明显降低设备的负荷。例如可以将转子加速度临界值设定得稍高些，与此同时，将第二转速临界值或者说将尤其是负的、桨距速率或者转子叶片角调节速率的值设定得稍低些。反之亦然。将转子加速度临界值可以设定得稍高些，与此同时将负的转子叶片调节速率的值设定得稍低些。

该任务还通过一种用于运行风力发电机组的方法来解决，所述风力发电机组具有转子，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，通过检测方法获知运行参数，并且尤其是通过独立于管理系统的安全系统来监控这些运行参数，并且在达到运行参数临界值情况下，启动转子的制动过程，其中，在风力发电机组的功率最优化的正常运行状态之外的运行模式中对运行参数临界值和/或用于确定运行参数临界值的检测方法进行调整。

根据本发明通过调整风力发电机组的运行参数临界值获得风力发电机组的可靠的运行状态。调整运行参数临界值例如可以被理解为降低转速临界值，或者降低或者也提高转子叶片角调节速率临界值，或者改变转子叶片角调节速率临界值。在本发明范围中，调整运行参数临界值尤其应该被理解为相对于在功率最优化的正常运行状态下的临界值来改变该临界值。因为是与安全性相关的临界值，所以要事先明确地确定可能的例如以值表或者数学函数(例如线性函数或者二次函数)为形式的临界值调节。

在本发明范围中，运行参数的检测方法的调整尤其应该被理解为在检测运行参数时改变过滤方法和/或求平均值方法。如果运行参数例如是转速，则在本发明范围中检测方法的调整可以是降低求平均值的时间。如果在正常运行状态下例如转速被检测为5s-平均值，则在转速降低的运行状态下例如会出现50ms-平均值，从而在转速突然增加的情况下，检测方法的调整对风力发电机组的运行产生类似于在转速降低的运行状态下的、转速临界值明显降低的效果。

因而本发明基于这样的认知，即，在未改变运行参数临界值情况下改变运行参数的检测方法与未改变检测方法而调整运行参数临界值相比对风力发电机组的运行产生相应的作用。因此，下面当提及临界值的调整时，也涵盖了运行参数的检测方法的调整，这一点不再赘述。

在本发明范围中，功率最优化的正常运行状态之外的运行模式是具有转速特性曲线的运行状态的运行模式，该转速特性曲线在针对最大功率输出设置的转速特性曲线之外。这尤其指的是在转速与功率或者转速与扭矩成函数关系的情况下设置在针对最大功率输出的转速特性曲线之下的模式。该模式优选是这样的模式，其中，在相应功率或者相应扭矩情况下最多达到转速的95％。

此外，功率最优化的正常运行状态之外的运行模式也可以是对允许的最大转速和/或最大功率的简单限定。在此，不一定改变转速特性曲线，而是有可能仅在上部区域中进行限定或者说截取。

优选的是，运行参数临界值的调整在风力发电机组的运行中实施。如果例如基于有限的电网负荷能力在电网中仅能够提供50％的风力发电机组生成的功率，则可以在功率最优化的正常运行状态之外的运行模式中规定这样的运行特性曲线，即，在相应的转速情况下，在适当的转速特性曲线中仅规定50％的功率。如果又提高了电网负荷能力，则能够提高可能的运行参数临界值、例如转速临界值，这是因为通过发电机从系统中再次得到足够的扭矩。

优选预先确定具有配属的临界值的运行模式，从而在预先规定的条件下，不仅转换运行模式也转换配属的临界值。

功率最优化的正常运行状态之外的运行模式优选是风力发电机组的功率降低和/或扭矩降低的运行状态。例如在维护或者修理工作或者说尤其是在噪音降低的运行状态下规定该模式。在噪音降低的运行状态下，优选应用转速降低的运行模式。

受到监控的运行参数优选是转子的转速、转子的加速度、转子叶片调节角、转子叶片角调节速率、转子叶片调节角加速度、转子扭矩或者电的输出功率。相应地关于这些个被监控的运行参数设置临界值。优选至少两个运行参数受到监控并且分别与配属的运行参数临界值比较。由此能够实现用于运行风力发电机组的可靠方法。优选的是，如果至少两个运行参数分别达到其配属的运行参数临界值，则启动制动过程。例如，如果转子转速超过转速临界值，并且此外转子扭矩超过转子扭矩临界值，则启动制动过程。

优选的是，运行参数临界值至少部分地彼此相关地得到调整。这样便可以在将例如监控转子转速和监控转子扭矩结合起来并且仅在达到两个为此配属的运行参数临界值时规定启动制动过程的情况下，规定将相应的临界值预定得比仅监控两个参数之一时预定的临界值稍高一些。

该任务还通过一种具有转子的风力发电机组来解决，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机组包含管理系统，所述管理系统规定至少一个第一运行模式和第二运行模式，其中设置了安全系统用于监控至少一个运行参数，其中，一旦所述至少一个运行参数达到运行参数临界值，管理系统内的安全系统就发送信号以制动转子和/或启动转子的制动，其中，第一运行模式是功率最优化的正常运行状态，而第二运行模式是转速降低和/或功率降低的运行状态，其中，第一运行模式中的运行参数临界值不同于第二运行模式中的运行参数临界值，并且/或者运行参数临界值可以是根据至少一个运行参数或者不被所述安全系统监控的运行参数变化的。

在本发明范围内，第一运行模式与第二运行模式中的运行参数临界值的区别尤其在于临界值的数值上的区别。安全系统优选包括安全监控装置和安全电路。优选在运行状态下调整运行参数临界值。

运行参数优选是转子转速，其中，针对第一运行模式在安全系统中设置第一转速开关设备，针对第二运行模式在安全系统中设置第二转速开关设备，其中，在超过配属于相应的转速开关设备的转速临界值情况下，至少一个转速开关设备发送制动信号。

运行参数优选是转子叶片角调节速率。运行参数优选是转子加速度。

如果优选转子叶片角调节速率必须达到转子叶片角调节速率临界值，并且转子加速度必须达到转子加速度临界值，以便促使安全系统提供制动信号或者启动转子的制动，则提供了特别可靠的风力发电机组。转子叶片角调节速率临界值优选取决于转子加速度临界值。优选也可以根据转子叶片角调节速率临界值来设置转子加速度临界值。

该任务还通过一种具有转子的风力发电机组来解决，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机组包含管理系统，所述管理系统规定至少一个第一运行模式和第二运行模式，其中设置了安全系统用于监控至少一个运行参数，其中，一旦所述至少一个运行参数达到运行参数临界值，管理系统内的安全系统就发送信号以制动转子和/或启动转子的制动，其中，第一运行模式是功率最优化的正常运行状态，而第二运行模式是转速降低和/或功率降低的运行状态，其中，设有至少一个加速度传感器，所述加速度传感器在第一运行模式和/或第二运行模式中测量作为运行参数的转子加速度，其中，在超过转子加速度临界值情况下，安全系统发送信号以制动转子或者启动转子的制动。由此，风力发电机组能够非常可靠地运行。

优选在尤其是安全电路的安全系统内设置用于运行参数的传感器。安全系统优选独立于管理系统，从而尤其是管理系统不会干涉安全系统，或者说安全系统没有被管理系统绕过。也就是说，如果安全系统生成制动信号，或者说启动转子制动，则管理系统不能够禁止该制动过程。

安全系统或者其部分优选设置在叶片角调节致动器或者叶片角调节调节器内。

优选设置风力发电机组的控制或者调节装置，在该控制或者调节装置上能够执行根据本发明的方法。优选设置具有程序代码工具的计算机程序，当该计算机程序尤其是在风力发电机组的控制或者调节装置内运行时，该程序代码工具适合于执行根据本发明的方法。

优选的计算机程序最好存贮在计算机可读的数据载体上。

附图说明

下面在不限制总体发明思想的情况下根据实施例结合附图说明本发明，在此所有在文字中未详细描述的本发明细节都应该参考这些附图。

附图中：

图1示出风力发电机组的示意图；

图2示出风力发电机组的主要部件的示意性框图；

图3示出安全电路的示意性电路图；

图4示出加速度传感器装置的示意图；

图5a示出基于时间的转子转速的线图；

图5b示出基于时间的经滤波的转子加速度的线图；

图5c示出基于时间的转子叶片角调节速率的线图；

图5d示出基于时间的叶根弯曲力矩的示意图；

图6示出根据本发明的用于运行风力发电机组的方法的示意性方法流程图；以及

图7示出另选的根据本发明的用于运行风力发电机组的方法的示意性方法流程图。

具体实施方式

在下面这些附图中，相同或者同类元件或者说相应的部件设有同样的附图标记，以避免重复介绍。

图1示出风力发电机组10的示意图。风力发电机组10具有塔架11和转子12，转子12包括三个转子叶片14，转子叶片14安装在转子毂9上。迎风时，转子12按照已知方式旋转。借此，连接在转子12或者转子毂9上的发电机能够生成电力，并将电力输送至公共电网(Verbrauchernetz)。

图2示意性示出风力发电机组10的主要部件。也可以被描述为管理装置机构或者管理装置系统的管理装置15控制和/或调节风力发电机组10的运行。安全监控装置16连接在管理系统15上，安全监控装置16与安全电路20(Sicherheitskette)连接。安全监控装置16可以被设为与管理装置系统无关的控制单元的形式，其也能够完全或者部分地设置在已经存在的控制装置内，例如设在为调节叶片角而设置在转子毂内的控制计算器内。安全电路20例如包括振动探测器、手动(紧急停止)开关以及转速继电器或者说转速开关。结合附图3对安全电路进行进一步说明。

安全电路20负责当出现重要安全事件时，例如当出现非常大的振动或者操作人员操作紧急停止开关时，使得风力发电机组降低速度到不紧急的状态。安全电路20也可以构造为硬件电路(Hardware-Kette)。在触发安全电路20时(这通过指向电气部件21的箭头来表示)，将发电机23从电网25断开并且制动转子轴13或者说快速轴22，这例如通过叶片调节器18或者机械式制动器19或者间接地通过如叶片调节器18的一个或者多个调节或者控制装置(未示出)实现。

安全监控装置16也能够如此构造，即，安全监控装置16检查管理装置15的功能性。就此而言，安全监控装置16优选为监视器(Watch-Dog)类型的装置。该管理系统也可以是以虚线示出的具有安全监控装置15′的管理系统。在此，管理系统15′也包含整合的安全监控器16或者说安全监控装置16。管理系统15或者15′通过相应的电子数据线路与调节器17和叶片调节器18连接，而且还与机械式制动器19连接。叶片调节器18尤其应被理解为用于调节转子叶片14的角度的致动器。相应地，机械式制动器19应被理解为这样一种致动器，其在该实施例中使得机械式制动器19对快速轴22产生作用。虽然未示出，但该机械式制动器或者另外的机械式制动器19能够对转子轴13产生影响。

以26标识的数据连线向管理系统15或者15′提供转子叶片角或者说转子叶片14的转子叶片角。以附图标记27标识的数据连线向管理系统15或者15′提供快速轴22的实际转速。以30标识的数据线路将干扰信号发送到管理系统15或者15′，在本实施例中，该干扰信号来自电气部件21。

风力发电机组10的运行如下实现。由于风31的进入，转子12按照旋转方向29旋转。由此转子轴13也转动，转子轴13借助于传动装置24以例如1∶100的传动比使得快速轴22转动。因而在发电机23内生成电压，在电气部件21内对该电压进行调节、变频和/或将该电压转换成交流电压。在电气部件21的输出端上设置与电网25的连接，借助于电网25向用户供应电压或者电能。风力发电装置的通常已知的调节和管理方案例如在威斯巴登的B.G.Teubner-Verlag/GWV专业出版公司于2005年2月第四次出版的Siegfried Heier所著的教材“风力发电装置系统设计、电网一体化和调节”的第五章中已被公开。

图3以示意图示出安全电路20。首先电压供给装置45负责向安全电路20的相应部件供应电压。安全电路20包括紧急断开装置NA以及安全断开装置SA。紧急断开装置NA包括多个紧急停止开关46.1、46.2和46.3，如果需要紧急断开时，可以由操作人员操作这些紧急停止开关。这些紧急停止开关是串联的手动开关，它们作为紧急断开按钮设置在顶盒上、在底盒上、在塔架底座内以及在变频器箱上，以及在风力发电机组之上或之内的其它位置。此外，另一钥匙开关47与其它可手动操作的开关46.1至46.3串联设置，维护人员借助于相应的钥匙操作该钥匙开关47。这种也称作服务开关的钥匙开关47例如设置在顶盒内(吊舱内的控制箱中)用于维护叶片调节装置。

通过紧急断开装置NA可以使得风力发电机组10的所有带电部件以及所有旋转部件停止运行。因此在操作紧急断开装置NA时，可以使得带电部件被切换至无电压状态。通过操作开关46.1、46.2、46.3、...、47之一来打开这些开关，以便安全断开风力发电机组10。通过这种“紧急停止”使得连接的继电器48、49被断开(自动防故障系统(Fail-safe-Anordnung))。

在断开回路的情况下，自锁式继电器48、49落下，从而实现安全断开。在此，例如继电器48、49控制风力发电机组的制动器，并且例如触发制动程序。

此外，安全断开装置SA的另外的开关56.1、56.2、56.3、...与可手动操作的开关46.1、46.2、46.3、...、47串联，其中，安全断开装置SA的这些开关借助于传感器进行开关。机器中的运动部件等借助于用于开关56.1、56.2、56.3、...的传感器来监控。例如借助于两个传感器监控电缆绞合(Kabelverdrillung)(沿顺时针和逆时针方向)。此外，不断检查振动、转子以及传动装置的(过高)转速以及对管理系统(Watch-Dog)进行监控。

为了在正常运行情况下即在按规定了功率最优化的运行方式的特性曲线来运行的情况下监控转子20的转速而设置第一转速开关56.7，如果转速超过临界值，则第一转速开关56.7例如实施关断或者断开，临界值通常处于高于额定转速20％的范围内。根据本发明还附设第二转速开关56.8，其与第一转速开关56.7串联，其在超过第二转速临界值时触发。根据本发明第二临界转速低于第一临界转速，例如优选在高于额定转速5％至10％之间的范围内。

只要风力发电机组处于功率最优化的运行模式即处于正常运行中，就通过旁路开关56.9短接第二转速开关56.8。在不同于功率最优化的运行模式的另一运行模式中，才通过旁路开关56.9中止该短接。

第二转速开关56.8以及需要时也许还有旁路开关56.9能够设置在转子毂9内。调节器17和叶片调节器18也以适当方式设置在转子毂内。在第一运行模式中出现的信号被管理装置15、15′或者安全监控装置16通过电路回路(Schleifring)或者经由无线电发送至第二转速开关56.8，从而第二转速开关56.8处于非活动状态。仅当信号中断时才操作转速开关56.8，从而在超过第二转速临界值情况下，用于转子叶片角调节和/或叶片调节的调节器或者控制器17、或者用于叶片调节的致动器能够直接做出响应，并且能够朝向风标位置的方向调节转子叶片。信号缺失的时长最好以第二运行模式的存在为准。从而实现自动防故障系统。尽管没有以符合规定的方式切换至正常运行情况，但也能够通过时间延迟地切换转速开关56.8来避免由于管理装置内的故障而使得转速开关56.8被禁能(deaktivieren)的危险。如果由于管理系统15、15′或者安全监控装置16内的故障而导致出现故障情况，则这种紧急情况将在几秒钟后出现。如果据此将这种禁能延迟通常如15至30秒(这是由管理装置考虑的)，则能够安全地避开这种错误。转速开关56.8的激活是没有延迟的。

彼此并联的自锁继电器61.1以及各种复位开关61.2、61.3、...与开关46.1、46.2、46.3、...、47和另外的开关56.1、56.2、56.3、...、46.7、46.8串联，以便在通过紧急断开装置NA或者安全断开装置SA进行安全断开之后能够重新启动风力发电机组。为此设置了各种复位开关61.2、61.3、...。复位开关61.2、61.3、...也能够被构造为可机械操作的开关，形成在例如顶盒内或者底盒内的相应位置上。

此外，也设有用于电网复位(Netzwiederkehr)的复位开关。在风力发电机组正常运行期间，自锁开关或者说自锁继电器61.1闭合。图3所示的安全电路20处于无电状态。此外还设置了复位开关62，借助于远程监控中心的操作装置41(如图3所示)从远程操作该复位开关62。通过操作传感器操作的开关56.1、56.2、56.3、56.7或者56.8来实施安全断开，这是通过继电器58、59的落下实现的，从而风力发电机组可以处于安全运行状态。之后执行针对风力发电机组部件的相应制动程序。

根据本发明监控转子加速度。在转子直径为126m的5MW风力发电机组中，例如临界值为0.6rpm/s的转子加速度可以是断开判据或者说触发转子制动。优选的是，对转子加速度和转子叶片角调节速率进行联合监控，例如转子加速度临界值为0.45rpm/s，转子叶片角调节速率的临界值为-1/°s。假如转子叶片不再旋转，也能够根据转子加速度的临界值为0.6rpm/s、转子叶片角调节速率的临界值为0/°s生成可靠判据。因而与所述的在调节速率临界值为-1/°s情况下的加速度临界值为0.45rpm/s的示例相比较，将加速度临界值调节至0.6rpm/s，并且因此实现转子叶片角调节速率为0/°s的期望的临界值以实现对受到阻挡的叶片调节驱动装置的监控。在此，近似相等地保持用于避免由于转子转速过高而导致的不允许的故障的安全水平，并且能仅仅通过通常的模拟计算来获知该安全水平。

也可以单独监控转子加速度。

例如能够通过加速度传感器来获知转子加速度，或者根据转速信号或者转子位置信号来计算地确定转子加速度。如图4所示，为了获知转子加速度，例如可以规定将两个加速度传感器33、34设置在转子轴32上。作为设置在转子轴32上的替代方案，传感器33和34也可以设置在转子毂上。为了测量转子加速度35或者36，也可以测量叶片连接部(Blattanschluss)上的切向加速度。该切向加速度可以通过除以半径换算成角加速度。为了通过测量来消除重力加速度以及塔架头加速度例如横向加速度、倾斜、滚转和扭转的影响，优选将两个加速度传感器33和34以错开180°的方式设置。两个信号相加抵消不期望的加速度分量。在转子半径为1.6m情况下针对0.45rpm/s的触发值或者说临界值得出相应的切向加速度为0.075m/s²。在这种情况下，测量范围大约为±15m/s²。最好对所测量的转子加速度进行滤波。由此能够避免不必要的转子停车或者制动过程。滤波器优选是时间常数为1s的PT₁环节的低通滤波器。

本发明尤其在降低噪音的运行情况即在具有较低转速的运行模式中能够特别好地使用。图5a至图5d示出风力发电机组关于时间的各种参数的曲线图。该曲线图示出在出现故障情况下，风力发电机组在转速降低的运行方式中的情况。时间以秒计量。这些附图分别示出三个曲线。如在现有技术中已知的那样，粗的曲线是一个管理装置和一个安全监控装置的运行参数的相应曲线。细线示出两个安全监控装置的运行模式，在该运行模式中监控转子加速度和转子叶片角调节速率，并且在达到两个与此相关的临界值时启动制动过程。虚线示出一个安全监控装置的运行模式，在该运行模式中监控转速，如果达到降低的转速临界值，则开始进行转子制动。图5的实施例全部都处于转速降低的运行模式中。

图5a示出转子转速的时间函数的相应三个曲线图。可以看出，在转速降低的运行情况下，处于预先确定的负荷情况中的转子转速首先被恒定地调节至降低的转速预定值，然后例如在20秒时出现故障，并且该故障具有因故障造成的最大转子叶片角调节速率，该最大转子叶片角调节速率是负的，也就是说朝向0°角上升(参见图5c)。可以看出，转子转速提高了，并且在大约每分钟20转(rpm)的情况下达到最大值，这大约出现在负荷情况之后的第8秒。在该情况下达到了正常运行状态下的转子转速临界值并且启动制动过程，从而降低转子转速。从图5c可以看出，这通过调节转子叶片角来实现。

在监控转子加速度的同时还监控转子叶片角调节速率，例如根据0.45rpm/s的转子加速度临界值和转子叶片角调节速率为-1°/s的临界值得出最高能获得的转速大约为10.5rpm。在该情况下，制动过程明显出现的更早。如果在转子毂上规定低于第一转速临界值的第二转速临界值，即，例如大约为18rpm，则制动过程出现的更晚。在该情况下，在达到该临界值之后启动制动过程。在图5a、5b和5c中，在大约25秒出现该制动过程。

在图5b中记录了针对相应的负荷情况得到的关于时间的转子加速度，借助于PT₁环节和1秒的时间常数来给该转子加速度进行滤波。这里也可以看出，在根据现有技术的运行方式中，以rpm/s计量的转子加速度相当大。在相应监控转子加速度和转子叶片角调节速率(细线)时，转子加速度的上升表现得明显更弱一些。在虚线中，即，在规定更低的临界转速情况下，转子比在已知的运行管理情况下更慢地加速。

在图5c中，相应的转子叶片角调节速率以°/s计量。可以看出，通过调节桨距速率(转子叶片角调节速率)来实施转子制动。在达到相应的临界值之后将桨距速率设定到8°/s，以便制动转子。在按照已知的运行管理的运行情况下，这大约出现在自故障于20秒处开始之后的大约7秒处。

对于细线而言以最快速度启动了制动过程。

在图5d中示意性绘制了用于相应的安全监控装置的以kNm计量的叶根弯曲力矩(Blattwurzelbiegemoment)。可以明显看出，借助于根据本发明的方法运行相应的风力发电机组，风力发电机组的负荷明显更小。

就借助于至少一个可关断的第二转速开关设备56.8在相应的第二运行模式中监控降低的转速水平而言，适用于5MW设备的临界值例如在发电机侧是1.170rpm，其相当于正常运行情况下的额定转速。正常运行情况下的第一转速临界值例如为1.250rpm。借助于降低的第二临界值1.170rpm可以可靠地监控转速在870至1.100rpm的转速降低的运行模式。

相应的参数取决于风力发电机组的设计数据，并且能够针对每个装置确定或者调整这些参数。这也能通过空气动力学的模拟计算来实现。在此，主要影响因素是转子直径、转子的空气动力性、转子的转动惯量、传动系、叶片调节系统的特性以及传感器信号的质量。

在功率最优化的正常运行状态之外或者之下的运行模式中的第二转速临界值最好大约高于降低的转速预定值的5％至9％或者优选为6％至7％。对于通常由于噪声原因而降低转速的情况而言，这能够使得第二转速临界值正好处于功率最优化的正常运行状态下的额定转速的范围内。对于明显低于在功率最优化运行状态下的额定转速的在转速降低的运行状态下的降低的转速预定值而言，转速临界值与所述降低的转速预定值有关地也能够相对于减低的转速预定值明显提高。因此，只要降低的转速预定值例如为功率最优化的正常运行状态下的额定转速的75％，则转速降低的运行状态下的转速临界值例如就能够处于该降低的转速预定值的30％至40％，也就是说，参照在功率最优化的正常运行状态下的额定额定转速，转速临界值比该额定值稍低一点或者稍高一点。

根据本发明能够通过其它的监控功能件补充安全电路。监控功能件例如可以集成在转子毂内的桨距控制器或者叶片角控制或调节装置内。附加地可以设置独立的监控单元，该监控单元直接控制转子叶片角调节致动器。

在安全电路内能够以硬件方式使用附加的转子加速度开关设备。该转子加速度开关设备接收来自转速信号的尤其经滤波的转子加速度。通过初始板(Initiatorblech)或者增量值分析器(Inkrementalwertgeber)能够实施分析。

也能够在安全电路中使用转速开关设备，该转速开关设备通过状态标志(状态信号)激活。这已经在图3中示出。此外还能够实现的是，让控制或者调节装置独立识别转速变化的运行模式或转速降低的运行模式或鉴于功率最优化的正常运行状态降低了转速的运行模式。为此可以在转子毂内设置两个转速开关设备，其中，一个转速开关设备被构造为常开开关，一个被构造为常闭开关。在此，常闭开关例如在很长的平均时间内将转速设定得低于额定转速，并且在通常较低的转速水平情况下将作为常开开关工作的转速开关设备激活，或者说在转速水平长时间保持在较高水平时通过闭合来桥接该转速开关设备。

也可以在图2的调节器17内对运行参数进行监控。该调节器17或者说桨距控制器也能够作为独立系统用于监控，并且允许直接作用于图2的一个或者多个转子叶片角调节致动器18。

代替根据图4的两个传感器也能够尤其是重复使用四个传感器或者数量为奇数的传感器，这些传感器生成相应的信号，这些信号用于计算转子的切向加速度。如果在转子毂旋转时沿着转子位置计算地更正重力的影响，并且根据设备的振荡特性计算出降低的干扰加速度，则可以仅使用一个传感器。根据转子毂上或者转子毂内的传感器来获取转子加速度是有利的，这是因为这使得与设备控制无关地进行监控成为可能。

此外还可以在转子毂内设置附加的转速监控装置或者附加的转速开关设备。为此，将转速目标值作为信号发送至调节器17，调节器17是转子叶片角调节器或者相应的控制装置。在调节器17内也可以为了转速监控而获知转速实际值。

本发明的优点在于，对于任意的转速预定值而言都能够适配可靠的临界值，例如作为按百分比计算的预定值，例如在该运行模式中该临界值为目标转速的125％。也能够预先确定多个临界值等级。为此优选对将要发送的转速目标值进行可信度监测。如果没有发送转速目标值或者发送了不可信的转速目标值，则启动制动操作。可以通过目标值和实际值之间的最大允许偏差、目标值的最大上限和目标值的最大允许加速度或者改变速率来检测该可信度。对相应的测量值进行过滤或者对其求平均值，以便排除个别的错误信号。例如为了避免过长的时间延迟可以规定，当只是两个先后相随的转速信号中的一个超过临界值时，必须将其滤除。

即使不存在信号(自动防故障系统)也能够通过激活的状态标志(状态信号)来激活监控装置，所述状态标志是由控制装置或者调节装置或者管理装置或者安全系统之一经由电路回路发送的。

根据图3的第二转速开关56.9能够优选例如以30s时间延迟的单向时间延迟被禁能。相应的转速开关设备也可以设置在转子毂内。

此外设置了外部的输入模块，由该输入模块提供转速预定值。这一外部的输入模块例如能够将状态标志或者状态信号发送至调节器17。由此降低调节器17在没有出现状态标志的情况下就执行转速降低的危险。也能够附加监控内部的转速预定值。

图6示出风力发电机组的运行的方法流程的示意性框图。在图6的示例中，在70处询问：是否存在针对第二运行模式的信号。在此，该信号可以是前述的状态标记。如果断定电网25仅能够接收减少的功率，则例如可以生成相应的信号。如果例如必须要降低转速地运行，以便避免例如在夜间的噪声污染，那么也可以生成相应的信号。如果该问题以通过图6的n表示的“否”来回答，则清楚地知道：在71处风力发电机组处于功率最优化的正常运行状态下。

接下来询问：是否当前转速大于第一转速临界值。在72处发生该询问。如果该询问被以否定回答，则在80处重复先前的询问。在询问是否转速大于第一转速临界值并得到图6中以j表示的肯定答复的情况下，在74处启动制动过程。这能够通过操作机械式制动器或者将转子叶片角沿风标位置的方向调至更大的角度来实现。

在从方法72递归至方法70之前，还在73处询问：是否转子加速度大于转子加速度临界值。如果得到否定回答，则在70处继续进行该方法过程。如果得到肯定回答，则启动制动过程。如果在70处询问：是否存在针对第二运行模式的信号并得到肯定回答，则在75处继续进行该方法过程，即，在例如可以是降低转速的运行模式的第二运行模式情况下能够例如实现降低噪音。

接下来在77处检查：是否当前转速大于第二转速临界值，所述第二转速临界值小于第一转速临界值。如果得到肯定回答，则在78处询问：是否转子叶片角调节速率小于转子叶片角调节速率的临界值。如果得到肯定回答，则在79处启动制动过程。

如果先前的问题被否定，则在70处重新开始所述方法。如果在77处问题被否定，则也在70处相应重新开始该方法。

根据本发明，作为在77和78处的“双重”询问的替代方案可以仅在77处出现询问，从而可以取消在78处的询问。如图6所示，相应地也可以在73处运用与77和78并联的询问：是否转子加速度大于转子加速度临界值。在回答是的情况下，与在77和78处的答案无关地启动制动过程。在否定73处的这个询问时，77和78处的询问也是与此无关地执行的。

图7示出根据本发明方法的示意性方法流程图，所述方法用于在不同于根据图6的方法流程的实施方式中运行风力发电机组。与图6相比，在该情况下调换在77和73处的询问。因而在70处询问是否存在针对第二运行模式的信号并且得到肯定回答之后，所述方法进入75的第二运行模式中，例如降低转速的运行模式。

并行执行以下询问，即，在77处询问：是否转速大于第二转速临界值。如果得到肯定回答，则在79处出现制动。根据图7在第二运行模式中的75处，询问的另一变化方式首先如此出现，即，在73处检查：是否转子加速度大于转子加速度临界值。如果得到否定回答，则在70处重新询问：是否存在针对第二运行模式的信号。然而，如果在73处的询问通常得到肯定回答，则在78处询问：是否叶片角调节速率小于叶片角调节速率临界值。在肯定该询问情况下，在79处出现制动。从而如果第二转速临界值被超过，或者转子加速度临界值被超过，并且转子叶片角调节速率临界值被超过，那么在第二运行模式中执行管理装置之后的逻辑操作，即，出现制动。

附图标记列表

9转子毂

10风力发电机组

11塔架

12转子

13转子轴

14转子叶片

15管理系统

15′具有安全监控装置的管理系统

16安全监控装置

17调节器

18叶片调节器

19机械式制动器

20安全电路

21电气部件

22快速轴

23发电机(具有电枢和定子)

24传动装置

25电网

26数据连线

27数据连线

28角调节装置

29旋转方向

30干扰信号

31风

32转子轴

33加速度传感器

34加速度传感器

35加速度

36加速度

41操作装置

45电压供给装置

46.1，46.2，46.3紧急停止开关

47钥匙开关

48继电器(紧急停止)

49继电器(紧急停止)

56.1，56.2，56.3传感器开关

56.7第一转速开关

56.8第二转速开关

56.9旁路开关

58继电器(安全停止)

59继电器(安全停止)

61.1自锁开关

61.2，61.3复位开关

62复位开关

70存在用于第二运行模式的信号？

71功率最优化的正常运行状态

72转速大于第一转速临界值？

73转子加速度大于转子加速度临界值？

74制动

75第二运行模式

77转速大于第二转速临界值？

78叶片角调节速率小于叶片角调节速率临界值？

79制动

NA紧急断开装置

SA安全断开装置

Claims (31)

1.一种用于运行风力发电机组(10)的方法，所述风力发电机组具有转子(12)，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片(14)，其中，所述风力发电机组(10)在第一运行模式(71)和/或第二运行模式(75)中运行，其中，如果高于第一转速临界值的所述转子(12)的转速被超过，则在所述第一运行模式(71)中启动所述转子(12)的制动过程，并且，如果所述转子(12)的转速大于第二转速临界值，则在所述第二运行模式(75)中启动所述转子(12)的制动过程，其中，所述第二转速临界值小于第一转速临界值，并且/或者如果存在的转子加速度大于转子加速度临界值，则在所述第一运行模式(71)和/或所述第二运行模式(75)中启动所述转子(12)的制动过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，另外还监控转子叶片角调节速率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二运行模式(75)中监控所述转子叶片角调节速率。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，如果所述转子叶片角调节速率达到转子叶片角调节速率临界值，则启动所述转子(12)的制动过程。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当在对所述转子叶片角调节速率的监控中达到所述转子叶片角调节速率临界值并且所述转子(12)的转速超过第二转速临界值并且/或者所述转子加速度超过第二转子加速度临界值时，启动所述制动过程。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述转子加速度临界值和/或所述第二转速临界值来调节所述转子叶片角调节速率临界值。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述转子叶片角调节速率临界值和/或所述第二转速临界值来调节所述转子加速度临界值。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述转子加速度临界值和/或所述转子叶片角调节速率临界值来调节所述第二转速临界值。

9.一种用于运行风力发电机组(10)的方法，所述风力发电机组具有转子(12)，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片(14)，其中，通过检测方法获知运行参数并且监控这些运行参数，并且在达到运行参数临界值情况下启动所述转子(12)的制动过程，其特征在于，在处于所述风力发电机组(10)的功率最优化的正常运行状态(71)之外的运行模式(75)中对运行参数临界值和/或用于获知运行参数的检测方法进行调整。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过独立于管理系统的安全系统监控所述运行参数。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述运行参数临界值的调整发生在所述风力发电机组(10)的运行状态中。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述功率最优化的正常运行状态(71)之外的运行模式(75)是所述风力发电机组(10)的转速降低的运行状态。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述功率最优化的正常运行状态(71)之外的运行模式(75)是所述风力发电机组(10)的功率降低和/或扭矩降低的运行状态。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，被监控的运行参数是所述转子(12)的转速、所述转子(12)的加速度、转子叶片调节角、转子叶片角调节速率、转子叶片调节角加速度、转子扭矩或者电的输出功率。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，至少两个运行参数被监控并且分别与配属的运行参数临界值比较。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果所述至少两个运行参数分别达到其配属的运行参数临界值，则启动所述制动过程。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述运行参数临界值至少部分地彼此相关地得到调整。

18.一种具有转子(12)的风力发电机组(10)，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片(14)，其中，所述风力发电机组(10)包括管理系统(15)，所述管理系统规定至少一个第一运行模式(71)和第二运行模式(75)，其中设置了安全系统(16、20)用于监控至少一个运行参数，其中，一旦所述至少一个运行参数达到运行参数临界值，所述管理系统(15)内的安全系统(16、20)就发送信号以制动所述转子(12)和/或启动所述转子(12)的制动，其中，所述第一运行模式(71)是功率最优化的正常运行状态，而所述第二运行模式(75)是转速降低和/或功率降低的运行状态，其特征在于，所述第一运行模式(71)中的运行参数临界值不同于所述第二运行模式(75)中的运行参数临界值，并且/或者所述运行参数临界值能够根据至少一个运行参数或者至少一个不被所述安全系统(16、20)监控的运行参数改变。

19.根据权利要求18所述的风力发电机组(10)，其特征在于，运行参数是转子转速，其中，针对所述第一运行模式(71)在所述安全系统(16、20)内设置第一转速开关设备(56.7)，并且针对所述第二运行模式(75)在所述安全系统(16、20)内设置第二转速开关设备(56.8)，其中，在超过配属于相应的所述转速开关设备(56.7、56.8)的转速临界值情况下，所述转速开关设备(56.7、56.8)的至少一个发送制动信号。

20.根据权利要求18所述的风力发电机组(10)，其特征在于，运行参数是转子叶片角调节速率。

21.根据权利要求18所述的风力发电机组(10)，其特征在于，运行参数是转子加速度。

22.根据权利要求20所述的风力发电机组(10)，其特征在于，所述转子叶片角调节速率必须达到转子叶片角调节速率临界值，并且所述转子加速度必须达到转子加速度临界值，以便促使所述安全系统(16、20)提供制动信号或者启动所述转子(12)的制动。

23.根据权利要求20所述的风力发电机组(10)，其特征在于，所述转子叶片角调节速率临界值取决于所述转子加速度临界值。

24.一种具有转子(12)的风力发电机组(10)，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片(14)，其中，所述风力发电机组(10)包括管理系统(15)，所述管理系统规定至少一个第一运行模式(71)和第二运行模式(75)，其中设置了安全系统(16、20)用于监控至少一个运行参数，其中，一旦所述至少一个运行参数达到运行参数临界值，所述管理系统(15)内的安全系统(16、20)就发送信号以制动所述转子(12)和/或启动所述转子(12)的制动，其中，所述第一运行模式(71)是功率最优化的正常运行状态，而第二运行模式(75)是转速降低和/或功率降低的运行状态，其特征在于，设置至少一个加速度传感器(33、34)，所述加速度传感器在所述第一运行模式(71)和/或所述第二运行模式(75)中测量作为运行参数的转子加速度，其中，在超过转子加速度临界值情况下，所述安全系统(16、20)发送信号以制动所述转子(12)或者启动所述转子(12)的制动。

25.根据权利要求16至24之一所述的风力发电机组(10)，其特征在于，在所述安全系统(16、20)内设置用于所述运行参数的传感器(56.1-56.3、56.7、56.8)。

26.根据权利要求25所述的风力发电机组(10)，其特征在于，所述传感器(56.1-56.3、56.7、56.8)设置在安全电路(20)内。

27.根据权利要求18至24之一所述的风力发电机组(10)，其特征在于，所述安全系统(16、20)独立于所述管理系统(15)。

28.根据权利要求18至24之一所述的风力发电机组(10)，其特征在于，所述安全系统(16、20)或者其部分被设置在叶片角调节致动器(18)内或者叶片角调节调节器(17)内。

29.风力发电机组(10)的控制或者调节装置，在所述控制或者调节装置上能够执行根据权利要求1至17之一所述的方法。

30.一种具有程序代码工具的计算机程序，当所述计算机程序在风力发电机组(10)的控制或者调节装置内运行时，所述程序代码工具适合于执行根据权利要求1至17之一所述的方法。

31.根据权利要求30所述的计算机程序，所述计算机程序存贮在计算机可读的数据载体上。

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