CN104514685A - 调节转子叶片俯仰角 - Google Patents

Abstract

本发明涉及调节转子叶片俯仰角，具体地涉及调节风力涡轮机（1）的转子（9）的转子叶片（3）的俯仰角的方法（Z）。所述方法包括如下步骤：在风力涡轮机（1）的风力工作期间将转子叶片（3）的俯仰角从起始角改变（X）到达极限角（α₁、α₂），在所述极限角（α₁、α₂），所述转子叶片（3）和/或所述风力涡轮机（1）的工作值（P）达到预定的阈值极限（P_1/2；α₁、α₂）；根据所述极限角（α₁、α₂）来得出安全角（α₃、α₄）；在所述安全角（α₃、α₄）或在从所述安全角（α₃、α₄）远离所述极限角（α₁、α₂）的角度操作所述转子叶片（3）。本发明还涉及用于相同目的的俯仰角调节系统（33、33'）。

Description

调节转子叶片俯仰角

技术领域

本发明涉及调节风力涡轮机转子的转子叶片俯仰角（pitch angle）的方法。本发明还涉及用于该目的的俯仰角调节系统。

背景技术

风力涡轮机利用其转子叶片从风中提取能量。当气流（即风）经过转子叶片时，产生升力，该升力是吸力侧和压力侧之间的压力差的结果。由这些升力导致了转子的旋转运动，该转子包括那些转子叶片，该旋转运动随后被用于产生功率。功率输出随后例如被供应到公共电网中。可提取的能量取决于风速而变化。现代最新的风力涡轮机在正常的工作条件下相对地接近于Betz极限（即从给定速度的给定风中可以提取的旋转能量的理论最大部分）工作。通常，目标是优化风力涡轮机操作使得在给定的边界条件（例如风速、负载、风力涡轮机和/或其部件的寿命、噪声、磨损等）下能够供应可提取能量的大部分。

现有技术的风力涡轮机的特征在于俯仰系统，在具有该系统的情况下，每个转子叶片可以围绕其纵向轴线旋转。通过调节叶片的俯仰，其俯仰角并且因此其所谓的攻角可被改变和调节以实现在给定条件（例如转子的旋转速度、转子叶片的叶尖速度和风速）下的最优操作。

升力和从风中提取的能量随着攻角的增加而增加，直到达到临界攻角。由此，攻角是转子叶片的弦线和到达转子叶片上的流入空气的方向之间的角度。

如果攻角进一步增加超过临界攻角，将会发生失速，遍及本描述，临界攻角被称为“失速角”。

当转子叶片失速时，转子叶片上的气流从转子叶片分离，并且紊乱的气流在转子叶片的吸力侧上占据主导。失速可导致在转子叶片上的升力的急剧损失并从而导致从风中提取的能量的急剧损失。此外，不希望的负载被施加在风力涡轮机上，产生不希望的（常常是相当大的）噪声。

此类失速（即失速角）的发生也取决于叶片的条件，也即取决于其磨损条件以及其结尘条件。对于典型的风力涡轮机轮廓，表面条件可受到凹痕、裂缝和眼孔（所有这些都由老化及由此的磨损导致）影响，并受到冰的积累（结冰）和/或尘土和污垢的积累（即通过结尘）的影响。

在转子叶片上的结尘和/或冰的积累可使得更可能发生转子叶片的失速。这意味着在洁净的转子叶片仍将平稳工作的攻角处，在已结尘和/或结冰的转子叶片上会发生失速。同样的情况可类比地适用于已磨损的转子叶片。于是，在确定条件下，相比正常的（即未磨损、未结冰和洁净的）转子叶片，已磨损、结冰或结尘的转子叶片在更低的攻角处失速。这种情况的问题在于转子叶片的磨损、结冰和结尘条件不是完全可预测或可确定的，并且可以改变。例如在阵雨之后，污垢可能已经被从转子叶片洗掉，从而失速将会在相对高的攻角处发生。然而，用传感器来确定叶片上的尘土积累是复杂、昂贵和不够成熟的技术。因此，风力涡轮机不能以其非常优化的性能工作：

为避免不希望的失速，风力涡轮机通常保守地在攻角的约1°至2°的高安全裕量内运转，以总是补偿可能的结尘、结冰或磨损的叶片以及由于这些因素导致的失速条件。这意味着由于安全裕量而导致约1%到2%的功率损失。具有这样的俯仰策略的风力涡轮机的操作通常避免了失速及其不希望的后果。然而，该俯仰策略也留下了改进能量提取的可能性，因为给定对于每个转子叶片合适的环境，风力涡轮机没有以其全部的潜力（即在其最优攻角处）运转。

图1示出了根据现有技术的风力涡轮机1：其包括转子9的数个转子叶片3，转子9被连接到机舱7。机舱7位于塔5的顶部，塔5牢固地连接到地面11。地面11可以是离岸安装的单桩基础（monopile）11，也可以是岸上地面11。

当转子9由于来风被旋转时，其旋转运动经过传动系统（未示出）被传递到机舱7中。在机舱7中，放置有齿轮箱和发电机（未示出），后者由旋转运动产生电功率。替代地，发电机也可放置在转子和机舱之间的风力涡轮机的过渡区中；发电机于是被实现为直接驱动发电机，这意味着不需要齿轮箱。

图2示出了风力涡轮机1的一个转子叶片3。其从叶片根部15延伸至叶片尖部13，并具有前缘17和后缘19。在风力涡轮机工作期间的风在前缘17处撞击转子叶片3，并沿着转子叶片的轮廓在后缘19的方向上流动。

图3示出了转子叶片3在图2沿着截面线III-III的横截面处的翼型。经过前缘17和后缘19的线21是所谓的弦线21，其表示了转子叶片3的主要（即最大）横截面延伸范围。风以与弦线21成α角的某个方向WD撞击转子叶片3。该α角通常称为攻角α。可间接地通过改变转子叶片3的俯仰角来改变攻角α，即通过围绕转子叶片3的纵向轴线（即从叶片根部15延伸到叶片尖部13的轴线）调节转子叶片3的俯仰。因此，攻角α取决于俯仰角（以及其他因素，例如风速和转子的旋转速度）：通过在图3的逆时针方向上旋转转子叶片3，攻角α的值减小，而通过在图3的顺时针方向上旋转转子叶片3，攻角α的值增大。

转子叶片3可被分为吸力侧Su和压力侧Pr，吸力侧Su在弦线21的一侧，并且压力侧Pr在弦线21的另一侧。弦线21的哪一侧是吸力侧Su并且哪一侧是压力侧Pr取决于攻角α。攻角α指向的转子叶片3的那一侧可被认为是压力侧Pr，而攻角α背对的转子叶片3的那一侧可被认为是吸力侧Su。升力F由于风的影响而产生，即由于在吸力侧Su上的吸力和在压力侧Pr上的压力而产生。由此，根据Bernoulli原理，升力F由于吸力侧Su和压力侧Pr之间的压力梯度（或压力差）而产生。升力F推动转子叶片3以迫使转子9围绕其旋转轴线旋转。

然而该系统存在极限，即临界攻角。这可在图4中观察：在攻角α范围内，升力系数Cl在图中示出。两条线L₁、L₂表示结尘转子叶片（L₁）和洁净转子叶片（L₂）的行为，两者是相同年龄和由此相同磨损条件的转子叶片，且两者均未覆盖冰。于是，两个转子叶片基本仅仅在它们的结尘条件方面不同。可以观察到，相比上方的洁净转子叶片升力曲线L₂，下方的结尘转子叶片曲线L₁在较低的攻角α_Max1处达到其升力系数的最大值Cl₁。更确切地，洁净转子叶片的升力系数最大值Cl₂高于Cl₁，并且在更高的攻角α_Max2处达到。在两条曲线L₁、L₂中，可以观察到，在达到攻角α_Max1/α_Max2之后不久，升力系数Cl非常快速地下降。这意味着在最大升力系数Cl₁、Cl₂可被测量到的攻角α_Max1/α_Max2之后非常早就达到失速角。换句话说，结尘转子叶片比洁净转子叶片在更低的攻角处失速。

当然，结尘严重的转子叶片、磨损严重的转子叶片或结冰严重的转子叶片，或实际上结尘和结冰组合、结尘和磨损组合和/或结冰和磨损组合的转子叶片甚至可导致以上指示的安全间隔可能不够的情形。因此，非常希望能够更精确地找出风力涡轮机的转子叶片关于所提到的三个因素（即结尘、结冰和磨损）的状态。

发明内容

于是，本发明的目标是提供以改良的方式调节转子叶片的俯仰角的可能性。具体地，优选地，这种调节对于当将要达到失速角时的危险或风险更加可靠。

这个目标可通过根据权利要求1的方法和根据权利要求13的俯仰角调节系统实现。

根据本发明，上述方法包括以下步骤：

a）在风力涡轮机的风力工作期间，将转子叶片的俯仰角从起始角改变到达极限角，在该极限角，转子叶片和/或风力涡轮机的工作值达到预定的阈值极限，

b）根据极限角来得出安全角，

c）在安全角或在从安全角远离极限角的角度操作转子叶片。

于是，该方法特意在给定测量时间确定极限角，该测量包括步骤a）。由此，“极限角”是这样的俯仰角（或取决于俯仰角的角度），其表示转子叶片的某个预定阈值极限和/或风力涡轮机的上述工作值的某个预定阈值极限。可能的极限角的示例将在下文给出。

于是，根据本发明的方法一般地使得风力涡轮机工作的极限的非常准确和准时的测量成为可能，尤其是使得（一个或多个）转子叶片的失速极限的非常准确和准时的测量成为可能。该测量在风力涡轮机转子工作期间进行。于是，这样的极限角度值直接或间接地表示（一个或多个）转子叶片在时间中的该给定时刻的状态。其结果是可能用小得多的安全裕量（通过安全角的更准确调节）进行的俯仰角的更加精确调节，其于是导致功率产生量（估计为0.4%至0.8%）的增加（倘若是相对“正常的”叶片）和/或出于安全目的导致甚至更大的俯仰角减小（倘若是严重结尘/结冰/磨损的叶片）。此外，知晓涡轮机在失速点之下安全地工作，这可在给定涡轮机的另外改进效率时影响最优叶片和轮廓设计。

相应地并且类似于根据本发明的方法，根据本发明，上述类型的俯仰角调节系统包括：

a）俯仰变化器，在风力涡轮机的风力工作期间，俯仰变化器在工作中将转子叶片的俯仰角从起始角改变到达到极限角，在该极限角，转子叶片和/或风力涡轮机的工作值达到预定的阈值极限，

b）测量传感器，其被实现成当达到极限角时获取极限测量信号，

c）分析和推导单元，其被实现成根据极限角来得出安全角。

于是，俯仰变化器执行根据本发明的方法的步骤a）和同一方法的后续步骤c）。在步骤a）期间，测量传感器获取表示极限角的极限测量信号。分析和推导单元执行根据本发明的方法的步骤b）。

俯仰角调节系统的任何部件（尤其是俯仰变化器以及分析和推导单元）的每一个以及可能它们全部可以被实现为处理器上的软件，也可以实现为硬件或其组合。

因此，本发明还涉及能够直接载入可编程俯仰角调节系统的处理器中的计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码装置，当计算机程序产品在俯仰角调节系统上被执行时，该程序代码装置执行根据本发明的方法的所有步骤。

进一步，本发明还涉及风力涡轮机，该风力涡轮机具有包括数个转子叶片的转子。该风力涡轮机配备有根据本发明的俯仰角调节系统。由此，风力涡轮机可刚好从开始（即被组装时）就配备有俯仰角调节系统，但是其甚至也可在后期（即在前一次工作开始之后）重新配备有该系统。

特别地，如在以下描述中显示的，本发明的有利实施例和特征由从属权利要求给出。不同权利要求种类的特征可在恰当时结合，以给出本文未描述的其它实施例。

根据本发明的优选实施例，风力涡轮机的工作值包括在风力涡轮机的预定工作条件下的风力涡轮机功率输出。在那种情况中，极限角可以是达到风力涡轮机的最高功率输出时所处的那个俯仰角。一旦那种情况发生，进一步调节该转子叶片的俯仰肯定没有任何意义。这样，可以保证（一个或多个）转子叶片的俯仰角被最优地调节。

至于预定的工作条件，这可包括预定数量的工作参数，例如风速和/或转子的旋转速度，从而保证该工作条件是用于风力涡轮机工作的提供有代表性和可复制的测量结果的工作条件。

该实施例可意味着风力涡轮机的总体工作（最大）值被得出，其从而概括了风力涡轮机的所有转子叶片的行为。然而，还可以意识到，在一个时刻仅仅一个转子叶片的俯仰角被改变，使得可以获得恰好与那个转子叶片相关的非常确切的工作值。这个实施例的一个优点在于这样的事实，即功率输出无论如何被测量，因此不需要进行另外的测量。

根据另一个优选实施例，极限角包括转子叶片开始失速时所处的失速角，该另一个优选实施例能够替代地或另外地用到首个描述的实施例。

由此，“失速角”可被定义为失速的首个指示可被观察（即被测量）时所处的那个临界攻角。例如，如果升力仅仅轻微和不急剧地减少（在失速期间就是这种情况），或者如果失速仅仅指示自身而不是已经发生，这样的指示可被考虑。通常，在达到最大升力值之后的任何升力减少可指示失速，并且测量到升力的那种减少时所处的攻角可被定义为失速角。

通过这个实施例，转子叶片（单独地，或与转子的其余转子叶片一起）在风中关于失速的行为被直接地并因此非常准确地测量。因此，这样的失速角的值表示转子叶片在时间中的那个给定时刻的状态。其结果是可能用小得多的安全裕量（通过安全角的更准确调节）进行的角的更加精确调节，其于是导致功率产生量（估计为0.4%至0.8%）的增加（倘若是相对“正常的”叶片）和/或出于安全目的导致甚至更大的俯仰角减小（倘若是严重结尘/结冰/磨损的叶片）。

当对比上述两个实施例，变得明显的是，涉及失速角作为极限角的那一个实施例主要是以安全为导向的（即，其目的在于通过设定低于所确定的失速角的安全角来避免失速），而第二个实施例主要是以输出为导向的。这两个实施例也可被结合，由此，如果具有最高功率输出的角度在失速角之上，在失速角被认为是极限角的这种情况下，这种结合是高度优选的。这也适用于与取决于功率输出的极限角不同的其他极限角—为了将安全放在第一位，在根据本发明的方法的背景中，如果知晓失速角，那么这个失速角优选地用于确定最大可能极限角。这个措施遵循安全原则，也遵循避免对风力涡轮机环境的任何不必要干扰的原则。

优选地，步骤a）在转子旋转速度的预定最大速度极限下被执行—这样的速度极限可例如限定上述的预定工作条件。这意味着例如方法步骤a）仅当风力涡轮机在相对低的风力条件下工作时才会发生，在该相对低的风力条件下，转子未达到其峰值速度而是在阈值旋转速度值之下的较低速度，该速度值被定义为预定最大速度（极限）。替代地或另外，旋转速度可通过适当的制动机构有意地被减少。这个措施帮助将失速角处由失速产生的噪声保持在期望的最小值和/或帮助将（一个或多个）转子叶片、转子和风力涡轮机的其他机械和电部件（例如传动系统、齿轮箱、发电机、机舱和塔）上的负载保持得如所期望的一样低，以避免这些部件中任一个的额外磨损。换句话说，旋转速度极限用作安全和防止噪声的措施。这样的速度极限措施也是必要的，因为可准确测量的失速可能不会在非常高的旋转速度处发生。进一步，风力涡轮机的减噪是非常重要的问题，以便符合其工作的法律规定，具体地，以便在风力涡轮机相对靠近居住区的情况下不干扰住宅的居民。

正如上述概述的，极限角尤其是失速角受到短时因素的影响，尤其是结尘和结冰。因此，在某个时间点获取的极限角值对于长时间可能不总是有效，并且可能需要适应于新的结尘和结冰条件，并且长期来看也需要适应于转子叶片的新的磨损条件。因此，高度优选的是，步骤a）在给定时间间隔时重复，优选地是至少一天两次。优选地，步骤b）和c）跟随步骤a）的每次重复。在由于极限角改变而认为有必要的情况下，极限角的这种重复验证用以改变安全角。同样，这个措施是安全措施和可实现更好功率输出的措施。

该重复可在规则的间隔下（例如在一天、一周和/或一个月的给定时间）被执行。另外或替代地，如果步骤a）在风力涡轮机的特定工作条件出现之后被重复，其可能是有利的。具体地，这样的特定工作条件可包括在风力涡轮机（和转子叶片）工作期间的临界情形，即在该临界情形之后可预计到转子叶片的条件（结尘、结冰、磨损）会变得更坏，即极限角对比于上次确定值可能是减少的。而且（另外或替代地）这样的工作条件可包括这样的情形，在该情形之后可预计到转子叶片的条件（还是关于结尘、结冰、磨损等）会变得更好，即极限角对比于上次确定值可能是增加的。

例如，特定工作条件可包括转子的停顿或特定天气条件（特别是降水）的出现和/或预定数量的停顿。

至于停顿的情形，可预计到当风力涡轮机的转子开始再次旋转时，转子叶片的上述条件可能已经改变。此外，在停顿之后，转子首先相对缓慢地旋转，使得其旋转速度不超过某个极限，例如上述的速度极限。

至于降水，这可能导致（取决于温度和风）转子叶片的结冰或者另一方面导致当雨水从转子叶片冲洗掉尘土和污垢时的清洁效果，因此结尘被大量减少。在两种情况中，转子叶片的极限角的重新确定可能是有必要的，以便能够重新调节安全角。

根据本发明的方法可仅用于确定合适安全角的目的。然而，其也具有另一个可以利用的积极的效果，即间接地确定转子叶片的状况或状态。由此优选的是，表示转子叶片状态的状态参数值由极限角得出。所确定的极限角可从而被用作转子叶片的当前状态的代表。为了得出代表一个特定状态参数的状态参数值，考虑其他参数值（例如转子叶片的年龄、极限角的长期行为值、天气条件诸如此类）形式的数个附加因素可能是有利的。例如，在可导致转子叶片上结冰的天气条件下，涉及转子叶片结尘和/或磨损的状态参数值可能不精确，因为转子叶片可能简单地被冰覆盖。

根据可单独或结合应用的两个不同变体，状态参数值被这样得出使得其（第一变体）包括代表转子叶片的材料条件状态的材料条件参数值，并且/或者（第二变体）使得其包括代表转子叶片的结尘状态的结尘参数值。优选地，材料条件参数值在长时间内被确定，即在至少一个月的时间段内，优选地至少三个月，最优选地至少一年。这样，例如那些由于结尘和/或结冰而引起的短期效果可被消除。因此，优选地，材料条件参数值由极限角的长期行为值得出。相反，结尘参数值可能已经在根据本发明的方法的两个相继循环之间的对比中被得出，但是当然也可在较长的时间段内。

当状态参数值超过某个预定的阈值时，优选地产生警报信号。如果该阈值指的是期望尽可能高的状态参数值（例如表示转子叶片的清洁和/或转子叶片的低磨损的状态参数值），则优选地仅在状态参数低于该阈值时才产生警报。相反，如果该阈值指的是期望尽可能低的状态参数值（例如表示转子叶片的结尘和/或转子叶片的磨损的状态参数值），则优选地仅在状态参数高于该阈值时才产生警报。

这样的警报信号可指示可能在下次检查时更换和/或维修转子叶片的必要性。警报信号也可用于触发转子叶片的清洁程序，优选地为自动清洁程序。接着，该警报信号优选地表示超过预定阈值的结尘参数值。

至于在根据本发明的方法的步骤b）中确定的安全角，该安全角优选地通过从极限角减去安全裕量角而由极限角得出。这样的安全裕量角用于覆盖所有如下的情形：在通过根据本发明的方法进行极限角的新的确定之前，极限角由于这些情形而被减小。然而，由于根据本发明的方法是比简单的预先假定更加准确的极限角的确定方法，安全裕量角还是可以比根据现有技术的安全裕量更小。由此优选的是，安全裕量角至少为0.5°。另一方面，优选地不大于2°，最优选的不大于1°。这帮助增加总体功率输出并且仍然为风力涡轮机的安全工作留下了足够的裕量。

在该上下文中，还可提到的是也可通过考虑一个、数个或实际上所有以下确定因素来确定安全裕量角，这些因素由其代表性参数值表示：空气密度、风切变和顺转、空气湿度、空气压力和空气紊流，即对转子叶片的行为有影响的环境因素。

安全裕量角也可以根据转子叶片的年龄值和/或状态参数值而被调节。这意味着，安全裕量角可以根据转子叶片的年龄（并且由此预先假定的较高磨损）和/或直接根据转子叶片的由状态参数值表示的状态而被改变。作为优选的规则，叶片年龄越老和/或其条件越差（关于上述的状态参数值，即极限角越低），所选择的安全裕量角越高。安全裕量角根据状态参数值的这种调节也可以在自学习系统循环中被执行，在该循环中，系统在步骤a）至c）已被重复执行之后自动学习对于代表转子叶片俯仰的足够安全的总体控制而言哪个状态参数值处的哪个安全裕量角是必要的。

大多数风力涡轮机包括具有多个转子叶片的转子，例如在图1中示出的转子叶片。在该上下文中，需要提到，在具有数个转子叶片的转子中，在确定极限角时（特别地，在极限角包括失速角时），存在数个关于如何处理单独的转子叶片的策略。

第一方式是依照根据本发明的方法来单独调节每个转子叶片的俯仰角。这也意味着每个转子叶片的极限角被单独确定。

第二方式是单独地确定每个转子叶片的极限角，并随后得出转子的所有转子叶片的一个安全角，其中，所有转子叶片的最低极限角确定了所有转子叶片的安全角。

第三方式是将一个转子叶片作为转子的所有转子叶片的代表，并根据该代表性的转子叶片的安全角来调节所有转子叶片的俯仰角。

一般地，优选的是在一个时间段内确定极限角，在该时间段期间，转子叶片经历至少一个完整旋转循环（即在此期间，转子旋转至少360°）。这有助于考虑在旋转循环期间的工作影响，例如风切变及攻角的改变。

根据经验并根据成本有利的假设来决定选择哪种方式：第一方式是最精确的一个，然而意味着不同的转子叶片的俯仰可被调节到与风呈不同的角度，这可能具有不利的效果，还关于风力涡轮机的功率输出。第二方式是精确性较差但得到可能非常有效的总体俯仰角。在最后一个方式中，优选地所有转子叶片中年龄最老或磨损最严重的叶片被用作参考，该方式关于功率输出可能低效，但也意味着最少的努力。

附图说明

由下面的详细描述，连同附图一起考虑，本发明的其余目的和特征将变得明显。然而，将要理解到，附图仅仅出于说明目的而设计，不是设计为限定本发明的界限。附图不必按比例绘制。

图1示出了根据现有技术的风力涡轮机的前视图，

图2示出了图1的风力涡轮机的转子叶片的一个的前视图，

图3示出了图2的转子叶片的截面视图，

图4示出了曲线图，该曲线图示出了根据现有技术的两个风力涡轮机叶片的升力系数行为，

图5在示意方框图中示出了根据本发明的俯仰角调节系统的两个实施例，

图6示出了使用根据本发明的方法的转子叶片的攻角调节的曲线图，

图7示出了两条功率输出曲线，一条是根据现有技术的风力涡轮机的功率输出曲线，一条是根据本发明实施例的风力涡轮机的功率输出曲线，

图8示出了根据本发明的方法的实施例的步骤的示意方框图。

具体实施方式

已经参考现有技术在上文解释了图1至4。

图5示出了根据本发明的俯仰角调节系统33、33'的两个实施例的方框图。

例如在图1至3中所示的风力涡轮机1的转子叶片3配备有此类俯仰角调节系统33、33'。第一个俯仰角调节系统33包括中心单元23、俯仰变化器25、测量传感器27以及分析和推导单元29。俯仰变化器25、测量传感器27以及分析和推导单元29通过一个共同的接口或通过几个接口（未示出）都被连接到俯仰调节致动器31。第二个俯仰角调节系统33'包括第一个俯仰角调节系统33的所有部件加上俯仰调节致动器31。

俯仰调节致动器31调节俯仰角。其由俯仰变化器25驱动，俯仰变化器25给出俯仰指令PO到俯仰调节致动器31。由此，在风力涡轮机1的风力工作期间，俯仰变化器25将转子叶片的俯仰角从起始角改变达到极限角，在该情况中，极限角是转子叶片开始失速时所处的失速角。

作为反馈，俯仰调节致动器31产生测量数据MD，测量数据MD被传递至测量传感器27。这些测量数据MD表示升力，如参考图3和4所描述，其由转子叶片3的升力系数Cl表示。一旦已经达到极限角，测量传感器27从这些测量数据MD产生极限测量信号SMS，这里是失速测量信号SMS。分析和推导单元29从这个失速测量信号SMS（即，从已经在某个俯仰角处达到失速角的信息）产生安全角SPA，安全角SPA被传递至俯仰调节致动器31。

在正常工作期间，俯仰调节致动器31被命令不超过安全角SPA。于是，俯仰调节致动器31在该安全角SPA或在从该安全角SPA远离极限角的角度（即低于该安全角SPA的角度）操作转子叶片。

图6在曲线图中更加详细地示出了俯仰角调节系统33、33'的调节行为。在时间t内，示出了转子叶片3的攻角α，其取决于转子叶片3的俯仰角（以及其他因素）。

起初，在第一时间点t₀，转子叶片3被如此调节俯仰使得转子叶片3具有起始攻角α₀。随后其朝着转子叶片3开始失速时所处的（第一）失速角α₁被调节俯仰。这发生在第二时间点t₁。俯仰角调节系统33、33'随后通过安全裕量角Δ_α将攻角α减小至（第一）安全角α₃，（第一）安全角α₃为失速角α₁减去安全裕量角Δ_α。转子叶片3的俯仰被调节在该安全角α₃或之下，直到根据本发明的方法的步骤a）在优选地预定时间间隔Δ_t（例如半天）之后的第三时间点t₂被重复。随后，攻角α在时间点t₂又被增加到（第二）失速角α₂，在这种情况中，（第二）失速角α₂低于之前的（第一）失速角α₁。这个新的（第二）失速角α₂在第四时间点t₃被达到。失速角α₁、α₂的量上的减少是由于例如转子叶片3的结尘引起的。相应地，从第四时间点t₃，攻角α又通过安全裕量角Δ_α被减少至（第二）安全角α₄，（第二）安全角α₄是新的（第二）失速角α₂减去相同的安全裕量角Δ_α。转子叶片3的俯仰随后被调节到第二安全角α₄或之下，直到根据本发明的方法的步骤a）再次被重复。

这样的程序在特定条件下被执行，具体地在特定风速下。为了在不同风速得到一系列的安全角，其可在不同风速被重复。替代地和/或另外，转子叶片3的结尘或磨损状态参数值可从失速角α₁、α₂被确定（参照下方，参考图8），从该失速角α₁、α₂，也可以计算出对于不同风速的一系列安全角。

图7示出了风力涡轮机1的两条功率曲线C₁、C₂，第一功率曲线C₁表示当风力涡轮机1根据现有技术被操作时，电功率输出P（无单位）随着风速v（以m/s为单位）的变化。第二功率曲线C₂表示当风力涡轮机1的转子叶片3的俯仰角依照根据本发明的方法的实施例被调节时，电力输出P（无单位）随着风速v（以m/s为单位）的变化。可以观察到，由于根据本发明的方法，转子叶片3被如此调节俯仰使得相应的第二功率曲线C₂更陡峭地上升，由此更快达到最大功率输出P_1/2：对比第一功率曲线C₁，最大功率输出P_1/2在低了2m/s的风速v处达到，即在约10m/s的风速v₂处，对比关于第一功率曲线C₁的约12m/s的风速v₁。图7也可用作根据本发明的方法的另一个实施例的参考。如上文所述，失速角α₁、α₂可以被用作转子叶片3的极限角α₁、α₂。然而，也有可能使用风力涡轮机1显示出最大功率输出P_1/2时的角度作为极限角。

图8示出了根据本发明的方法Z的实施例的方框图，对于图8，参考图6，特别是参考直到俯仰角α第一次减少的过程。

在第一、可选的步骤Y中，风力涡轮机1的转子9的旋转速度被减少至或低于速度极限SL。随后，在第二步骤X中，俯仰角（即攻角α）在风力涡轮机1的风力工作期间被从起始角度α₀改变达到转子叶片3开始失速时所处的失速角α₁。在第三步骤W中，从失速角α₁得出安全角α₂，即通过从失速角α₁减去安全裕量角Δ_α得出安全角α₂。可在可选的附加步骤R中预先限定该安全裕量角Δ_α。在第四步骤V中，转子叶片3在安全角α₃或低于该安全角α₃的角度工作。进一步，在可选的附加步骤U中，从失速角α₁得出状态参数值SPV。状态参数值SPV表示转子叶片3的状态，例如其结尘状态和/或其结冰状态和/或其磨损。另一可选的步骤T包括在状态参数值SPV超过某个预定阈值时产生警报信号AS。在另一可选的步骤S中，该警报信号导致转子叶片3的自动清洁程序，例如在状态参数值SPV表示可通过清洁改进的结尘状态和/或结冰状态时。

从步骤V和步骤U的虚线表明根据本发明的方法优选地被重复执行，如参考图6所解释的。在第二个回合，上文概述的相同程序被再一次执行，从那产生第二失速角α₂和第二安全角α₄。还可观察到，在方法Z的第一次重复之后，在步骤R中，状态参数值可被用于安全裕量角Δ_α的定义。

尽管以优选实施例及其变体的形式公开了本发明，但将要理解到在不偏离本发明范围的情况下，可对其进行许多另外的修改和变动。

为清楚起见，将要理解到，遍及本申请，“一”或“一个”的使用不排除复数，并且“包括”不排除其他步骤或元件。

Claims (15)

1.调节风力涡轮机（1）的转子（9）的转子叶片（3）的俯仰角（α）的方法（Z），包括以下步骤：

a）在所述风力涡轮机（1）的风力工作期间，将所述转子叶片（3）的俯仰角从起始角改变（X）到达极限角（α₁、α₂），在所述极限角（α₁、α₂），所述转子叶片（3）和/或所述风力涡轮机（1）的工作值（P）达到预定的阈值极限（P_1/2；α₁、α₂），

b）根据所述极限角（α₁、α₂）来得出安全角（α₃、α₄），

c）在所述安全角（α₃、α₄）或在从所述安全角（α₃、α₄）远离所述极限角（α₁、α₂）的角度操作所述转子叶片（3）。

2.根据权利要求1所述的方法（Z），其中，所述风力涡轮机的工作值包括在风力涡轮机（1）的预定工作条件下的所述风力涡轮机（1）的功率输出（P）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述极限角（α₁、α₂）包括所述转子叶片（3）开始失速时所处的失速角（α₁、α₂）。

4.根据前述权利要求的任何一个所述的方法，其中，步骤a）在所述转子（9）的旋转速度的预定最大速度极限（SL）下执行。

5.根据前述权利要求的任何一个所述的方法，其中，步骤a）在给定的时间间隔时重复，优选地，至少一天两次。

6.根据前述权利要求的任何一个所述的方法，其中，步骤a）在所述风力涡轮机（1）的特定工作条件出现之后重复。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述特定工作条件包括特定天气条件的停顿和/或出现，特别是降水。

8.根据前述权利要求的任何一个所述的方法，其中，表示所述转子叶片（3）的状态的状态参数值（SPV）由所述极限角（α₁、α₂）得出。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述状态参数值（SPV）被这样得出，使得其包括表示所述转子叶片（3）的材料条件状态的材料条件参数值，并且/或者使得其包括表示所述转子叶片（3）的结尘状态的结尘参数值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述状态参数值（SPV）超过某个预定阈值时，产生警报信号（AS），所述警报信号（AS）优选地用于触发所述转子叶片（3）的清洁程序（S），最优选的是自动清洁程序。

11.根据前述权利要求的任何一个所述的方法，其中，在步骤b）中，通过从所述极限角（α₁、α₂）减去安全裕量角（Δ_α）而由所述极限角（α₁、α₂）得出所述安全角（α₃、α₄）。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述安全裕量角（Δ_α）根据所述转子叶片（3）的年龄值和/或状态参数值（SPV）而被调节。

13.用于风力涡轮机（1）的转子叶片（3）的俯仰角调节系统（33、33'），包括：

a）俯仰变化器（25），在所述风力涡轮机（1）的风力工作期间，所述俯仰变化器（25）在工作中将所述转子叶片（3）的俯仰角（α）从起始角（α₀）改变达到极限角（α₁、α₂），在所述极限角（α₁、α₂），所述转子叶片（3）和/或所述风力涡轮机（1）的工作值（P）达到预定的阈值极限（P_1/2；α₁、α₂），

b）测量传感器（27），所述测量传感器（27）被实现成当达到所述极限角（α₁、α₂）时获取极限测量信号（SMS），

c）分析和推导单元（29），所述分析和推导单元（29）被实现成根据所述极限角（α₁、α₂）来得出安全角（α₃、α₄）。

14.能够直接载入可编程俯仰角调节系统（33、33'）的处理器中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括程序代码装置，当所述计算机程序产品在所述俯仰角调节系统（33、33'）上执行时，所述程序代码装置执行根据权利要求1至12的任何一个所述的方法（Z）的所有步骤。

15.风力涡轮机（1），所述风力涡轮机（1）具有包括数个转子叶片（3）的转子（9）并具有根据权利要求13所述的俯仰角调节系统（33、33'）。