CN104838134A - 风能设备以及用于运行风能设备的方法 - Google Patents

风能设备以及用于运行风能设备的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104838134A
CN104838134A CN201380063625.6A CN201380063625A CN104838134A CN 104838134 A CN104838134 A CN 104838134A CN 201380063625 A CN201380063625 A CN 201380063625A CN 104838134 A CN104838134 A CN 104838134A
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
wind
blade
orientation
balance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380063625.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104838134B (zh
Inventor
于尔根·斯托尔滕约翰内斯
托马斯·波伦
哈罗·哈姆斯
阿尔布雷赫特·布伦纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wobben Properties GmbH filed Critical Wobben Properties GmbH
Publication of CN104838134A publication Critical patent/CN104838134A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104838134B publication Critical patent/CN104838134B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0204—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for orientation in relation to wind direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/024—Adjusting aerodynamic properties of the blades of individual blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
    • F05B2260/74—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades by turning around an axis perpendicular the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05B2260/966—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by correcting static or dynamic imbalance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/321—Wind directions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于运行风能设备(1)的方法，所述风能设备具有转子(6)，所述转子具有转子叶片(8)，所述转子叶片具有基本上水平的转动轴线，风能设备用以从风能中产生电能。根据本发明提出，将所述风能设备(1)定向为，使得所述风能设备(1)的方位位置与迎着风(16)的定向偏离了方位均衡角，和/或将所述转子叶片(8)的所述叶片角调节为，使得减少因所述风(16)的高度廓线引起的交变负荷。

Description

风能设备以及用于运行风能设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行风能设备的方法，所述风能设备用于从风能中产生电能。此外，本发明涉及一种相应的风能设备，所述风能设备具有转子，所述转子具有转子叶片，所述转子叶片具有基本上水平的旋转轴线。
背景技术
风能设备通常是已知的并且现今最经常碰到的风能设备类型是所谓的水平轴线风能设备。在此，具有转子叶片的转子围绕基本上水平的旋转轴线旋转。旋转轴线可以略微地倾斜，例如倾斜几度，但是在专业领域中仍称为水平轴线，即区分于完全不同的设备类型例如所谓的达利涡斯(Darrieus)转子。
这样的水平轴线风能设备的转子扫掠基本上垂直的转子平面或者转子面。该转子面在现代风能设备中也显著地沿着竖直方向延伸。每个转子叶片在此在旋转时用其叶片尖端在六点钟部位到达该转子面的最深点一次并且在12点钟部位到达该转子面的最高点。该最高点在此可以有时高于最深点数倍。E-82类型的ENERCON风能设备例如具有82m的转子直径并且存在如下变型形式，其中轮毂高度、即转子面的轴线高度或者中点设置在78m的高度中。也就是说，在此最深点位于37m的高度上并且该最高点位于119m的高度上。最高点由此是最深点的三倍高。即使在更高的轮毂高度情况下，在转子面的该最深点和最高点之间也存在显著的高度差。
以实际视点来观察，风具有自然的高度廓线，据此，所述风(对于相关的高度而言)随着高度的增加在地基上更高或者更强。被扫掠的转子面的高度差由此引起相应地存在不同强度的风。相应地，风在最深点是最弱的而在高点是最强的。换言之，即风能设备被大气边界层内或强或弱地形成的剪切流绕流。这可以称为风高度廓线并且该风高度廓线在风能设备运行时引起转子叶片处的局部的攻角的波动，使得会出现所不期望的交变负荷和不均匀的扭矩输出。也会出现因转子叶片处的流动分离而引起的增强的声发射。
应当指出，该观察尤其是观察和涉及因风高度廓线引起的这些问题。增加困难的是，不同程度湍流的风自然也会引起不同的观察。然而这些问题在此被排除，因为它们通常可以被忽略或者如果它们不可以被忽略，那么它们需要单独观察，所述单独观察在此不是主题。
为了解决该问题或者这些问题，已经在US 6,899,523中提出一种叶片设计，所述叶片设计具有不同的部段，所述部段设计用于不同的叶尖速比。从US 2010/0290916中已知一种所谓的集成的叶片设计，其中转子叶片被设计为，即所述转子叶片在尽可能大的攻角或者迎流角上仍具有令人满意的升阻比。由此在该处提出：尽可能不将叶片优化到各个尽可能最佳的攻角上，而是更愿意关于攻角实现略大的区域，即使所述升阻比对于最佳的攻角而言不应再是最佳的。
然而，随着风能设备的大小增大，因风高度廓线引起的差异增加并且从而相应的问题增加。
德国专利商标局在关于本申请的优先权申请中检索了下述现有技术：US 6,899,523 B2，US 2010/0 074 748 A1，US 2010/0 078 939 A1，US 2010/0 092 288 A1，US 2010/0 290 916 A1和BOSSANYI,E.A.:Individual Blade Pitch Control for Load Reduction.In:Wind Energy2003年第6卷，第119-128页-Online-ISSN:1099-1824。
发明内容
本发明由此基于下述目的：解决所提到的问题中的至少一个。尤其是要提出一种解决方案，其中减少因风高度廓线产生的负荷、降低声发射和/或提高收益。至少要提出一种替选的解决方案。
根据本发明提出一种根据权利要求1所述的方法。
由此描述了一种风能设备，所述风能设备具有空气动力学的转子，所述转子具有转子叶片，所述转子叶片具有基本上水平的旋转轴线，以便从风能中产生电能。
风能设备在此定向为，使得方位位置与恰好到风中的定向偏离了方位均衡角。目前，风能设备用其方位位置恰好到风中地定向，以便也能够最佳地利用风。但是此时提出：有意地相对于关于风的这种最佳的定向调节风能设备的方位位置或者方位定向、即调节了方位均衡角。已经认识到，通过这种方位调节能够降低作用到转子叶片上的因风高度廓线引起的交变负荷。转子叶片因此不再完全地垂直于风运动，而是与其略微倾斜地运动。在适当地实行该方位调节时，这意味着：每个转子叶片通过相对于风的这种倾斜的运动在转子面的上部部分中大致远离风运动并且从而在下部部分中大致朝向风运动。
根据一个实施方式提出：风能设备关于从风能设备朝向风的视线向右与到风中的定向偏离，或者所述风能设备在其方位位置中关于从上到风能设备上的视线沿着顺时针相对迎着风的定向偏离。也就是说，风能设备在其方位位置中被向右调节。这与转子的转动方向相关联，所述转子通常从风能设备的视线中逆时针转动或者从前方的、即常规地从风向到风能设备上的视线中顺时针转动。如果风能设备以相对该通常的旋转方向偏离地从风能设备的视线中顺时针转动或者从前方的、即常规地从风向到风能设备上的视线中逆时针转动，那么也相应地调整所提出的方位调节。
在0.5°至3.5°的范围中的方位均衡角已经会引起有利的效果、即叶片负荷的均衡、即交变负荷的减少。优选地，该区域在1°至3°中并且特别是提出1.5°至2.5°的范围，所述范围在从测试中已引起极其正面的效果。这样的相对小的值也可以具有下述优点：必须考虑因非最佳地调节方位角而引起的少量的收益损失。在第一近似中，收益与调节相对于风的方位角的相关性通过正弦函数来描述。这就是说，对于角度0、即最佳的定向而言，存在为1的最大值，所述最大值在角度偏离小到零的情况下几乎不减小，如从正弦函数中已知的那样。
根据一个实施方式提出：根据主导的风速选择方位均衡角。这样例如在风弱时可以选择较小的方位均衡角，以便于是将风能设备仅小于最佳的定向地调节到直接迎着风，因为例如在风弱时绝对负荷是较小的并且从而交变负荷也具有较小的作用、尤其是引起较小的疲劳现象。主导的风速在此例如可以通过风能设备上的风速计或者通过另一种方法检测。
此外或者替选地提出：循环周期地调节转子叶片的各个叶片角，使得减少因风的高度廓线引起的交变负荷。叶片角在此表示转子叶片的攻角，所述攻角也称为俯仰角。在此尤其是可以将叶片角调节为，使得所述叶片角在转子面的上部的区域中被调节为大致偏离风并且在转子面的下部的区域中被调节为大致迎着风。这尤其是应当循环周期地进行、即不基于持续的测量并且因此尽可能不以调控的形式而是通过固定的值进行，所述值与每个叶片的每个旋转位置或者旋转位置的区域相关联。在此，该相关性可以考虑其它参数如主导的风速、地点依赖性、风向、季节和白昼。对叶片负荷的持续测量、例如通过测量叶片曲率可以停止。相应地，也通过调控来避免可能的稳定性问题，尽管调控的使用也可以是实施的选项。
通过循环周期地调节叶片的叶片角来减少交变负荷可以遵循以之前所记录的测数值或者之前所计算的值或者这些设备或者其它设备的经验值。相应地，对于每个转子叶片单独地进行叶片角的各自的设定。各自的设定在此能够这样进行，使得当风能设备例如具有三个转子叶片时，对于每个叶片而言使用相同的、但是从一个叶片到下一个叶片移动120°的设定函数。在此重要的是，每个转子叶片提供专用的转子叶片调节机构。
根据一个实施方式提出：将叶片角循环周期地调节为，使得迎流角保持尽可能恒定。这相应地对于每个转子叶片单独地提出。迎流角在此是下述角，借助于所述角，视风在该处在叶片尖端处流向转子叶片。替代于叶片尖端或者除了叶片尖端之外，也可以基于转子叶片的靠外的三分之一的区域、尤其是在转子叶片长度的70％、75％、80％的区域或者在70％至80％之间的区域(从转子轴线处测量)。视风在此是真风与运动逆风的矢量加和，所述运动逆风因转子的转动并从而因叶片尖端的运动而存在。该视风如开头所描述的那样随着高度不仅在其幅度方面而且在其角度方面改变。提出：叶片转动，使得所述叶片在其叶片尖端的区域中相应地匹配于视风的方向。转子叶片由此在12点钟部位中当转子叶片垂直向上竖立时与当所述转子叶片处于6点钟位置中时即完全向下竖立时相比迎着风略微更强地转动。相应地得到中间值。由此不仅得到流体技术上所期望的对视风的方向的匹配或者部分匹配，而且在转子叶片处于12点钟部位中时、即通常所言在上部的区域中得到迎着风的更强的扭转，也引起对转子叶片的负荷的更好的吸收。
本发明的另一个设计方案提出：根据各个转子叶片的相应的旋转位置将所述转子叶片的叶片角调节分别预定的值，其中尤其是事先在表格中记录预定的值，和/或通过与旋转位置有关的函数来预设预定的值。由此提出，根据该转子叶片的相应的旋转位置单独地控制每个转子叶片的叶片角。转子的位置并从而至少在简单的换算之后每个转子叶片的位置在风能设备运行时通常是已知的或者可以简单的方式方法确定。据此，根据预定的值调节每个转子叶片角，而不需要任何测量。预定的值可以存储在表格中，所述表格曾事先记录或者计算或者通过模拟创制。这样的表格也可以考虑到其它参数例如风速或者与风向有关的、关于地点的高度廓线。
另一或者补充的变型形式是：基于一个函数预设该循环周期的叶片设定。例如可以通过下述函数预设用于具有三个转子叶片的风能设备的实例的转子叶片角α1、α2和α3：
α1＝αN+cos(β)·αA
α2＝αN+cos(β+120°)·αA
α3＝αN+cos(β+240°)·αA
在此，αN描述所计算的或者预设的叶片角，所述叶片角如在现有技术中通常所计算的那样、即不需要考虑风高度廓线。角度β描述转子叶片的旋转位置，其中β＝0°相应于相关的转子叶片的12点钟位置。αA是叶片均衡角。
优选地，单独地并且根据主导的风速控制叶片角，尤其是使得根据主导的风速和相应的转子叶片的旋转位置来控制所述叶片角。对这两个影响因素的考虑例如可以通过二维表格来进行，所述表格具有相应的叶片角，所述叶片角根据旋转位置和主导的风被记入。另一可能性在于：根据上述等式进行计算，其中均衡角αA与主导的风速有关并且根据该风速例如经由相应的函数或者经由之前确定的表格值来设定，以便仅举两个例子。
由此，优选如在上文中已阐明的那样，在运行时对所有转子叶片预设共同的正常转子叶片角并且每个单个转子叶片根据其旋转位置围绕这一正常转子叶片角改变，尤其是在预设的叶片角区间内改变。实施上述情况的一种可能性是：使用上述等式，因此转子叶片角改变了均衡角±αA。相应地，在所述例子中，在区间[αN-αA；αN+αA]内进行改变。
根据又一个实施方式提出，风能设备在与正常工作点偏离的廓线工作点中工作。正常工作点在此尤其是在部分负荷范围中是如下正常工作点，所述正常工作点具有针对主导的风但在不考虑风廓线的情况下所设计的正常叶片角并且此外具有方位位置的正常定向，在正常定向情况下风能设备恰好迎着风转动。廓线工作点提供与正常定向偏离了方位均衡角的廓线方位位置。此外，所述廓线工作点提供与正常叶片角偏离了叶片均衡角的廓线叶片角。由此提出：组合对方位角和叶片角的调节、即同时进行，以便减少负荷。
优选地，选择第一廓线运行，在第一廓线运行中叶片均衡角关于相关的转子叶片的12点钟位置逆着方位均衡角取向。在12点钟部位中，由此相对于正常运行仅少量地调节转子叶片，因为这两个角在此至少部分地抵消。应注意的是，对方位角和转子叶片角的调节会引起不同的效果，使得尽管存在部分的抵消但能够实现对负荷起正面作用的协同。
根据另一个实施方案，提出第二廓线运行，在第二廓线运行中叶片均衡角和方位均衡角关于相关的转子叶片的12点钟位置沿着相同的方向调节转子叶片。因此，这两个角的组合在此提高了有效地在12点钟部位中被调节的叶片角。这两个角调节的这种正向的叠加也能够引起减少负荷的协同。
优选地，在方位均衡角和叶片均衡角之间进行加权，使得方位均衡角的数值以方位加权因数大于叶片均衡角的数值，或者叶片均衡角的数值以叶片加权因数大于方位均衡角的数值，其中方位加权因数和叶片加权因数分别大于1.2，优选大于1.5并且尤其是大于2。由此应注意的是，关于12点钟部位，这两个调节角、即方位均衡角和叶片均衡角具有不同的值。尤其被避免的是，关于12点钟部位有效地没有形成叶片调节。
由此提出一种方法，通过如下方式解决或者减少因风高度廓线引起的问题：调节风能设备的方位位置并且附加地或者可选地以循环周期方式调节转子叶片的叶片角。风高度廓线可以根据转子叶片的位置使得转子叶片处的迎流角改变。差角引起不同的升力系数。
具体的风高度廓线也可以是与地点、方向和季节有关的，并且所提出的均衡措施可以与具体的高度廓线有关。优选地提出：根据该高度廓线进行方位设定和/或叶片设定。尤其提出：根据高度廓线选择方位均衡角并且此外或者替选地根据高度廓线选择叶片均衡角。
为了以循环周期方式改变每个转子叶片的叶片角尤其是提出：这种改变根据连续的曲线进行，其中该曲线或者特征曲线基本上连续地针对相关的转子叶片的旋转的每个位置预设转子叶片角。
相应的值在表格中的存储和/或在函数关系中的考虑优选也与地点、季节、方向和高度有关地和/或根据主导的湍流进行。
这样的事先记录的值，无论是在表格中、在函数关系中或者是以其它方式方法，此外或者替选地都可以现场例如在测量技术上被调整，在此尤其是提出一种自适应的调整。
附图说明
接下来根据实施例参考所附的附图示例性地详细阐述本发明。
图1示意性地以立体视图示出风能设备。
图2示出风关于示意性示出的风能设备的示例性的高度廓线。
图3在图表中示例性地示出与旋转角有关的攻角或者迎流角连同转子叶片的补偿。
图4在图表中针对不同的方位设定示例性地示出与旋转角有关的局部的攻角或迎流角。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有导流罩110的和具有三个转子叶片108的转子106。转子106在运行时通过风被置于转达运动中并从而驱动吊舱104中的发电机。
图2至4基于简化地计算或者模拟的值。
图2基于具有大约85m的轮毂高度的示例性的风能设备1。风能设备具有吊舱4，所述吊舱具有带有转子叶片8的转子6。在此，风能设备1用其塔2竖立于地基上，所述地基的高度高于0m并从而形成高度的参照量。
转子叶片8在此扫掠转子场，所述转子场通过转子圆限界，并且所述转子场从44m的最低高度12伸展到大致126m的最高高度14。
此外示出风16的高度廓线，所述高度廓线示出与高度z2有关的风速V2。在此，风速V2以[m/s]为单位在横坐标上说明并且高度z2以单位[m]在纵坐标上说明。设置在转子圆内的、即在最低的高度12和最高的高度14之间的高度廓线18在图2中粗体地示出。
风速由此从最低的高度12伸展至最高的高度14，其中所述风速在最低的高度12的高度上具有略大于7m/s的值。在最高的高度14中，风速已大致达到11.6m/s的值。也就是说，在此产生大致1.6的高度系数。
图2的图表在此示出高度指数为a＝0.5的风的高度廓线。
相对于在图2中图解说明的风高度廓线和风能设备1的实例，图3根据相关的转子叶片的旋转角示出局部的攻角、即关于分别在该处存在的或者在计算上假设的视风的实际的攻角。在图表的横坐标上以度为单位说明转子叶片的旋转角，其中0°或者360°相应于转子叶片的12点钟部位。局部的攻角20(所述攻角也就是说明关于相应存在的或者计算上假设的视风的迎流角)从在12点钟部位时的9.4°改变至在6点钟部位时的5.7°，所述6点钟部位相应地位于180°的旋转角中。局部的攻角的角示例性地在图表中绘制在左侧的纵坐标上。
此时提出：根据转子叶片的旋转角来调节转子叶片角，使得局部的攻角尽可能具有恒定的值，也即尽可能在整个旋转圆上、也就是说对于转子叶片的旋转角的从0至360°的整个范围而言所述迎流角是恒定的。对此，根据一个实施方案提出：串入单叶片补偿角22，所述单叶片补偿角也可以称为叶片均衡角。叶片补偿角22在转子叶片的旋转角上例如从-1.8°改变至+1.8°并且其值在图表中相应于图3中的曲线在右侧的纵坐标中记入。需注意的是，对根据右侧的纵坐标的叶片补偿角的刻度以因数2区别于根据左侧的纵坐标的局部的攻角的刻度。通过串入该叶片补偿角22可以理想地补偿局部的攻角，使得所述局部的攻角可以具有作为恒定的值的中值，其中具体的值自然与具体的边缘条件、尤其是具体的风能设备有关。被补偿的局部的攻角24相应地在图3的图表中作为水平线绘入。精确的、恒定的、被补偿的局部的攻角的结果可以以数学的方式确定并且在现实中可以改变。
转子叶片处因风高度廓线而引起的迎流角的改变也可以称为转子叶片处的局部的攻角的波动并且应减少或者尽可能完全防止。也就是说，在风能设备的转子轮毂处的位置固定的转子叶片中，在运行时产生局部的攻角的波动，所述波动通过局部的攻角的特征曲线20示出。如果以适当的方式调节每个单个转子叶片的转子叶片角，这通常也称为俯仰调节，如叶片补偿角曲线22所阐明的那样，因此可补偿攻角波动。由此对于这种转子半径在旋转的叶片的每个位置处获得完全均匀的理想的攻角，这是曲线24，所述曲线示出被补偿的攻角。由此可以减少负荷并且也可以减少声音。通过对攻角的均衡并从而通过对转子叶片的迎流的均衡，叶片可以更强旋转到迎着风或者被俯仰调节，使得提高收益。
图3的图表在此示出当在轮毂4的高度上中等风速为大致10m/s并且叶片尖端速度为VTip＝78m/s时具有对攻角波动进行补偿的风能设备的一个实例。局部的攻角20在此涉及35.5m的半径。
图4图解说明了一个可选的或者附加的可能性：实现对视风的局部的攻角或者迎流角的均衡。图4示出用于方位位置的局部的攻角20，其中吊舱4(根据图2)恰好迎着风取向。该曲线也以字母a来标记并且相应于图3的局部的攻角20。在此也基于根据图3的风能设备1和风高度廓线3。如在图3中一样，在此局部的攻角20也关于转子叶片的旋转角绘出，所述旋转角在横坐标上以0至360°的值标记。
在图表旁右侧的是风能设备的方位记录的图例说明、即从a至i，其中a描述了用于如下方位位置的局部的攻角20，所述方位位置恰好指向风中并且从而相对于该风调节了0°。曲线b至曲线i示出对于方位部位的偏离而言局部的攻角的其它曲线。在此示出：曲线e整体上具有最小的起伏或者波动、即在12点钟部位中直至10点钟部位或者2点钟部位。曲线e在该实例中属于方位位置的调节。因此可以通过简单地调节方位角尤其是恒定地调节方位角实现局部的攻角的显著的均衡并从而实现转子叶片处的负荷的显著的均衡。由此有利的是，设置恒定的偏置角、即用于方位位置的恒定的修正或者均衡角。
由此，风能设备的吊舱并从而转子轴线从上部到所述设备上来观察顺时针地扭转了方位角、即尤其是方位均衡角。转子叶片处的局部的攻角相对于用转子轴线朝向风向的吊舱定向均衡其值。当在转子轴线和风向之间建立方位角方面的偏置时，局部的攻角的波动由此明显减少。
通过这些措施也减少了负荷和声音。当由此攻角和转子叶片的迎流如所描述的那样被均衡时，叶片可以更强地转动到风中，使得收益提高。

Claims (12)

1.一种用于运行风能设备(1)的方法，所述风能设备具有转子(6)，所述转子具有转子叶片(8)，所述转子叶片具有基本上水平的转动轴线，所述风能设备用以从风能中产生电能，其中
-将所述风能设备(1)定向为，使得所述风能设备(1)的方位位置与迎着风(16)的定向偏离了方位均衡角，和/或
-将所述转子叶片(8)的所述叶片角循环周期地调节为，使得减少因风(16)的高度廓线引起的交变负荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风能设备(1)关于从所述风能设备(1)朝向所述风(6)的视线向右与迎着风(16)的定向偏离或者在其方位位置中关于从上到所述风能设备(1)的视线沿着顺时针相对迎着风(16)的定向偏离。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方位均衡角为0.5°至10°、优选1°至3.5°、尤其是1.5°至2.5°，和/或所述方位均衡角设置作为恒定的偏置角，以便相对于迎着风(16)的定向将所述风能设备始终调节了所述方位均衡角。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据主导的风速(V2)来选择所述方位均衡角。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，分别循环周期地调节所述叶片角中的每一个，使得在叶片尖端的区域中使迎流角保持尽可能恒定。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据每个所述转子叶片的相应的旋转位置将每个所述转子叶片的所述叶片角分别调节预定的值，其中所述预定的值尤其是事先记录在表格中和/或通过与所述旋转位置有关的函数预设。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，单独地并且根据主导的所述风速(V2)控制每个转子叶片的所述叶片角，尤其是使得所述叶片角根据主导的所述风速(V2)和相应的所述转子叶片的所述旋转位置来控制。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在运行时对于所有转子叶片(8)设置共同的正常转子叶片角并且每个单个转子叶片根据其旋转位置围绕这样一个正常转子叶片角改变，尤其是在预设的叶片角区间之内改变。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述风能设备(1)在与正常工作点偏离的廓线工作点中工作，其中
-所述正常工作点、尤其是在部分负荷范围中，具有对于主导的所述风(16)但在不考虑风廓线的情况下所设计的正常叶片角，并且设有迎着所述风(16)的所述方位位置的正常定向，和
-所述廓线工作点设有与正常定向偏离了所述方位均衡角的廓线方位位置并且具有与所述正常叶片角偏离了叶片均衡角的廓线叶片角。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
-选择第一廓线运行，在第一廓线运行中所述叶片均衡角关于相关的所述转子叶片的12点钟位置逆着所述方位均衡角取向，或者
-选择第二廓线运行，在第二廓线运行中所述叶片均衡角和所述方位均衡角关于相关的所述转子叶片的12点钟位置沿着相同的方向调节所述转子叶片。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在所述方位均衡角和所述叶片均衡角之间进行加权，使得所述方位均衡角的数值以方位加权因数大于所述叶片均衡角的数值，或者所述叶片均衡角的数值以叶片加权因数大于所述方位均衡角的数值，其中所述方位加权因数和所述叶片加权因数分别大于1.2，优选大于1.5并且尤其是大于2。
12.一种风能设备(1)，所述风能设备具有转子(6)，所述转子具有转子叶片(8)，所述转子叶片具有基本上水平的转动轴线，所述风能设备用以从风能中产生电能，其中所述风能设备(1)准备用于借助于根据上述权利要求中任一项所述的方法来运行。
CN201380063625.6A 2012-12-05 2013-12-05 风能设备以及用于运行风能设备的方法 Active CN104838134B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012222323.1A DE102012222323A1 (de) 2012-12-05 2012-12-05 Windenergieanlage sowie Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
DE102012222323.1 2012-12-05
PCT/EP2013/075606 WO2014086901A1 (de) 2012-12-05 2013-12-05 Windenergieanlage sowie verfahren zum betreiben einer windenergieanlage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104838134A true CN104838134A (zh) 2015-08-12
CN104838134B CN104838134B (zh) 2018-01-26

Family

ID=49709690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380063625.6A Active CN104838134B (zh) 2012-12-05 2013-12-05 风能设备以及用于运行风能设备的方法

Country Status (19)

Country Link
US (1) US20160222944A1 (zh)
EP (1) EP2929179B1 (zh)
JP (1) JP6092420B2 (zh)
KR (1) KR101788423B1 (zh)
CN (1) CN104838134B (zh)
AR (1) AR094830A1 (zh)
AU (1) AU2013354020B2 (zh)
BR (1) BR112015013042A8 (zh)
CA (1) CA2892116C (zh)
CL (1) CL2015001524A1 (zh)
DE (1) DE102012222323A1 (zh)
DK (1) DK2929179T3 (zh)
ES (1) ES2703759T3 (zh)
MX (1) MX359771B (zh)
NZ (1) NZ709693A (zh)
RU (1) RU2617529C2 (zh)
TW (1) TWI618854B (zh)
WO (1) WO2014086901A1 (zh)
ZA (1) ZA201504693B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10451039B2 (en) * 2017-06-09 2019-10-22 General Electric Company System and method for reducing wind turbine noise during high wind speed conditions
US10634121B2 (en) 2017-06-15 2020-04-28 General Electric Company Variable rated speed control in partial load operation of a wind turbine
CN109139371B (zh) 2018-02-28 2019-10-11 北京金风科创风电设备有限公司 确定对风角度偏差及修正对风角度的方法、装置和系统
US11261845B2 (en) * 2018-07-26 2022-03-01 General Electric Company System and method for protecting wind turbines during extreme wind direction change
EP4321751A1 (de) * 2022-08-09 2024-02-14 Wobben Properties GmbH Verfahren zum bestimmen einer blattfehlstellung eines rotorblattes eines rotors einer windenergieanlage

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1666723A1 (en) * 2003-09-10 2006-06-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Blade pitch angle control device and wind turbine generator
US7118339B2 (en) * 2004-06-30 2006-10-10 General Electric Company Methods and apparatus for reduction of asymmetric rotor loads in wind turbines
US7719128B2 (en) * 2008-09-30 2010-05-18 General Electric Company System and method for controlling a wind turbine during loss of grid power and changing wind conditions
US8096762B2 (en) * 2007-03-30 2012-01-17 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with pitch control arranged to reduce life shortening loads on components thereof
US8100647B2 (en) * 2007-05-31 2012-01-24 Vestas Wind Systems A/S Method for operating a wind turbine, a wind turbine and use of the method
EP2500562A2 (en) * 2011-03-17 2012-09-19 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Methods and systems for alleviating the loads generated in wind turbines by wind asymmetries

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU3670A1 (ru) * 1924-01-31 1924-09-15 И.В. Грачков Ветр ный двигатель
SU11243A1 (ru) * 1927-08-18 1929-09-30 А.Г. Уфимцев Вертикальный саморегулирующийс ветр ный двигатель
EP0166723B1 (en) * 1983-12-16 1988-03-16 The Boeing Company Stowage bin latch assembly
DE19963086C1 (de) 1999-12-24 2001-06-28 Aloys Wobben Rotorblatt für eine Windenergieanlage
JP4064900B2 (ja) * 2003-09-10 2008-03-19 三菱重工業株式会社 ブレードピッチ角度制御装置及び風力発電装置
DE102004007487A1 (de) 2004-02-13 2005-09-01 Aloys Wobben Rotorblatt einer Windenergieanlage
WO2008064678A2 (en) * 2006-11-27 2008-06-05 Lm Glasfiber A/S Pitch of blades on a wind power plant
JP2008309097A (ja) * 2007-06-15 2008-12-25 Ebara Corp 風力発電設備及び風力発電用風車制御方法
GB2484156A (en) * 2010-12-24 2012-04-04 Moog Insensys Ltd Method of reducing stress load in a wind turbine rotor
WO2012136279A2 (en) * 2011-04-07 2012-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Method of controlling pitch systems of a wind turbine
US20130045098A1 (en) * 2011-08-18 2013-02-21 Clipper Windpower, Llc Cyclic Pitch Control System for Wind Turbine Blades
TW201402940A (zh) * 2012-02-08 2014-01-16 Romo Wind Ag 用於調整風力機之橫擺的裝置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1666723A1 (en) * 2003-09-10 2006-06-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Blade pitch angle control device and wind turbine generator
US7118339B2 (en) * 2004-06-30 2006-10-10 General Electric Company Methods and apparatus for reduction of asymmetric rotor loads in wind turbines
US8096762B2 (en) * 2007-03-30 2012-01-17 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with pitch control arranged to reduce life shortening loads on components thereof
US8100647B2 (en) * 2007-05-31 2012-01-24 Vestas Wind Systems A/S Method for operating a wind turbine, a wind turbine and use of the method
US7719128B2 (en) * 2008-09-30 2010-05-18 General Electric Company System and method for controlling a wind turbine during loss of grid power and changing wind conditions
EP2500562A2 (en) * 2011-03-17 2012-09-19 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Methods and systems for alleviating the loads generated in wind turbines by wind asymmetries

Also Published As

Publication number Publication date
BR112015013042A8 (pt) 2019-10-08
DE102012222323A1 (de) 2014-06-05
AU2013354020A1 (en) 2015-07-23
US20160222944A1 (en) 2016-08-04
AR094830A1 (es) 2015-09-02
ES2703759T3 (es) 2019-03-12
AU2013354020B2 (en) 2016-05-19
TW201447103A (zh) 2014-12-16
CL2015001524A1 (es) 2015-08-28
WO2014086901A1 (de) 2014-06-12
CA2892116A1 (en) 2014-06-12
BR112015013042A2 (pt) 2017-07-11
KR101788423B1 (ko) 2017-10-19
MX359771B (es) 2018-10-10
TWI618854B (zh) 2018-03-21
MX2015006292A (es) 2015-08-07
RU2015126791A (ru) 2017-01-13
EP2929179B1 (de) 2018-10-17
CA2892116C (en) 2018-11-13
JP2015536415A (ja) 2015-12-21
CN104838134B (zh) 2018-01-26
RU2617529C2 (ru) 2017-04-25
DK2929179T3 (en) 2019-01-07
ZA201504693B (en) 2016-11-30
KR20150091167A (ko) 2015-08-07
JP6092420B2 (ja) 2017-03-08
EP2929179A1 (de) 2015-10-14
NZ709693A (en) 2016-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108708825B (zh) 一种考虑机组尾流的风电场偏航控制方法
CN104838134A (zh) 风能设备以及用于运行风能设备的方法
CN202718807U (zh) 风力涡轮机
CN102459881B (zh) 风力涡轮机叶片
CN102459878B (zh) 基础部具有固有性非理想扭转的风力涡轮机叶片
CN101725468B (zh) 使风力涡轮机对准风向的方法和风力涡轮机装置
US10041473B2 (en) Method of optimizing the power recovered by a wind turbine by reducing the mechanical impact on the structure
EP3436693B1 (en) Control of a wind turbine using real-time gain calculation
JP2010506085A (ja) ウィンド・シアおよびウィンド・ミスアライメントを補償するための翼ピッチ制御部を備えた風力タービン
CN103906921B (zh) 用于确定风力涡轮机的偏转角误差的方法和设备和风力涡轮机
EP3436694B1 (en) Control of a wind turbine using real-time blade model
US11041484B2 (en) Method for controlling a wind turbine, and associated wind turbine
US20120133134A1 (en) Method and apparatus for damping vibrations in a wind energy system
CN112412700A (zh) 一种风电机组塔架振动控制系统
CN110036197A (zh) 风能设备和用于运行风能设备的方法
US9458826B2 (en) Method for controlling a wind turbine by optimizing its production while minimizing the mechanical impact on the transmission
CN109958579A (zh) 风力发电机组的尾流控制方法和装置
CN106762442A (zh) 倾角调节系统、调节方法和海上风力发电机组
CN105264221A (zh) 用于通过转子的偏转力矩使风能设施定向的方法
CN105317627A (zh) 用于根据风向跟踪调整风能设备的转子的方法和控制设备
CN103867384A (zh) 降低加载风能设备的转子的俯仰力矩的方法和装置
Pavese et al. Study on Controller Tuning of Wind Turbines with Backward Swept Blades
CN108397344A (zh) 风力发电叶片桨矩角的确定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Stoltenjohannes Juergen

Inventor after: Thomas Boren

Inventor after: Hello Ha Musi

Inventor after: Brenner Albrecht

Inventor after: Rainer Schlueter

Inventor before: Stoltenjohannes Juergen

Inventor before: Thomas Boren

Inventor before: Hello Ha Musi

Inventor before: Brenner Albrecht

COR Change of bibliographic data
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant