CN110168219A - 具有制动装置的风力发电设施及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种风力发电设施(2)以及一种用于运行该风力发电设施的方法。风力发电设施(2)包括转子(4)和制动装置(20)，其中，制动装置(20)包括与转子机械地联接的机械的制动设备(22)。制动装置(20)包括用于将制动设备(22)激活和/或停用的至少一个电的和/或液压的切换元件(24)。切换元件(24)被冗余和/或故障安全地实施。还存在有控制部(26)，控制部被设立成用于接收故障信号(S)，并对所接收到的故障信号(S)做出反应地激活切换元件(24)，并且由此激活制动设备(22)。在风力发电设施的转子(4)静止不动之前，借助控制切换元件(24)停用制动设备(22)。

Description

具有制动装置的风力发电设施及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种具有转子和制动装置的风力发电设施，其中，制动装置包括与转子机械地联接的机械的制动设备，并且其中，制动装置包括用于将制动设备激活和/或停用的至少一个电的和/或液压的切换元件。此外，本发明还涉及一种用于运行具有转子和制动装置的风力发电设施的方法，其中，制动装置包括与转子机械地联接的机械的制动设备，并且其中，制动装置包括控制部和用于将制动设备激活和/或停用的至少一个电的和/或液压的切换元件，其中，切换元件冗余和/或故障安全地实施。

背景技术

风力发电设施经常被如下这样地设立，即，在出现高负载时对它们的转子进行制动。对转子的制动例如由风力发电设施的运行控制部来启动。执行这种制动过程的情形例如出现在风力发电设施的内部或外部的电气系统中出现缺陷的同时出现外部的供电网络失效和极端的一年重现期阵风时。在这种情形下尤其使尺寸规格适合弱风地域的风力发电设施在承载结构(例如塔架)中遭受高的弯曲负载。这些负载对于承载结构的规格确定可能起到决定性作用的。这方面尤其适用于特殊的灵敏的塔吊舱系统。

通过如下方式进行对转子的制动，即，经由转子叶片驱动器(Pitch-Drives，变桨驱动器)将转子叶片移行到所谓的90°位置或标记位置中。在该型式中，转子叶片被空气动力学地制动。同时还使用到机械的制动器。该机械的制动器通常是装配在转子轴上的一个或多个盘式制动器。同样地，这种机械的制动器在风力发电设施的传动装置的快速从动轴上起作用。

在大型风力发电设施中，基于转子的大的惯性矩，必须设置尺寸规格相应的制动器。必不可少的是，大量能量被转换成热能。因此，所使用的制动器在机械和设计结构上是高花费的。

在一个负载情况示例中，识别到风力发电设施的过度转速。在传统的系统中，风力发电设施的转子在机械的制动器的支持下被负载柔和地停止运转。在该过程中，转子叶片以较快的行进方式朝90°位置移动，同时在额定转速的范围内或在更高转速的情况下激活机械的制动器，并且持续保持直到转子静止不动。

由EP 2 81 1 157 A1公知了用于对风力发电设施的转子进行制动的另外的可行方案。当识别到DC过电压时，经由发电机来制动转子。

发明内容

本发明的任务是说明一种具有机械的制动设备的风力发电设施以及一种用于运行风力发电设施的方法，其中，应能够实现对机械的制动设备的更有效的利用，并且同时应使机械的制动设备的设计结构上的花费保持得尽可能低。

该任务通过具有转子和制动装置的风力发电设施来解决，其中，制动装置包括与转子机械联接的机械的制动设备，并且其中，该制动装置包括用于激活和/或停用制动设备的至少一个电的和/或液压的切换元件，其中，风力发电设施通过如下方式来改进，即，使得切换元件被冗余和/或故障安全地实施，其中，包括控制部，其被设立成用于接收故障信号，并对所接收到的故障信号做出反应地激活切换元件并由此激活制动设备，其中，控制部还被设立成用于在风力发电设施的转子静止不动之前，借助切换元件停用制动设备。

电的和/或液压的切换元件尤其是电液的切换元件。例如，它是能电切换的电磁阀。电液的切换元件此外还尤其被设立成用于激活和停用制动设备。

在本说明书的上下文中，术语“机械联接”被理解为，制动设备直接或间接地与转子机械连接，在直接连接的情况下，制动设备例如被装配在转子轴上。在间接连接的情况下，制动设备例如经由传动装置与转子连接。例如，制动设备被装配在传动装置的快速从动轴上或与该快速从动轴连接。

“机械的制动设备”在本说明书的上下文中被理解为机械地起作用的制动设备或制动器，其动能被转化为摩擦热。例如，机械的制动设备是盘式制动器或鼓式制动器。优选使用盘式制动器。

术语“故障安全”在本说明书的上下文中被理解为液压的切换元件在失效安全(fail-safe)规则意义下的实施方案。换言之，因此，液压的切换元件被冗余和/或失效安全地实施。因此，它是一种在安全状态下不起作用的液压的切换元件，这尤其意味着，在通常的构件不起作用的情况下，使系统仍处于安全状态。

有利地，在根据本发明的观点的风力发电设施中，避免了机械的转子制动系统的能量方面的或热的过载。这主要是发生在因为机械的转子制动系统的在时间上受限地被激活并且没有持续制动直到转子静止不动的情况。这对于具有例如超过100米的大的转子直径的大型风力发电设施来说是特别有利的。因为用于避免机械的转子制动系统的热过载的机械的和设计结构上的花费随着所要制动的转矩变大而明显提升。因此，用于大型风力发电设施的机械制动系统是显著的成本因素。

有利地，根据本发明的观点的风力发电设施被如下这样地设立，即，使得机械的制动装置以脉冲方式被驱控和/或运行或能运行。已经认识到的是，即使当机械的制动装置仅在有限的时间段内被激活时，该机械的制动装置也能够实现引起有效的转速和惯性降低。时间上受限的制动过程实际上有助于减少风力发电设施的总负载，其中，同时使机械制动器的设计结构上的花费保持得低。因为已被证实的是，当制动设备在制动过程开始时仅以秒的数量级激活相对较短的时间间隔时，已经出现了对风力发电设施上的极端负载的积极的影响，即减少了这些极端负载。所以在设施的转子叶片进一步朝90°位置的方向行进的同时所执行的进一步的持续不断地延续的机械制动通常仅导致制动器上产生废热，但不会显着减少设施的极端负载。因此，根据本发明的观点，在负载情况下仅在相对较短的时间间隔内但却是在制动过程的决定性的时间区段期间提供由机械的制动设备提供的制动力矩。

总之，根据本发明的观点的风力发电设施的设计方案因此尤其是特别有利的，这是因为该机械的制动设备被设立成用于对转子的时间上受限的制动过程，这就能够实现制动设备例如在出现的磨损方面的经济上的设计结构和经济上的运行，同时，实现了对风力发电设施的极端负载的显着降低。

根据有利的实施方式，故障安全的切换元件是液压的切换元件，其在断电状态下是打开的。

当释放了切换元件的输入端与输出端之间的流体连接时，液压的切换元件是打开的。液压的切换元件例如是阀，尤其是在断电状态下是打开的电磁阀。液压的切换元件的冗余的设计例如通过如下方式起作用，即，使得这些液压的切换元件流体平行地被整合在液压的切换回路中。

液压的切换元件尤其被整合在用于给制动设备进行供应的液压的供应回路中。在液压的供应回路中存在工作压力。因此，液压流体为了运行并为了给制动设备进行供应而处于过压下。液压的供应回路还尤其如下这样地设计，即，在供应回路内发生压降的情况下，其中，液压流体例如被排空到储备容器中，使得制动设备的制动效果变低直到它最终被消除。液压的切换元件被如下这样地整合到液压的供应回路中，即，使打开的液压的切换元件引起了在供应回路中的这种压降，并且因此引起切断或禁用制动设备。

液压的切换元件被冗余地设计。该技术特征尤其关系到对制动设备停用的功能。此外，这尤其还意味着，液压的切换元件在制动设备与储备容器之间提供了冗余的流体连接，并且因此在供应回路中引起了安全的压降。

在机械的制动设备的电磁阀的具体情况下，这例如意味着，在对电磁阀的电驱控不起作用、控制装置不起作用、电的或液压的线路断裂、电磁线圈被烧穿、被置在阀内的永磁体发生退磁或类似的不起作用类型的情况下，电磁阀打开并且使制动设备停用，从而处于安全状态。

液压的切换元件的这种设计方案是特别有利的，这是因为例如在发生电流供应失效的情况下，取消了制动设备的作用。如果在这种情况下制动设备仍保持持久地激活，则其将呈现为潜在的火源，这是因为在这种状态下将发生制动设备的热过载的危险。这一情况被有利地排除掉。在断电状态下是打开的液压的切换元件有助于改善风力发电设施的运行安全性。

根据另外的实施方式设置的是，制动设备是液压运行的制动设备，并且制动装置包括用于给制动设备供应液压流体的液体供应回路，其中，液压供应回路至少包括液压的第一和液压地与之并联的第二切换元件，这些液压切换元件形成了对切换元件的冗余设计。

根据有利的改进方案还设置的是，液压供应回路将制动设备与液压的供应源并与储备容器连接起来，其中，液压的供应回路在制动设备与储备容器之间至少包括第一流体通路和与其平行的第二流体通路，并且其中，液压的第一切换元件被整合到第一通路中，而液压的第二切换元件被整合到第二通路中。

液压的供应源例如是液压泵，其从储备容器提取液压流体并将加压的液压流体添加给供应回路中。有利地，液压泵与压力存储器组合。

“流体通路”在本说明书的上下文中例如是液压的连接线路或者是这种液压的连接线路的区段。没有必要存在专门使用的连接线路或该连接线路的区段。因此例如可行的是，第一和第二流体通路至少分区段地沿相同的液压的连接线路延伸。

还尤其设置的是，第一和第二通路分别在制动设备与储备容器之间提供直接的连接。这种直接的连接意味着，在流体连接中不存在例如在发生故障时可能阻断流体连接的另外的切换元件，尤其是不存在能电切换的另外的切换元件。

通过对切换元件的冗余设计确保的是，即使在液压的第一切换元件不一定发生(例如由于可运动部分的卡紧、由于异物或造成的对通道的堵塞或由于破坏所引起的)完全不起作用的情况下，存在于液压的供应回路中的压力也可以经由液压的第二切换元件被至少部分地减低。因此，制动装置被设立成用于朝储备容器的方向地通过工作流体流过第二切换元件来减低工作流体的被施加到制动设备上的压力。因此如果第一电磁阀被卡紧并在同时供应电压失效，则在无电流的状态下是打开的第二电磁阀将落在该打开的状态下，并且使液压流体从制动设备朝供应容器的方向地经由第二电磁阀流出。制动设备被断开并且使例如正被使用的盘式制动器不被持久性地激活。这就减小了风力发电设施中潜在地可能由于永久地激活的制动设备所造成的发生火灾的风险。因此，所述的设计方案进一步提高了风力发电设施的运行安全性。此外，对传动装置去负荷。

根据另外的实施方式，控制部被设立成用于在经过预定的时间间隔之后借助切换元件停用制动设备。

该时间间隔从激活制动设备开始，并且随着停用制动设备而结束。时间间隔尤其是在1秒到10秒之间。同样设置的是，该间隔在3秒到9秒之间，尤其是在4秒到6秒之间。

根据另外的实施方式中，风力发电设施通过如下方式来改进，即，控制部包括与供电无关的关断元件，其被设立成用于在控制部的电流供应失效的情况下使切换元件被激活或保持主动持续预定的时间间隔并且经过预定的时间间隔后停用。

“与供电无关的关断元件”在本说明书的上下文中被理解为如下元件，其电动地自主工作。换句话说，该关断元件在无供电的情况下也工作。因此，即使没有电流供应，也能够将切换元件关闭或保持关闭有限的时间用来制动，并且在预定的时间间隔之后又被打开或释放。优选地，设置有缓冲模块，例如电容器，其对切换元件供电。在电网失效的情况下在制动装置被激活时，示例性的电容器经由切换元件的电阻器放电。如果放电过程进展到不再提供所需的电压用于使切换元件保持吸引，就使切换元件打开。该过程需要一定的时间，这取决于切换元件的电容量和阻抗。

有利地，在这种风力发电设施中，即使在电源供应以及控制部都完全失效的情况下，仍然可以确保制动装置的功能。制动设备由切换元件保持激活了限定的时间并紧接着停用本身。不存在制动设备过热的危险，同时能够使其制动效果在期望的范围内施展。

根据另外的实施方式设置的是，风能设备包括切断装置，其产生故障信号，控制部接收该故障信号。切断装置例如是风能设备的运行控制部的一部分。

根据另外的有利的实施方式，通过如下方式改进风力发电设施，即，此外，控制部还被设立成用于如下这样地控制发电机力矩，即，在激活和/或停用制动设备的情况下减小在风力发电设施的驱动系中的由于该过程所引起的转矩波动。例如，当确认电网馈送是无故障时这也是适用的。

尤其地，在激活机械的制动设备的情况下，发电机转矩与时间有关地以如下方式减小，即，使得发电机力矩与由机械的制动设备加载的制动转矩之和总是大致等于传动系中的额定转矩。因此有利地确保了平顺地进行制动过程的启动。当然，该功能只有当变流器-发电机系统本身没有故障时才能使用。

根据另外的实施方式设置的是，制动装置包括至少一个温度传感器，其被设立成用于检测制动设备的至少一个摩擦副的温度，其中，控制部还被设立成用于连续评估由温度传感器检测到的温度值，与预定的极限值进行比较，并且当所检测到的温度值超过极限值时停用制动设备。

制动设备的摩擦副在用作制动设备的盘式制动器中是制动盘或制动衬块。

此外尤其设置的是，制动设备被冗余地设计，即例如在转子轴或快速的传动装置轴上装配有二个盘式制动器，尤其是具有两个制动盘和两个制动卡钳。在这样的实施方式中，每个制动设备分别设有温度传感器。

有利地，避免了制动设备的过热。为此，监控制动设备的温度。如果温度值超过预定的最大值，则中断制动过程。这减小了磨损并提高了制动设备的使用寿命。

有利地，根据改进方案设置的是，控制部还被设立成用于根据其中至少一个温度值来计算制动设备冷却时间，其中，针对该冷却时间确定的值对于风力发电设施的再次重启之前所要遵循的等待时间是指示性的。例如，冷却时间和风力发电设施的再次重启之前所要遵循的等待时间根据其中至少一个超过预定的极限值的温度值来计算。

在这方面中，指示性意味着，风力发电设施的再次重启之前所要遵循的等待时间可以从冷却时间推导出来。例如，制动设备冷却时间相应于所要遵循的等待时间。冷却时间例如通过如下方式确定，即，使得制动设备的温度低于预定的极限值。例如，等待直到制动设备的两个摩擦副中的一个的温度低于200℃、150℃、100℃、50℃或大致为环境温度。

根据另外的实施方式设置的是，控制装置以如下方式设立，即，当转子转速从激活制动设备时的初始值起下降了至少90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％或50％时，停用制动设备。

根据另外的实施方式设置的是，控制部以如下方式设立，即，当转子叶片调节角度大于预定的极限值时，或当在朝90°位置的方向的变桨行进中超过了预定的极限值时，停用制动设备。该值也可以是被加和成触发制动过程的当前的变桨值的相对的值。例如，当转子叶片调节角度大于10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°或50°时，就停用机械的制动设备。

在这方面，根据本发明的另外的实施方式设置的是，控制部被设立成使得该控制部对所接收到的故障信号做出反应地随着激活制动设备同时地或以预先确定的延迟时间地也以如下方式驱控转子叶片的驱动器(变桨驱动器)，即，使得转子叶片朝90°位置或“标志位置”的方向移动。这种朝90°位置的方向的转子叶片的“变桨”同样可以由风力发电设施的运行控制部或由风力设施的安全关断装置来发动、控制或调控。

该任务还通过一种用于运行具有转子和制动装置的风力发电设施的方法来解决，其中，制动装置包括与转子机械地联接的机械的制动设备，并且其中，制动装置包括控制部和用于激活和/或停用制动设备的至少一个电的和/或液压的切换元件，其中，切换元件被冗余和/或故障安全地实施，其中，该方法通过如下方式来改进，即，使得控制部接收故障信号，并对接收到的故障信号做出反应地通过如下方式触发制动过程，即，使控制部借助切换元件来激活制动设备，并且在风力发电设施的转子静止不动之前停用。

如已经在风力发电设施方面本身所提到的相同或相似的优点适用于用于运行风力发电设施的方法，因此省略重复。

根据有利的实施方式设置的是，通过如下方式使切换元件打开，即，使该切换元件断电。

根据另外的实施方式设置的是，制动设备借助切换元件激活或保持激活持续预定的时间间隔，并且在经过预定的时间间隔之后停用。针对该时间间隔的值已上述提到，根据另外的实施方式的这些值在方法中根据这些另外的实施方式来设置。

例如，该时间间隔在1秒至10秒之间，尤其是在3秒至9秒之间，此外尤其是在4秒至6秒之间。

此外，尤其设置的是，当转子转速从激活制动设备时的初始值起下降了至少90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％或50％时，停用制动设备。

根据另外的实施方式设置的是，当转子叶片调节角度至少为10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°或50°时，停用制动设备。

根据另外的有利的实施方式设置的是，在对控制部的电流供应失效时，切换元件用与供电无关的关断元件来激活或保持主动。在经过预先确定的时间间隔之后，停用切换元件。该与供电无关的关断元件例如并且如前同样也提到地是与切换元件连接缓冲器模块，例如电容器。

根据另外的实施方式设置的是，如下这样地控制发电机力矩，即，在激活和/或停用制动设备时，减少驱动系中的由该过程所造成的转矩波动。

此外，尤其设置的是，制动装置包括至少一个温度传感器，其检测制动设备的至少一个摩擦副的温度，其中，对连续地由温度传感器检测到的温度值进行评估并与预定的极限值进行比较，其中，当检测到的温度值超过极限值时，停用制动设备。

根据有利的改进方案设置的是，根据其中至少一个温度值计算制动冷却时间，其中，针对制动冷却时间确定的值对于在重新启动风力发电设施之前所要遵循的等待时间来说是指示性的。

此外，尤其设置的是，在制动冷却时间期间，风力发电设施以慢滚模式或以低转速运行。在慢滚/以低转速运行期间，机械的制动设备冷却得更快，从而可以减少制动冷却时间并可以使风力发电设施更快地重新以满功率送电。

根据另外的实施方式设置的是，在液压的供应回路之内实施对液压流体的压力测量。这种压力测量的测量值可以被考虑用于早期识别制动系统中的缺陷，例如泄漏。

这例如在使用制动器的简化模仿或模拟以及根据观察器原理监控制动压力来实现。因此，基于由该观察器获知的值能够结合对制动器的虚拟模仿来将针对所测量到的制动压力的测量值进行合理性检查。还能够结合制动器的经计算的观察器来检验温度测量的制动合理性。通过使用对制动器的简化的模仿和根据观察器原理的对温度测量的监控来进行虚拟的制动器的温度与实际的在制动设备的至少一个摩擦副上测得的温度之间的平衡。

根据另外的实施方式设置的是，在液压的供应回路中存在有节流件，从而可以实现制动过程开始时和制动过程结束减压时的针对制动压力的有针对性的压力变化走向。在此，各个节流件支路可以经过防回流器(止回阀)关断。因此，在构建压力时和在减压时穿流过不同数量的节流件。被穿流的节流件的数量因此依赖于流动方向地变化。这允许了对制动器的彼此不同的打开和关闭时间。

本发明的另外的特征从根据本发明的实施方式的描述连同权利要求和附图将变得显而易见。根据本发明的实施方式可以满足单个特征或多个特征的组合。

附图说明

本发明在下面在一般性的发明思路不受限制的情况下结合实施例参考附图来描述，其中，关于所有在本文中没有详细阐述的根据本发明的细节将明确地引用附图。其中：

图1以示意性简化视图示出风力发电设施；

图2示出制动装置的示意性的简化的液压的线路图；

图3a)至3f)分别示意性地示出关于时间地绘制的针对风速的(图3a)、转子叶片调节角度的(图3b)、发电机转速的(图3c)、制动设备的机械的制动力矩的(图3d)和在径度方向上的塔脚弯矩的(图3f)示例性的值。

在附图中，除了被分别重新介绍的之外，相同或相似的元件和/或部分分别设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1以示意性简化视图示出了风力发电设施2。其转子4示例性地包括三个转子叶片6，这些转子叶片分别在转子叶片根部8与转子叶片尖端10之间延伸。转子叶片6在其转子叶片根部8处被紧固在转子轮毂12上。该转子轮毂驱动风力发电设施2的主传动系，该主传动系在图1中不可见的吊舱内延伸。该吊舱由承载结构14、例如塔架承载。

风力发电设施2还包括制动装置20，其例如布置在吊舱中。在图2中示出了制动装置20的示意性的且简化的液压的线路图。

制动装置20包括制动设备，该制动设备通常应利用附图标记22标注。示例性地，存在有第一制动设备22a和第二制动设备22b，它们共同地形成制动设备22。机械的制动设备22a、22b例如是盘式制动器。因此，在所示的实施例中，制动装置20的制动设备22被双重(部分冗余)实施。为此，例如两个盘式制动器与直接由风力发电设施2的转子4驱动的转子轴联接。同样设置的是，机械的制动设备22a、22b间接地与风力发电设施2的转子4联接。为此，两个盘式制动器例如与风力发电设施2的传动装置的快速从动轴机械连接。

此外，制动装置20示例性地还包括液压的第一切换元件24a和液压的第二切换元件24b。例如是形成第一切换元件24a的第一电磁阀，和形成第二切换元件24b的第二电磁阀。第一和第二切换元件24a、24b共同地形成了用于激活和停用制动设备22的切换元件24。如同于也共同地用附图标记22标注的机械的第一和第二制动设备22a、22b，第一和第二切换元件24a，24b也共同地用附图标记24标注。

通过如下方式切换元件24在泄压功能方面被冗余地设计，即，设置有第一和第二切换元件24a、24b。同时，切换元件24被故障安全地实施。为了确保该功能，例如将在断电状态下朝储备容器30的方向是打开的液压的切换元件或电磁阀用作为第一和第二切换元件24a、24b。

在给制动系统加载以工作压力方面，切换元件24a、24b并不冗余地实施。该功能仅由阀24a提供。

此外还存在有控制部26，其被设立成用于接收例如来自风力发电设施2的运行控制部的故障信号S。控制部26可以访问制动装置20。当风力发电设施2出现高的超转速或高的负载并且因此对风力发电设施2的转子4进行制动时例如产生了故障信号S。当风力发电设施2的内部或外部的电系统中出现故障与外部的供电网络失效和极端的一年重现期阵风阵风同时发生时，可能发生这种情形。在这种情形下，还如下这样地驱控转子叶片调节驱动器(变桨驱动器)，即，使得它们将风力发电设施2的转子叶片6朝90°或标志位置的方向移动。因此，使风力发电设施2的转子4还被空气动力学地制动。

同时，制动设备22对接收到的故障信号S做出反应地被激活。为此，相应地驱控切换元件24。

重要的观点是，控制部26被设立成用于在风力发电设施2的转子4静止不动之前，借助切换元件24停用制动设备22。

机械的制动装置24以脉冲方式被驱控或运行。机械的制动装置24当其被激活有限的时间段并开始制动过程时就能够引起有效的转速和惯性降低。该时间上受限的制动过程有助于减少风力发电设施2的总负载。同时，机械的制动装置22不产生过多的废热，这是因为它并不保持激活直到转子4静止不动。

制动装置20包括用于对制动设备22进行供应的液压的供应回路。在图2中被示意性地且简化地示出的液压的供应回路包括液压的供应源28，例如液压泵。该液压泵从储备容器30提取液压流体，例如液压油。经由提供工作压力p0的工作压力调节器32，从液压的供应源28给液压的供应回路输送液压流体。还设置有安全限压器34，其将液压的供应回路中的压力限制到预定的极限值。

液压流体从工作压力调节器32到达第一切换元件24a。如果该例如作为实施为电磁阀的第一切换单元24a被通电并且因此为了对制动器进行压力供应而被打开但朝向储备容器30被关闭的话，液压流体经由节流件D1.0和节流件D1.1达到第一分支点36a。在第一分支点36a处，膜式储压器38被整合到液压的供应回路中。随后，液压流体从第一分支点36a到达机械的第一和第二制动设备22a、22b。在机械的第一和第二制动设备22a、22b之前的另外的分支点上还设置有压力传感器40，其测量机械的第一和第二制动设备22a、22b的工作压力p-Br。

此外，与节流件D1.1平行地，在液压的供应回路中还整合有旁通压力调节器42。同样地，与节流件D1.1平行地在液压的供应回路中还整合有节流件D1.2和防回流器44(止回阀)。

通过控制部26给第一切换元件24a例如加载以24伏的供应电压的方式，从液压的供应源28起直到机械的制动设备22地释放了前述的针对液压流体的路径。在机械的制动设备22被激活的同时对第二切换元件24b，即例如第二电磁阀通电，从而使该第二电磁阀关闭并且防止了液压流体从第一分支点36a回流至储备容器30。机械的制动设备22介入，并展开其作用。

在经过了开始激活机械的制动设备22的并且例如时长1至10秒的预定的时间间隔DT之后，或超出了在制动设备22的至少一个摩擦副中的容许的极限温度时，切换元件24被再次断电。此外，时间间隔DT也尤其在3至9秒之间，并且例如在4至6秒之间。如果切换元件24断电，则尤其是第一和第二切换元件24a、24b都断电。根据所期望的功能性而定地可以有利的是，两个切换元件24a、24b中的一个以延迟时间被切换用来例如引起制动力的平缓变化或制动力的优选随时间变化的走向。

在断电状态下，第一切换元件24a和第二切换元件24b打开。从第一分支点36a起，在该分支点与第二分支点36b之间提供了第一和第二流体通路，经由这些流体通路可以通过液压流体朝储备容器30的流动来减低施加在机械的制动设备22上的液压压力。确保的是，液压供应回路在制动设备22与储备容器30之间至少包括流体通路和与其平行的第二流体通路。液压的第一切换元件24a被整合在第一通路中，而液压的第二切换元件24b被整合在第二通路中。

第一通路经由节流件D1.2和沿流动方向(即朝第一切换元件24a的方向)穿过的止回阀44和节流件D1.0引导直到第二分支点36b。第二通路从第一分支点36a经由节流件D2.0和断电常开的第二切换元件24b通向第二分支点36b。由于切换元件24在减压方面被冗余设计成第一和第二切换元件24a、24b，使得可以使施加在机械的制动设备22上的压力即使在两个切换元件24a、24b中的一个完全不起作用的情况下也有效地且安全地被减低并且/或者被降低到安全的水平。被整合到液压的供应回路中的节流件D1.0和D1.1提供了在压力构建时的所需的时间变化曲线。节流件D1.2和D2.0提供了在减压期间所需的压力变化曲线。第一流体通路就像第二流体通路一样还都分别包括在第一分支点36a与第一和第二机械制动器设备22a、22b之间的连接线路以及在第二分支点36b与储备容器30之间的连接线路，这些连接线路也可以被有利地冗余实施，从而使从制动设备22a，22b直到储备容器30的完整的连接线路被冗余实施。

控制部26被设立成用于借助切换元件24激活制动设备22或使之保持主动。在经过预定的时间间隔之后，停用制动设备22。为此包括与供电无关的关断元件，其即使在控制部26的电流供应失效时，切换元件24也首先被激活或保持主动，并且在经由预定的时间间隔DT之后被停用。为此目的，例如分别将电容器(或者共同的电容器)与第一和/或第二切换元件24a、24b的电压源串联。在供应电压失效时，电容器经由欧姆电阻器(例如第一和/或第二电磁阀)放电。如果存在于电容器中的电荷被减低到使得所施加的电压下降到电磁阀的保持电压以下，则使该电磁阀本身打开。制动设备22将保持激活了通过电容器的电容量和切换元件24a、24b的阻抗预定的时长。随后该制动设备被自动关断。

控制部26还被设立成用于在确认电网馈入有缺陷的情况下如下这样地控制处于风力发电设施2的驱动系中的发电机的发电机力矩，即，使得在激活和/或停用制动设备22时减少驱动系中的由于该过程所造成的转矩波动。例如，在机械的制动设备22被激活的情况下使发电机转矩随时间变化地如下这样地减少，即，使发电机转矩和由机械的制动设备22加载的制动力矩之和总是大致等于传动系中的额定转矩。因此，可以实现对机械的制动过程的几乎平滑的触发。当然，这同样也适用于制动过程的结束。

制动装置20，尤其是制动设备22，还包括至少一个温度传感器。在所示的实施例中，设置有第一温度传感器TS1和第二温度传感器TS2。第一温度传感器TS1测量第一制动设备22a的至少一个摩擦副的温度。第二温度传感器TS2测量第二制动设备22b的至少一个摩擦副的温度。例如，如果将盘式制动器用作制动设备22a，22b，则摩擦副是制动盘和制动蹄或制动衬块。换句话说，因此，用温度传感器T1、T2监测制动设备22a、22b的温度。替选地，即使在仅有一个制动设备22a、22b的情况下也可以检测各个制动钳的彼此相对置的摩擦副(例如制动衬块)中的两个温度，以便冗余地实施温度信号的检测。控制部26经由未示出的数据线路能够读出、检测和评估温度传感器TS1、TS2的温度值。如果这些温度值超过预定的极限值，则制动设备22或两个制动设备22a、22b中的至少一个被停用。因此，可以有效地防止制动设备22过热。

根据另外的实施例设置的是，控制部26还被设立成用于根据由温度传感器TS1、TS2检测到的其中至少一个温度值来计算制动设备冷却时间。针对该冷却时间所确定的值对于重新启动风力发电设施2之前要遵循的等待时间来说是指示性的。换句话说，因此，等待时间可以从制动设备冷却时间的值推导出来。在机械的制动设备22冷却期间，风力发电设施2可以以慢滚模式运行或以低转速运行，从而使其转子4缓慢转动。在运动期间，机械的制动设备22比息止时更快地冷却，从而能够更快地重启或能够更快地恢复风力发电设施2的满载运行。

参考图3a至3f阐述根据实施例的用于运行风力发电设施2的方法期间的示例性的制动过程。

图3a至3f关于单位为秒的相同的时间尺度来示出。对于所有图来说，这在图3f中示例性地示出。

图3a示出了以米/秒为单位的风速。图3b示出了以度为单位的转子叶片调节角度或变桨角度。图3c示出了以每分钟转数(U/min)为单位的发电机转速。用A标注的曲线示出了在没有机械的制动设备干预的情况下的发电机转速的变化走向。用B标注的曲线示出了使用机械的制动设备的情况下的发电机转速关于时间的变化走向。图3d示出了以千牛米(kNm)为单位的机械制动力矩的随时间变化的变化走向。在第一时刻T1时，机械的制动设备被激活。在第二时刻T2时，该机械的制动设备又完全被停用。所示的制动力矩的变化走向例如由控制部26经由切换元件24的位置来主动控制并且/或者通过节流件的尺寸规格来固定设定。

图3f示出了以千牛米(kNm)为单位的径度方向的塔脚弯矩。还示出了针对不使用机械的制动设备的情况的塔脚弯矩的变化走向。该曲线用A标注。用B标注了在使用机械的制动器的情况下得到的曲线。能够看到风力发电设施2的承载结构14的最大负载的在曲线B的较低的偏转处与曲线A相比在塔脚弯矩的相应最大量方面显着减小。

在风能设备2的转子4静止不动之前，控制部26停用制动设备22(参见图3c和3d)。尽管机械的制动器仅被激活了相对较短的时间段，即时刻T1和T2之间的时间段DT，但是风力发电设施2的最大负载被显着减小。

所有提到的特征，包括从附图单独得知的以及与其他特征组合公开的各个特征被单独地且以组合的方式认为对于本发明是必要的。根据本发明的实施例可以通过各个特征或多个特征的组合来满足。在本发明的范围内，用“尤其”或“优选”表明的特征应被理解为可选的特征。

附图标记列表

2 风力发电设施

4 转子

6 转子叶片

8 转子叶片根部

10 转子叶片尖端

12 转子轮毂

14 承载结构

20 制动装置

22 制动设备

22a 机械的第一制动设备

22b 机械的第二制动设备

24 切换元件

24a 第一切换元件

24b 第二切换元件

26 控制部

28 液压的供应源

30 储备容器

32 工作压力调节器

34 安全限压器

36a 第一分支点

36b 第二分支点

38 膜式储压器

40 压力传感器

42 旁通压力调节器

44 防回流器

D1.0、D1.1、D1.2、D2.0 节流件

TS1 第一温度传感器

TS2 第二温度传感器

T1 第一时刻

T2 第二时刻

DT 时间间隔

p0 工作压力

S 故障信号

Claims (18)

1.风力发电设施(2)，其具有转子(4)和制动装置(20)，其中，所述制动装置(20)包括与所述转子机械地联接的机械的制动设备(22)，并且其中，所述制动装置(20)包括用于将所述制动设备(22)激活和/或停用的至少一个电的和/或液压的切换元件(24)，其特征在于，所述切换元件(24)被冗余和/或故障安全地实施，其中，包括控制部(26)，所述控制部被设立成用于接收故障信号(S)，并对所接收到的故障信号(S)做出反应地激活所述切换元件(24)，并且由此激活所述制动设备(22)，其中，所述控制部(26)还被设立成用于在所述风力发电设施的转子(4)静止不动之前，借助所述控制切换元件(24)停用所述制动设备(22)。

2.根据权利要求1所述的风力发电设施(2)，其特征在于，故障安全的切换元件(24)是液压的切换元件(24)，所述液压的切换元件在断电状态下是打开的。

3.根据权利要求2所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述制动设备(24)是液压运行的制动设备(24)，并且所述制动装置(20)包括用于给所述制动设备(22)供应液压流体的液压的供应回路，其中，所述液压的供应回路至少包括液压的第一和液压地与之并联的第二切换元件(24a、24b)，所述第一和第二切换元件形成所述切换元件(24)的冗余设计。

4.根据权利要求3所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述液压的供应回路将所述制动设备(22)与液压供应源(28)并与储备容器(30)连接起来，其中，所述液压的供应回路在所述制动设备(22)与所述储备容器(30)之间至少包括第一流体通路和与之平行的第二流体通路，并且其中，液压的第一切换元件(24a)被整合到所述第一通路中，而所述液压的第二切换元件(24b)被整合到所述第二通路中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述控制部被设立成用于在经过预定的时间间隔(DT)之后借助所述切换元件(24)停用所述制动设备(22)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述控制部(26)包括与供电无关的关断元件，所述关断元件被设立成用于在对所述控制部(26)供电失效时使所述切换元件(24)被激活或保持主动预定的时间间隔的时长，并且在经过预定的时间间隔(DT)之后停用。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述风力发电设施(2)包括关断装置，所述关断装置产生故障信号(S)，所述控制部(26)接收所述故障信号。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述控制部(26)还被设立成用于如下这样地控制发电机力矩，即，在激活和/或停用所述制动设备(22)时减少在驱动系中的由该过程所造成的转矩波动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述制动装置(20)包括至少一个温度传感器(TS1、TS2)，所述温度传感器被设立成用于检测所述制动设备(22)的至少一个摩擦副的温度，其中，所述控制部还被设立成用于连续评估由所述温度传感器(TS1、TS2)检测到的温度值，与预定的极限值进行比较，并且当所检测到的温度值超过极限值时停用所述制动设备(22)。

10.根据权利要求9所述的风力发电设施(2)，其特征在于，所述控制部(26)还被设立成用于根据其中至少一个温度值来计算制动设备冷却时间，其中，针对所述冷却时间确定的值对于所述风力发电设施(2)的再次重启之前所要遵循的等待时间是指示性的。

11.一种用于运行风力发电设施(2)的方法，所述风力发电设施具有转子(4)和制动装置(20)，其中，所述制动装置(20)包括与所述转子机械地联接的机械的制动设备(22)，并且其中，所述制动装置(20)包括控制部(26)和用于将所述制动设备(22)激活和/或停用的至少一个电的和/或液压的切换元件(24)，其中，所述切换元件(24)被冗余和/或故障安全地实施，其特征在于，所述控制部接收故障信号(S)，并对所接收到的故障信号(S)做出反应地通过如下方式触发制动过程，即，使所述控制部(26)借助所述切换元件(24)来激活所述制动设备(22)，并且在所述风力发电设施(2)的转子(4)静止不动之前停用。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过如下方式使所述切换元件(24)打开，即，对所述切换元件断电。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在经过预定的时间间隔(DT)之后借助所述切换元件(24)停用所述制动设备(22)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述时间间隔(DT)为3秒到9秒之间，尤其是4秒到6秒之间。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，在对所述控制部(26)的电流供应失效时，所述切换元件(24)用与供电无关的关断元件来激活或保持主动持续预定的时间间隔，并在经过预定的时间间隔(DT)之后停用。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，在确认电网馈入不存在故障的情况下，如下这样地控制发电机力矩，即，在激活和/或停用所述制动设备(22)时，减少了驱动系中的由该过程所造成的转矩波动。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述制动装置(20)包括至少一个温度传感器(TS1、TS2)，所述温度传感器检测所述制动设备(22)的至少一个摩擦副的温度，其中，连续评估由所述温度传感器(T1、T2)检测到的温度值，并且与预定的极限值进行比较，其中，当所检测到的温度值超过极限值时，停用所述制动设备(22)。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，根据其中至少一个温度值计算制动冷却时间，其中，针对制动冷却时间确定的值对于在重新启动所述风力发电设施(2)之前所遵循的等待时间是指示性的。