CN111601969B - 风能设备和用于控制风能设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风能设备(100)，所述风能设备具有：塔(102)；空气动力学转子(106)，其中空气动力学转子(106)可借助能改变的转子转速(n)运行并且具有多个转子叶片(108)，所述转子叶片分别具有可调节的转子叶片设定角(a)；用于产生电输出功率的发电机(Gen)，其中为了运行风能设备(100)预设运行特征曲线，所述运行特征曲线说明在转子转速(n)和输出功率(P)之间的关联关系，并且设有控制装置，所述控制装置根据运行特征曲线与转子转速(n)相关地设定输出功率(P)，其中运行特征曲线具有启动转速，一旦风能设备在足够的风速下启动，则转子转速升高到所述启动转速，并且其中与风能设备的塔固有频率相关地和/或与主风的检测到的紊流量相关地来规定启动转速。

Description

风能设备和用于控制风能设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制风能设备的方法并且本发明涉及一种相应的风能设备。
背景技术
已知的是，空气动力学转子的转动根据转子转速可以激发风能设备的固有频率或风能设备的塔的固有频率。作为补救对此从现有技术中已知的是，快速地穿过相应的可能激发塔的或风能设备的这种固有频率的转子转速。
这种措施以准确地了解相应的固有频率或激发所述固有频率的转速、在此称作为临界转速为前提条件，从而需要的是，分别在所述临界转速下方的运行和在所述临界转速上方的运行之间区别。附加地，尤其在穿过临界转速范围时必须承担差的效率。尤其可能必要的是，为了穿过这种临界转速范围，减小输出功率进而减小在该功率下的收益。
德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到如下现有技术：US 2009/0292397 A1，US 2014/0 327 243 A1，EP 2 113 659 A2和WO 2001/77 524 A1。
发明内容
因此，本发明基于如下目的，解决所述问题中的至少一个问题。尤其地，应提出如下解决方案，在所述解决方案中，避免通过转子尤其对风能设备的塔的振荡激发，至少相对于迄今的解决方案减小，在收益尽可能高的情况下。至少应相对于迄今的解决方案提出一种替选的解决方案。
根据本发明，对此提出根据实施例的风能设备。这种风能设备具有塔和空气动力学转子，所述空气动力学转子能够以改变的转子转速运行。转子转速可以简单地也称作为转速。空气动力学转子具有多个转子叶片，所述转子叶片分别具有可调节的转子叶片设定角。因此，转子叶片的相对于风的迎流角可以调节。
此外，设有用于产生电输出功率的发电机，并且发电机在运行时通过空气动力学转子驱动。优选地，提出无传动装置的构成方案，其中空气动力学转子直接与发电机的电动力学转子耦联，使得空气动力学转子和电动力学转子以相同的转速转动。
为了运行风能设备，预设运行特征曲线，所述运行特征曲线说明在转子转速和输出功率之间的关联关系。对此，风能设备具有控制装置，所述控制装置根据运行特征曲线与转子转速相关地设定输出功率。这种控制装置可以作为控制模块或例如作为处理计算机设置在风能设备中。优选地，运行特征曲线也可以保存在控制装置中。
运行特征曲线此外具有启动转速，只要风能设备在足够的风速下启动，则转子转速升高到所述启动转速。如果风速还不足够，则风能设备不运行。然而如果风能设备不运行，根据转子的一个实施方式转子可能处于滑行工况中，其中在此始终表示空气动力学转子的转子转动，但由此不在风能设备中产生输出功率。如果存在足够的风，即风速是足够高的，则风能设备以启动转速启动。风能设备的这种启动表示，所述风能设备随后通过运行引导来引导并且在此借助于发电机产生输出功率。尤其地，那么风能设备的方位角调节装置处于运行中并且尤其地转子叶片的转子叶片设定角也设定成，使得其可以从风中提取尽可能优化的功率。
对此现在提出，与风能设备的塔固有频率相关地，并且此外或替选地与主风的检测到的紊流量相关地，规定启动转速。
特别地，与塔固有频率相关地选择启动转速实现如下可能性，启动转速选择得大，使得不激发塔固有频率，其方式为：启动转速选择得大至，使得其高于可激发塔固有频率的转速。因此提出，将相应的转速范围减小成这种小于激发塔固有频率的转速。
在此要注意的是，这不表示，风能设备在如下强的风下才启动，在所述风下，转子转速根据常见的运行特征曲线位于激发塔固有频率的转速之上。更确切地说，在此在启动范围中提出，在与迄今尽可能同样弱的风下启动，但是在此选择比其他情况更高的转速。
可能的是，由此在所述较高的启动转速的具体的运行点中实现略微更差的效率。但是这可以通过整体上改进的运行抵消。甚至当由此在可以进行启动的启动风速轻微提高时，在总效率中然而可以出现提高的收益。尤其地，可以避免不利地穿过临界转速范围，所述临界转速范围即可以激发塔固有频率。
也已知的是，不仅通过精确地激发塔固有频率可以出现塔负荷，而且具体的风况也可以加强这种塔负荷。例如，相对缓慢地转动的空气动力学转子可以通过叶片在塔处连续通过而具有叶片通过频率，使得这可以引起塔负荷。如果风现在基本上是均衡的且是静态的，则可能能够容忍这种负荷。但是已知的是，通过风的高的紊流，即尤其风的高的阵风性，负荷还能够加强。对此现在已知的是，提高启动转速可以减小总负荷。
尤其优选地，与塔固有频率相关地和与检测到的紊流量相关地规定启动转速。因此，启动转速可以提升到高于临界转速。在此，用临界转速原则上表示激发塔的固有频率的转速。根据风的紊流程度有多大，即风的阵风性有多强，启动转速可以附加地还进一步地提升，以便实现距临界转速的更大的间距。尤其在此提出，启动转速越大程度地高于临界转速，风的紊流程度越大。
优选地提出，作为紊流量考虑紊流强度。
风的紊流可以通过紊流强度TI描述：
Figure GDA0003882429180000031
标准偏差σu如下限定：
Figure GDA0003882429180000032
其中在时间段T中取平均值的风速
Figure GDA0003882429180000033
Figure GDA0003882429180000034
为了描述非静态流u，通常将平均速度由函数
Figure GDA0003882429180000035
叠加：
Figure GDA0003882429180000036
因此，紊流强度描绘风速关于在较长的时间段中、例如在10分钟中取平均值的风速的标准偏差。由此给出如下量值，叠加的函数关于风速如何强。所述紊流强度就此而言也是代表风的波动的强度的量值，所述波动为对风能设备的附加的负荷。对此已知的是，如果转速距临界转速的间距略微更大，则在临界转速的范围中在紊流的风的情况下已经实现卸荷。通过预设相应高的启动转速实现，风能设备的整个运行高于所述临界转速，更确切地说以相应足够的间距高于所述临界转速。但是通过观察紊流强度可以避免将转速距临界转速的间距选择得不必要地大。
根据一个实施方式提出，高于运行特征曲线的启动转速与启动输出功率相关联。对此那么提出，在风能设备启动时首先设定启动输出功率，直至风速继续提高。这尤其可以执行成，使得检测和预先确定风速，在所述风速下在相应的转子叶片设定角的情况下得出具有启动转速和启动输出功率的这种运行点。如果随后存在所述风速，那么风能设备可以启动并且设备可以直接地提高速度到所述预定的运行点。
根据一个设计方案，因此也提出，规定启动风速或启动转矩，并且在风速升高到启动风速上时或在转子转矩升高到启动转矩上时，风能设备启动，其中转子转速升高到启动转速并且设定启动输出功率。
优选地，启动转速通过如下方式规定：相应地规定运行特征曲线。启动转速原则上处于运行特征曲线的开始处。运行特征曲线因此直观而言具有一些运行点，所述运行点分别定义成输出功率和转子转速的值对。其中一个是如下运行点，所述运行点通过作为转子转速的启动转速和输出功率限定，尤其是启动输出功率。那么因此如果启动转速规定或改变，那么在运行特征曲线上预设相应的运行点，从而运行特征曲线规定或改变。
替代规定运行特征曲线，即例如点对点地或经由角部数据预设，也考虑，保存多个预定的运行特征曲线，并且然后从所述多个预定的运行特征曲线中选择具有期望的启动转速的运行特征曲线。如果期望的启动转速不刚好位于预定的运行特征曲线中的一个运行特征曲线上，那么可能在此在两个运行特征曲线之间插值。
优选地，紊流量为代表如下内容的量值：主风的紊流程度，其中紊流量越大，则风的紊流程度越大。对此此外提出，启动转速选择得越大，即规定得越大，则紊流量就越大。尤其地，已经阐述的紊流强度是如下紊流量，所述紊流量越大，则主风的紊流程度就越大。根据该建议，当紊流量越大时，启动转速就选择得越大，借此距达到距临界转速的间距越大，则风的紊流程度就越大。借此，以简单的方式和方法经由规定启动转速可以避免临界转速，同时也可以避免通过在临界转速附近的转子转速造成的过高的负荷。
优选地，因此也提出，启动转速选择成，使得其高于激发塔固有频率的转子转速。所述提议的优选性已经阐述，尤其由此可以从一开始实现，转子转速原则上仅高于激发塔固有频率的转速，进而可以避免经过临界转速的过程。
尤其地，启动转速选择成，使得其所属的叶片通过频率高于塔固有频率。尤其提出，其叶片通过频率比塔固有频率高至少5％。通过选择所述5％作为最小间距，可以避免激发塔固有频率，同时几乎不预期收益损失。
在此，叶片通过频率是如下频率，借助所述频率，转子叶片在塔之前经过。如果例如转子以6转每分钟转动，则转子因此在10秒中转动1次。但是，在所述10秒中，在转子具有3个转子叶片的情况下，全部转子叶片经过塔一次，使得叶片通过频率不为0.1赫兹，而是为0.3赫兹。因此提出，特别考虑所述叶片通过频率并且将启动转速选择成，使得所述叶片通过频率高于塔固有频率。借此当已知塔固有频率时，能够以简单的方式找到用于启动转速的可靠值并且随后相应地设定。
根据一个实施方式提出，启动转速与启动转子叶片设定角相关联。因此已知的是，在相同的风速下与其他的启动转速相比，改变的启动转速可以引起空气动力学的改变。对此提出，这通过调整的启动转子叶片设定角来考虑。由此可以在所述通过改变的启动转速改变的空气动力学条件下实现良好的空气动力学关系。
尤其提出，启动转子叶片设定角选择得越大，则启动转速就选择得越大。对此尤其提出，随着启动转速的每次改变，启动转子叶片设定角也改变，即尤其改变地预设。尤其地在此提出，规定启动运行点，所述启动运行点通过启动转速、启动输出功率和启动转子叶片设定角限定。借此，可以实现最优的启动条件，所述启动条件可以实现避免临界转速，可以避免通过靠近临界转速的紊流造成的强的负荷并且同时可以实现尽可能高的收益。
尤其地，通过这种增大的启动转子叶片设定角，所谓的轴向感生、即空气在转子圆面中的制动可以再次减小，以便由此至少部分地再次补偿通过提升启动转速造成的感生。根据转子叶片设计，提高的感生可以引起在转子叶片处的通过提高启动转子转速造成的低效的功率转换。如果例如转子叶片在提高启动转速之前在贝茨最佳值中对于在1/3处的轴向感生运行，那么提高的启动转速引起，感生提升到高于1/3的值，从而从最佳值中移出。启动转子叶片设定角的增大随后引起，感生又下降并且再次朝向最佳值移动。
根据一个设计方案提出，与启动转速相关地选择在启动转速时出现的叶尖速比。风能设备在特定的风速下启动并且随后启动到预设的启动转速。对此提出，对于随后存在的空气动力学情形选择叶尖速比。叶尖速比是空气动力学的转子、即在其叶片尖部处的环周速度关于主风速的比值。叶尖速比是用于空气动力学情形的重要的特征参数，进而提出，其经由有利地选择叶尖速比而设定或者至少有益地受到影响。
如果预设启动转速，那么叶尖速比可以设定到其之上，在所述风下设置所述启动转速。但是也要考虑的是，叶尖速比此外通过启动转速影响。例如要考虑的是，对于启动转速与塔固有频率和/或所检测的紊流量相关地选择转速范围。那么在所述范围之内还可以进行其他设定，经由所述设定可以设定叶尖速比。
优选地，叶尖速比此外或附加地与启动转子叶片设定角相关地选择。由此，可以使适合的叶尖速比附加地匹配于设定的转子叶片设定角，以便由此在这样改变的启动条件下也实现尤其好的空气动力学的情形。
优选地，启动转速就选择得越大，叶尖速比选择得越大。此外或替选地，启动转子叶片设定角选择得越大，所述叶尖速比选择得越大。在此尤其已知，在搞的初始转速和/或大的初始转子叶片设定角的情况下，高的叶尖速比可以引起良好的空气动力学的运行。
根据一个设计方案提出，在运行进行时并且此外或替选地在滑行工况中与紊流量相关地调整运行转速，以便由此设定启动转速。
在此已知的是，启动转速的设定不仅涉及启动过程，而且也涉及如下情况：风能设备由于风的减弱再次停机。在此尤其已知的是，风特性、尤其紊流量、即尤其紊流强度从上一启动过程起从而从最后选择的启动转速起已经可以改变。
风能设备在此可以在运行进行时通常极其良好地识别到这种改变的条件。尤其地，其通过评估转子转速、产生的电输出功率和设定的转子叶片设定角来识别所述内容。那么如果在此识别到，其最后启动的风况不同，那么也可以使启动转速匹配于改变的条件。
一个变型形式是，对此执行相应的运行特征曲线选择。如果在运行进行时运行特征曲线改变，则考虑，这种传递不突变地、而是经由传递函数控制。也要考虑的是，仅运行特征曲线的一个特征曲线部段改变，即非常靠近启动转速的特征曲线部段，并且在所述特征曲线部段上此刻不运行风能设备。换言之，运行特征曲线的处于当前的运行点下的部段在运行进行时实际上会容易地改变，因为所述部段此刻不具有作用。随后如果当前的运行点下降到所述改变的特征曲线区域，则所述改变的特征曲线区域朝向这样改变的启动转速的方向引导运行点。
也要考虑的是，在运行进行时调整运行转速。由此，风力涡轮机可以准备好临近下降到启动转速。启动转速在此可以改变。
滑行工况中的运行转速和/或运行特征曲线已经调整尤其具有如下优点，在这种滑行工况中，已经存在关于风情形的信息从而可以考虑。
优选地，因此也提出，从风能设备的运行表现中检测紊流量。在此尤其可以与平均转速、平均转矩或平均输出功率和设定的转子叶片设定角相关地推断出平均风速。尤其从转速和输出功率的波动中可以推断出起伏，所述起伏与平均风速、即求平均值的风速叠加。从中那么能够以在上文中描述的方式、尤其根据方程G1来确定紊流强度。
根据本发明也根据实施例提出一种方法。用于控制风能设备的所述方法使用具有塔和空气动力学转子的风能设备，其中空气动力学转子可以借助改变的转子转速运行并且具有多个转子叶片，所述转子叶片分别设有可调节的转子叶片设定角，所述转子叶片的转子叶片设定角因此可以设定。风能设备也具有用于产生电输出功率的发电机。
根据该方法提出，风能设备利用预设的运行特征曲线运行。所述运行特征曲线说明在转子转速和输出功率之间的关联关系。此外提出，输出功率根据运行特征曲线与转子转速相关地设定。在此提出，运行特征曲线具有启动转速，只要风能设备在足够的风速下启动，则启动转速升高到转子转速。根据该方法因此提出，使用或创建这种运行特征曲线。在此，与风能设备的塔固有频率相关地规定启动转速。此外或替选地提出，启动转速与主风的检测到的紊流量相关地、尤其与紊流强度相关地规定。
尤其提出，这种方法如根据风能设备的在上文中描述的实施方式所阐述的那样工作。
优选地，这种方法使用根据上述实施方式中至少一个所述的风能设备。
附图说明
下面，本发明根据实施例示例性地参照附图详细阐述。
图1示出风能设备的示意图。
图2示出具有不同的启动转速的不同的运行特征曲线。
图3示出不同的风速相关的转速变化曲线和相关联的叶片设定角。
图4示出风能设备控制装置或相应的方法的示意流程图。
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上设置有具有三个转子叶片108和整流罩110的转子106。转子106在运行中通过风置于转动运动，从而驱动吊舱104中的发电机。
图2示出运行特征曲线200，所述运行特征曲线示出与转子n相关的功率P。功率P在图表以额定功率PN归一化并且转速n以其额定转速nN归一化。
此外，在图2的图标中绘制临界转速nK。所述临界转速nK是会激发塔固有频率的转速。例如，所述临界转速nK可以是如下转速，在所述转速下，对于具有三个转子叶片的如在图1中示出的风能设备，出现对应于风能设备的塔的固有频率的叶片通过频率。
运行特征曲线200在图2中具有三个变型形式，所述变型形式相应地引起不同的特征曲线部段201至203。第一特征曲线部段201在此示出如下变型形式，在所述变型形式中，不避免临界转速nK。因此，在该第一特征曲线部段201中，风能设备在最小转速nm下启动，所述最小转速就此而言为启动转速。可见的是，根据具有第一特征曲线部段201的所述运行特征曲线，转速在启动时具有最小转速nm的所述值，其中功率在开始时、即在风还弱时首先升高到最小功率Pm。这是如下功率，所述功率至少有意义地必须由风能设备或其发电机产生，借此风能设备的启动是特别有意义的。
在风速升高时，转速从而功率也提高，其中那么暂时达到临界转速nK。那么可出现风能设备的塔的固有频率的激发，这可引起风能设备的大的负荷。
为了避免所述内容而提出，选择高于临界转速nK的启动转速nST。通过所述解决方案，因此不需要如一些其他方法所提出的那样穿过临界转速nK，，而是同样以更高的转速启动。
对此在图2中图解说明两个可能性。根据第二特征曲线部段202，在此提出一种解决方案，其中启动转速nST仅略微高于临界转速nK。
但是也根据同样是运行特征曲线200的一部分的所述第二特征曲线部段202，风能设备基本上以最小功率Pm启动。对此基本上仅选择不同的启动转速，所述启动转速因此高于最小转速nm。如果随后风速提高，那么在那里转速也提高，并且在此通过相应的功率值和转速值来确定的运行点运动至运行特征曲线200的主部段204，在所述主部段中，三个特征曲线部段201至203汇合。
附加地现在提出，也还可以考虑，风的紊流有多高。对此尤其计算紊流强度，并且如果所述紊流强度是高的，那么提出，选择启动转速nST距临界转速nK的与在第二特征曲线部段202的情况下相比还要更宽的间距。相应内容在第三特征曲线部段203的紊流强度高的情况下提出。在该情况下，风能设备首先启动到例如在最小功率Pm的高度上的功率值。如果风速继续提高，则在此也将运行点引向运行特征曲线200的主部段204。因此，第三特征曲线部段203实现距临界转速更大的间距从而可以避免由高的紊流强度造成的附加的负荷。
图3具有组合的图表，即与风速VW相关的转速变化曲线n的视图。所述图表的下部区域对此示出相关联的叶片设定角α。
图3因此在上部部段中示出转速特征曲线300，所述转速特征曲线原则上与图2的运行特征曲线200相关联，其中当然要注意的是，视图是示意性的。相应地，所述转速特征曲线300也具有第一至第三特征曲线部段301至303，所述特征曲线部段基本上属于图2的第一至第三特征曲线部段201至203或者与其以相同的顺序相关联。转速特征曲线300具有主部段304，在所述主部段中转速特征曲线300对于全部三个变型形式那么是相同的。
此外，在此风速VW也以额定风速VN归一化，并且转速n以其额定转速nN归一化。在下部部段中示出的叶片设定角例如以角度说明，所述角度也可以具有其他值。
第一特征曲线部段301因此在小的风速Vm处开始并且随后上升到最小转速nm，或设备控制装置使风将转子提高到所述转速。随后如果风速继续升高，那么转速也继续升高，直至所述转速已经达到转速特征曲线300的主部段304。所述转速在此必须经过临界转速nK，这会引起不期望的负荷。转速特征曲线的所述第一特征曲线部段301与叶片设定角变化曲线310的第一特征曲线部段311相关联。这示出，与转速特征曲线300的第一特征曲线部段301相关联的叶片设定角在整个所观察的风速之上保持恒定。在此，示例性地以4度的转子叶片设定角绘制。
根据转速特征曲线300的第二特征曲线部段302提出，在达到最小速度Vm时，转速立即提高到启动转速nST。第二特征曲线部段302的所述启动转速nST因此处于临界转速nK之上。第二特征曲线部段302虽然与临界转速nK相交，但是在此具有带有所述临界转速nK的静态运行点。就此而言，这不同于第一特征曲线部段301，所述第一特征曲线部段具有临界运行点321，所述临界运行点形成静态运行点。在该静态运行点、即临界运行点321中，激发塔固有频率，这引起不期望的负荷。
第二特征曲线部段302与根据叶片设定角变化曲线310的第二特征曲线部段312的叶片设定角相关联，该第二特征曲线部段在开始时、即在风速VW小时具有较大值作为叶片设定角变化曲线310的主部段314。第二特征曲线部段312的所述角度在此示例性地首先以6度说明。随着风速增大，所述叶片设定角首先保持恒定，然而随后下降到主部段314的值。在该处，那么转速特征曲线300的第二特征曲线部段302达到转速特征曲线300的主部段304。
对于转速特征曲线300的特征曲线部段303也完全类似地表现，所述第三特征曲线部段在达到最小风速Vm时达到仍较高的启动转速nST从而同样如在开始那样具有距临界转速nK还更大的间距。第三特征曲线部段303与临界转速nK相交，在那里然而不具有静态运行点。那么，转速特征曲线300的第三特征曲线部段303随着风速VW升高接近转速特征曲线300的主部段304。在那里在所述第三特征曲线部段达到主部段304的位置处，所述第三特征曲线部段那么也具有与转子叶片设定角变化曲线310的主部段314相同的转子叶片设定角。在此之前，然而可见叶片设定角变化曲线310的第三特征曲线部段313，所述第三特征曲线部段与转速特征曲线300的第三特征曲线部段303相关联，并且在那里示出还更高的叶片设定角，所述叶片设定角示例性地以大约8度的值说明。
图3应特别地图解说明，明显更好地选择的启动转速nST如其也在图2中示出的那样不表明，风能设备关于风速随后启动，而是仅表明，其在其他时候启动。虽然在最小风速Vm处观察到轻微区别，其中这些不同的特征曲线启动，但所述区别是小的并且在图3中也仅绘制最小风速Vm。
图4现在示出流程图，据此所述流程400以识别框402开始。在识别框402中首先检测或识别共振频率fR。这可以通过如下方式进行：所述共振频率基于对风能设备的了解来求取。这也可以表示，所述共振频率在发展方面已经预设并且在处理计算机中实现。就此而言，流程400也可视作为控制，在所述控制中实现所阐述的流程。在该控制中也可以在制造商侧存储所述共振频率fR从而形成所述流程400中的输入变量。
在任何情况下，从风能设备的塔的所述共振频率或固有频率中在计算框404中计算临界转速nK。作为对此的计算考虑的是，假设临界转速nK对应于如下转速，所述转速具有叶片通过频率，所述叶片通过频率对应于固有频率或共振频率fR。
基于所述临界转速nK，那么在简化的启动转速框406中计算启动转速nST。这例如可以通过如下方式实现：将其设定到比临界转速nK高5％的值上。优选地，将其设定到在比临界转速高5％至25％的值上。
那么提出，附加地检测紊流量。对此，紊流强度框408求取紊流强度。这例如能够基于风速测量来进行。因此，紊流强度框408也可以称作为输入框。从这两个值、即简化的启动转速nST和紊流转速Ti中，那么在完整的启动转速框410中确定启动转速nST。
随后将这样确定的启动转速nST输入到启动工作点框412中。在启动工作点框412中，从启动转速nST中确定启动功率PST和启动转子叶片设定角αST。那么这三个值，即启动转速nST、启动功率PST和启动转子叶片设定角αST限定要设定的运行点。将所述运行点，即三个所述值提供到启动框414中。但是当存在足够大的风速VW时，才启动。这借助风框416确定，并且输入到启动框414中。替选地提出，替代检测风速，以转矩为基础并且在由于风存在预定的启动转矩时，才启动。那么对于该替选方案，风框416构成为启动转矩框。
原则上所述流程400是示意图并且全部所阐述的框也能够组合或者部分地组合，尤其在处理计算机上的相应的软件中。但是尤其应指出的是，尤其紊流强度框408和风框416可以分享相同的数据。例如，风框416可以通过相应的传感器记录风速数据并且将所述风速数据一方面提供到启动框414中，然而另一方面也为了评估传递给紊流强度框408。
在任何情况下，如果已经传递给风框416的风速是足够大的，那么根据启动框414启动风能设备。替选地，在此也可以考虑转矩并且将其与预定的启动转矩进行比较。随后，风能设备启动并且这尤其表示，首先转子叶片设定角α置于启动转子叶片设定角αST。此外将转子转速n置于启动转速nST并且此外可以将初始功率P置于启动初始功率PST。这是在启动工作点框412中确定的特别的启动条件。
但是如果风速继续升高，可以调整值。这尤其可以如通过相应的特征曲线预设的那样进行，即尤其通过如在图2中示出的转速特征曲线和如在图3的下部区域中示出的叶片设定角变化曲线。图3的转速特征曲线300基本上用于图解说明，但是不形成控制风能设备的特征曲线。在那里作为最小风速Vm绘制的启动风速但是优选地可以在启动框414中考虑。
附图标记列表：
风能设备100
塔102
吊舱104
转子106
转子叶片108
整流罩110
功率P/输出功率P
额定功率PN
最小功率Pm
启动功率PST/启动输出功率PST
转速n/转速变化曲线n/转子转速n
启动转速nST
额定转速nN
临界转速nK
最小转速/最低转速nm
运行特征曲线200
第一特征曲线部段201
第二特征曲线部段202
第三特征曲线部段203
主部段204
风速VW
额定风速VN
小的风速/最小风速Vm
叶片设定角α
定子转子叶片设定角αST
转速特征曲线300
第一特征曲线部段301
第二特征曲线部段302
第三特征曲线部段303
主部段304
叶片设定角变化曲线310
第一特征曲线部段311
第二特征曲线部段312
第三特征曲线部段313
主部段314
临界运行点321
流程图400
识别框402
共振频率fR
计算框404
简化的启动转速框406
简化的启动转速nST
紊流强度框408
紊流强度Ti
完整的启动转速框410
启动工作点框412
启动框414
风框416

Claims (22)

1.一种风能设备(100)，具有：
-塔(102)，
-空气动力学转子(106)，其中
-所述空气动力学转子(106)能够借助可改变的转子转速(n)运行，并且
-所述空气动力学转子(106)具有多个转子叶片(108)，所述转子叶片分别具有可调节的转子叶片设定角，
-用于产生电输出功率的发电机(Gen)，
其中
-为了运行所述风能设备(100)预设运行特征曲线，所述运行特征曲线说明在所述转子转速(n)和所述输出功率(P)之间的关联关系，和
-设有控制装置，所述控制装置根据所述运行特征曲线与所述转子转速(n)相关地设定所述输出功率(P)，其中
-所述运行特征曲线具有启动转速，一旦所述风能设备在风速足够时启动，则所述转子转速升高到所述启动转速，并且其中
-与所述风能设备的塔固有频率相关地，和/或
-与主风的检测到的紊流量相关地，
规定所述启动转速。
2.根据权利要求1所述的风能设备，
其特征在于，
-作为紊流量考虑紊流强度。
3.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-所述启动转速经由所述运行特征曲线与启动输出功率相关联，并且
-在所述风能设备启动时，首先设定所述启动输出功率，直至所述风速继续提高。
4.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-规定启动风速或启动转矩，和
-在风速升高到所述启动风速时，或在转子转矩升高到所述启动转矩时，
所述风能设备启动，
-以所述转子转速升高到所述启动转速，和
-设定启动输出功率。
5.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-所述启动转速通过如下方式规定：规定所述运行特征曲线或者从多个预定的运行特征曲线中选择所述运行特征曲线。
6.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-所述紊流量是代表主风的紊流程度的量，其中风越紊流，则所述紊流量越大，并且
-所述紊流量越大，则所述启动转速就选择得越大。
7.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-所述启动转速选择成，使得所述启动转速高于激发所述塔固有频率的转子转速。
8.根据权利要求7所述的风能设备，
其特征在于，
-所述启动转速选择成，使得其相关的叶片通过频率高于所述塔固有频率。
9.根据权利要求8所述的风能设备，
其特征在于，
所述叶片通过频率高于所述塔固有频率至少5％。
10.根据权利要求8所述的风能设备，
其特征在于，
所述叶片通过频率高于所述塔固有频率在5％至25％的范围中。
11.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-所述启动转速与启动转子叶片设定角相关联。
12.根据权利要求11所述的风能设备，
其特征在于，
-所述启动转速选择得越大，则所述启动转子叶片设定角选择得越大。
13.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-与所述启动转速相关地和/或与启动转子叶片设定角相关地，选择在所述启动转速下出现的叶尖速比。
14.根据权利要求13所述的风能设备，
其特征在于，
-所述启动转速选择得越大，和/或所述启动转子叶片设定角选择得越大，则所述叶尖速比就选择得越大。
15.根据权利要求1或2所述的风能设备，
其特征在于，
-在运行进行时和/或在滑行工况中，与所述紊流量相关地调整运行转速和/或运行特征曲线，以便由此设定启动转速，和/或
-从所述风能设备的运行性能中检测所述紊流量。
16.一种用于控制风能设备(100)的方法，所述风能设备具有：
-塔(102)，和
-空气动力学转子(106)，其中
-所述空气动力学转子(106)能借助变化的转子转速(n)运行，并且
-所述空气动力学转子(106)具有多个转子叶片(108)，所述转子叶片分别具有可调节的转子叶片设定角，并且
-所述风能设备具有用于产生电输出功率的发电机(Gen)，
所述方法包括如下步骤：
-利用说明在所述转子转速(n)和所述输出功率(P)之间的关联关系的预设的运行特征曲线来运行所述风能设备(100)，和
-根据所述运行特征曲线与所述转子转速(n)相关地设定所述输出功率(P)，其中
-所述运行特征曲线具有启动转速，只要所述风能设备在风速足够时启动，则所述转子转速升高到所述启动转速，并且其中
-与所述风能设备的塔固有频率相关地，和/或
-与主风的检测到的紊流量相关地，
规定所述启动转速。
17.根据权利要求16所述的方法，
其特征在于，
-规定启动风速，和
-在风速升高到所述启动风速时，
所述风能设备启动，
-所述转子转速升高到所述启动转速，和
-设定启动输出功率。
18.根据权利要求16或17所述的方法，
其特征在于，
-所述紊流量是代表主风的紊流程度的量，其中风越紊流，则所述紊流量越大，并且
-所述紊流量越大，则所述启动转速就选择得越大。
19.根据权利要求16或17所述的方法，
其特征在于，
-所述启动转速与启动转子叶片设定角相关联。
20.根据权利要求19所述的方法，
其特征在于，
-所述启动转速选择得越大，则所述启动转子叶片设定角选择得越大。
21.根据权利要求16或17所述的方法，
其特征在于，
-使用根据权利要求1至15中任一项所述的风能设备。
22.根据权利要求16所述的方法，
其特征在于，
-与紊流强度相关地，规定所述启动转速。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018100726A1 (de) * 2018-01-15 2019-07-18 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage und Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage
DE102018124084A1 (de) * 2018-09-28 2020-04-02 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, Windenergieanlage und Windpark
CN110671265B (zh) * 2019-10-24 2020-11-06 合肥鼎优电气有限公司 一种风力发电机防共振控制方法及装置
CN111502912B (zh) * 2020-04-09 2021-08-17 浙江运达风电股份有限公司 一种柔性塔架风电机组转速共振频率穿越控制方法及系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10016912C1 (de) 2000-04-05 2001-12-13 Aerodyn Eng Gmbh Turmeigenfrequenzabhängige Betriebsführung von Offshore-Windenergieanlagen
US8309248B2 (en) 2007-07-26 2012-11-13 Lg Chem, Ltd. Battery cell carrier assembly having a battery cell carrier for holding a battery cell therein
PL2113659T3 (pl) * 2008-04-29 2015-06-30 Gamesa Innovation & Tech Sl Sposób eksploatacji turbiny wiatrowej, który minimalizuje oscylacje wieży
EP2123906A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for damping tower oscillation in a wind turbine
US8093737B2 (en) * 2008-05-29 2012-01-10 General Electric Company Method for increasing energy capture in a wind turbine
DE102010041508A1 (de) * 2010-09-28 2012-03-29 Repower Systems Se Drehzahlanpassung einer Windenergieanlage
US8566838B2 (en) 2011-03-11 2013-10-22 Novell, Inc. Techniques for workload coordination
DE102011006670A1 (de) * 2011-04-01 2012-10-04 Aloys Wobben Windenergieanlage und Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
US9453499B2 (en) * 2011-12-30 2016-09-27 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine generator with adaptive locked speed operation
DK179069B1 (en) * 2015-09-04 2017-10-02 Envision Energy Denmark Aps A wind turbine and a method of operating a wind turbine with a rotational speed exclusion zone
CN106704103B (zh) * 2017-01-05 2019-12-17 华北电力大学 一种基于叶片参数自学习的风电机组功率曲线获取方法
DE102018100726A1 (de) * 2018-01-15 2019-07-18 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlage und Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage

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