DD252641A1 - Regeleinrichtung fuer windkraftanlagen - Google Patents

Abstract

Die Regeleinrichtung kann zur Drehzahlregelung und Sturmsicherung von Windkraftanlagen mit horizontal angestroemtem Windrad, dessen Propellerblaetter verstellbar sind, eingesetzt werden. Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und die Windkraft optimal ausnutzende, auf die Propellerblaetter wirkende Regeleinrichtung zu schaffen, die unabhaengig von der jeweiligen Windkraft eine konstante vorgegebene Nenndrehzahl garantiert und eine Ueberlastung der Anlage verhindert. Die Loesung sieht die Steuerung des Anstellwinkels der Propellerblaetter der Windkraftanlage in Abhaengigkeit vom an der Propellerwelle auftretenden infolge unterschiedlicher Windlast sich ergebenden Drehmoment vor. Die Ermittlung der Drehmomentgroesse wird ueber zwei auf der Propellerwelle im Abstand 1 voneinander entfernt angeordnete Impulsgeber durch registrieren eines Abstandes zwischen den Marken der beiden Impulstraeger in Drehrichtung der Propellerwelle als Verdrehwinkel infolge auftretender Torsion der Propellerwelle realisiert. Parallel dazu wird ueber einen weiteren Impulsgeber eine Drehzahlkontrolle durchgefuehrt. Die so gewonnenen Groessen werden in einer elektronischen Schaltung zur Stellgroesse umgewandelt, verstaerkt und einem Stellmotor zugefuehrt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Windkraftanlagen mit horizontal angeströmtem Windrad, deren Propellerblätter zum Zwecke der Drehzahlregelung und Sturmsicherung verstellbar durch eine Drehmomentmeßeinrichtung ausgeführt sind und durch Hilfselemente in Wechselbeziehung zur Regeleinrichtung stehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Allgemein sind Windkraftanlagen mit verstellbaren Propellerblättern bekannt. Ihre Verstellung erfolgt mittels separater mechanischer oder hydraulischer Verstellmechanismen oder selbsttätig sich auf einen günstigen Anströmwinkel der Propellerblätter einstellender Verstellmechanismen auf der Basis mechanischer Wirkprinzipien (WP 221505 DD).

Zur Steuerung des günstigen Anströmwinkels der Propellerblätter mit Hilfe einer Drehmomentenmeßeinrichtung liegen bisher keine Lösungen vor. Für die Messung von Drehmomenten sowie durch Verknüpfung von Drehmoment und Drehzahl für die Leistungsmessung stehen mehrere Verfahren, wie die Phasenwinkelverfahren mit sinusförmigen oder mit impulsförmigen Meßspannungen und Spannungsänderungsverfahren zur Verfügung.

Für diese Verfahren bildet die Verdrehung einer Meßlänge den Träger der Meßinformationen. Sie nutzen die Antriebs- oder Abtriebswelle als elastischen Verformungskörper und dienen im allgemeinen der Überwachung von Getriebe- oder Motorenanlagen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache und die Windkraft optimal ausnutzende, auf die Propellerblätter wirkende Regeleinrichtung zu schaffen, die unabhängig von der jeweiligen Windkraft eine konstante vorgegebene Nenndrehzahl garantiert und eine Überlastung der Anlage verhindert sowie ein günstiges Anlaufverhalten bei kleinen Windgeschwindigkeiten zeigt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine indirekte mit den Propellerblättern in Wirkbeziehung stehende Regeleinrichtung zur Konstanthaltung einer vorgegebenen Drehzahl zu entwickeln. Die Propellerblätter sollen dazu in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Windenergie stets einen optimalen Anstellwinkel einnehmen. Ausgehend von einer optimalen Ausgangsstellung der Propellerblätter in der Anlaufphase soll die Regeleinrichtung die jeweils günstigen Anströmwinkel bis zur Sturmstellung und Ruhelage des Propellers steuern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerung des Anstellwinkels der Propellerblätter der Windkraftanlage in Abhängigkeit vom an der Propellerantriebswelle auftretenden infolge unterschiedlicher Windlast sich ergebenden Drehmoment erfolgt. Die Ermittlung der Drehmomentgröße wird über zwei auf der Propellerwelle in Abstand voneinander entfernt angeordnete Impulsträger und jeweils fest angeordneten, zueinander unbeweglich im Gehäuse angebrachten Impulsgeber/Impulsaufnehmer durch Registrieren eines Abstandes zwischen den Marken der beiden Impulsträger in Dreh richtung der Propellerwelle als Verdrehwinkel infolge auftretenderTorsion der Propellerwelle realisiert. Die Registrierung des dem Drehmoment proportionalen Abstandes zwischen Marken bzw. des Verdrehungswinkels kann über elektrische oder optoelektronische Meßverfahren erfolgen.

Entsprechend des vorgegebenen funktionalen Zusammenhanges zwischen erreichbarer Leistung, Drehmoment und Propellerstellwinkel bei konstanter Drehzahl erfolgt die Ermittlung der Stellgröße, dabei soll bei optimaler Ausnutzung der Windenergie eine maximale Leistung erreicht werden. Eine Verstärkung der Stellgröße zur Einstellung der einzelnen in einer Propellernabe axial verstellbar angeordneten Propellerblätter, die gegenüber der Nabe über ein gemeinsames von außen verstellbares Koppelglied kinematisch wirkungsverbunden sind, kann mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen, z. B. über einen von außen ansteuerbaren mit dem Koppelglied verbundenen Stellmotor. Die vorgeschlagene Regeleinrichtung hat den Vorteil, daß auf Grund des großen Arbeitsbereiches der Anlage, eine optimale Ausnutzung der Windenergie erfolgt, bei weitgehender Konstanthaltung einer bestimmten Nenndrehzahl. Gleichzeitig wird bei Windschwankungen eine zeitweilige Energiespeicherung zur Kompensation der Drehzahlschwankungen erfolgreich genutzt. Damitwird eine hohe Laufruhe der Anlage gewährleistet.

Ausführungsbeispiel -

Die Erfindung soll anhand eines Beispieles beschrieben werden. Auf der Propellerantriebswelle 1 einer Windkraftanlage sind Impulsträger 2,3 und 4 angeordnet. Zwischen den Impulsträgern 2 und 3 besteht ein Abstand 1. Zur Feststellung des jeweiligen Drehmomentes sind die Impulsträger 2 und 3 über Impulsgeber/Impulsaufnehmer 5, Impulsaufbereiter 6, Schalter 7, UND-Glied 8 und Impulszähler/Speicher 9 mit einer Regeleinrichtung der Stellgröße 10 verbunden. Parallel dazu wird eine Drehzahlkontrolle mit dem Impulsträger 4, der mit einem Impulsgeber/Impulsaufnehmer 5, Impulsaufbereiter 6 verbunden ist, durchgeführt. Der Impulsaufbereiter 6 steht dabei einerseits mit dem Schalter 7 und andererseits über einen Impulszähler/ Speicher 9 mit Zeitbasis 11 mit der Regeleinrichtung der Stellgröße 10 in Verbindung. Die Regeleinrichtung der Stellgröße 10 ist ihrerseits über einen Stellgrößenverstärker 12 mit einem Stellmotor 13 verbunden. An die Regeleinrichtung der Stellgröße 10 ist eine Vorgabe für den funktionalen Zusammenhang für Drehzahl, Drehmoment und Anstellwinkel 14, Vorgabe für Anstellwinkel/ Sturmstellung 15 und eine Handsteuerung 16 angeschlossen.

Claims (2)

1. Regeleinrichtung für Windkraftanlagen, insbesondere zur Drehzahlregelung, Drehzahlkonstanthaltung und Sturmsicherung, vorzugsweise bei horizontal angeströmten Propellern in Abhängigkeit der angreifenden Windkraft, gekennzeichnet dadurch, daß auf der Propellerantriebswelle (1) Impulsträger (2; 3; 4) angeordnet sind, wobei zwischen den Impulsträgern (2; 3) ein Abstand (1) besteht und diese durch Impulsgeber/Impulsaufnehmer (5) über Impulsaufbereiter (6), Schalter (7), Und-Glied (8) und Impulszähler/Speicher (9) mit einer Regeleinrichtung der Stellgröße (10) verbunden ist und parallel dazu eine Drehzahlkontrolle mit dem Impulsträger (4), der mit einem Impulsgeber/Impulsaufnehmer (5), Impulsaufbereiter (6) und dann einerseits mit Schalter (7) und andererseits über ein Impulszähler/Speicher (9) mit Zeitbasis mit der Regeleinrichtung der Stellgröße (10) in Verbindung steht, die ihrerseits über einen Stellgrößenverstärker (12) mit einem Stellmotor (13) verbunden ist.

2. Regeleinrichtung für Windkraftanlagen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Regeleinrichtung der Stellgröße (10) mit einer Vorgabe, Drehmoment und Anstellwinkel (14), Vorgabe für Anfahrwinkel/Sturmstellung (15) und Handsteuerung (16) verbunden ist.