DE102018009230A1 - Method and system for operating a wind turbine - Google Patents
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Abstract
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, die einen um eine Rotorachse (R) drehbaren Rotor (130) mit wenigstens zwei individuell um ihre Blattachse (B) verstellbaren Rotorblättern (30) und einen Nachführantrieb (20) zum Windnachführen des Rotors um eine Gierachse (G) aufweist, werden in einem Nachführbetriebsmodus Blattwinkel der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt (S40, S60), wobei eine Amplitude dieser Blattwinkelverstellung um oder auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird (S55), falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Reduzier-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweist; und/oder um oder auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze aufweist. In a method according to the invention for operating a wind power plant, which has a rotor (130) which can be rotated about a rotor axis (R) with at least two rotor blades (30) which can be individually adjusted about its blade axis (B) and a tracking drive (20) for wind tracking of the rotor about a yaw axis (G), blade angles of the rotor blades are adjusted in a tracking operating mode about their blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive (S40, S60), an amplitude of this blade angle adjustment being reduced by or to a predetermined value (S55) if a yaw rate of the Rotor lies around the yaw axis in a predetermined reduction speed range, which has a lower reduction speed limit; and / or increased by or to a predetermined value if a yaw rate of the rotor about the yaw axis lies in a predetermined increase speed range which has an upper increase speed limit.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Betreiben einer Windenergieanlage sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method and system for operating a wind energy installation and a computer program product for carrying out the method.
Bei Windenergieanlagen, die einen um eine horizontale Rotorachse drehbaren Rotor mit Rotorblättern aufweisen, ist es an sich bekannt, mithilfe eines Nachführantriebes den Rotor um eine vertikale Gierachse zu verdrehen, um eine Abweichung zwischen seiner Rotorachse und einer variierenden Windrichtung zu reduzieren („Windnachführen“).In wind turbines that have a rotor with rotor blades that can be rotated about a horizontal rotor axis, it is known per se to use a tracking drive to rotate the rotor about a vertical yaw axis in order to reduce a deviation between its rotor axis and a varying wind direction (“wind tracking”) .
Insbesondere mit zunehmenden Rotordurchmessern steigen die Belastungen solcher Nachführantriebe.In particular, with increasing rotor diameters, the loads on such tracking drives increase.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb einer Windenergieanlage zu verbessern.The object of the present invention is to improve the operation of a wind turbine.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 6, 7 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Claims 6, 7 provide protection for a system or computer program product for carrying out a method described here. The subclaims relate to advantageous further developments.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Windenergieanlage einen Rotor auf, der, in einer Ausführung an, insbesondere in, einer Gondel, um eine Rotorachse drehbar (gelagert) ist.According to one embodiment of the present invention, a wind energy installation has a rotor which, in one embodiment, in particular in a nacelle, is rotatable (mounted) about a rotor axis.
In einer Ausführung ist der Rotor mit einem Generator zur Umsetzung von Wind- in elektrische Energie gekoppelt bzw. weist einen Generator auf, in einer Ausführung ist die Windenergieanlage zur Einspeisung von elektrischer Energie in ein Stromnetz vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird hierzu verwendet.In one embodiment, the rotor is coupled to a generator for converting wind energy into electrical energy or has a generator, in one embodiment the wind energy installation is provided for feeding electrical energy into a power grid, in particular it is set up or is used for this purpose.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Rotor wenigstens zwei, insbesondere wenigstes drei, Rotorblätter auf, die bzw. deren Blattwinkel, insbesondere mithilfe einer, in einer Ausführung motorischen, insbesondere elektromotorischen, und/oder hydraulischen, Blattverstelleinrichtung, individuell bzw. separat um ihre (jeweilige) Blattachse verstell- bzw. -drehbar sind bzw. verstellt bzw. -dreht werden, in einer Ausführung (auch) während des Betriebs bzw. bei um seine Rotorachse rotierendem Rotor.According to an embodiment of the present invention, the rotor has at least two, in particular at least three, rotor blades, which or their blade angles, in particular with the aid of a blade adjustment device which is motorized, in particular electromotive, and / or hydraulic, individually or separately around their (respective) blade axes are adjustable or rotatable or are adjusted or rotated, in one embodiment (also) during operation or with the rotor rotating about its rotor axis.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Windenergieanlage einen Nachführantrieb auf, der in einem Nachführbetriebsmodus den Rotor bzw. dessen Rotorachse, insbesondere die Gondel gegenüber einem Turm, auf dem diese drehbar angeordnet ist, um eine Gierachse derart bzw. mit der Maßgabe verstellt, dass eine Abweichung zwischen der Rotorachse und einer, in einer Ausführung erfassten oder prognostizierten, insbesondere aktuellen, Windrichtung, insbesondere in einer Horizontalebene, reduziert wird („Windnachführen des Rotors“) bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.According to one embodiment of the present invention, the wind energy installation has a tracking drive which, in a tracking operating mode, adjusts the rotor or its rotor axis, in particular the nacelle relative to a tower on which it is rotatably arranged, about a yaw axis in such a way or with the proviso that a deviation between the rotor axis and a wind direction recorded, or predicted, in one embodiment, in particular current wind direction, in particular in a horizontal plane, is reduced (“wind tracking of the rotor”) or is provided for this, in particular is set up or used.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage verbessert werden.In one embodiment, this can improve the conversion of wind energy into mechanical or electrical power by the wind energy installation.
Die Gierachse schließt in einer Ausführung mit einer Gravitationsrichtung einen Winkel ein, der höchstens 30°, insbesondere höchstens 15°, beträgt. In einer Ausführung ist die Gierachse, wenigstens im Wesentlichen, vertikal (ausgerichtet).In an embodiment with a direction of gravity, the yaw axis encloses an angle which is at most 30 °, in particular at most 15 °. In one embodiment, the yaw axis is, at least substantially, vertical (aligned).
Zusätzlich oder alternativ schließt die Rotorachse in einer Ausführung mit einer bzw. der Gravitationsrichtung einen Winkel ein, der wenigstens 60°, insbesondere wenigstens 75°, und/oder höchstens 120°, insbesondere höchstens 105° beträgt. In einer Ausführung ist die Rotorachse, wenigstens im Wesentlichen, horizontal (ausgerichtet), in einer Weiterbildung (leicht) gegen die Horizontale geneigt, vorzugsweise um wenigstens 2° und/oder höchstens 10°.Additionally or alternatively, the rotor axis forms an angle with one or the direction of gravity, which is at least 60 °, in particular at least 75 °, and / or at most 120 °, in particular at most 105 °. In one embodiment, the rotor axis is at least substantially horizontally (aligned), in a further development (slightly) inclined against the horizontal, preferably by at least 2 ° and / or at most 10 °.
Zusätzlich oder alternativ schließt die Rotorachse in einer Ausführung mit der Gierachse einen Winkel ein, der wenigstens 60°, insbesondere wenigstens 75°, und/oder höchstens 120°, insbesondere höchstens 105° beträgt. In einer Ausführung stehen Rotor- und Gierachse, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht aufeinander.Additionally or alternatively, the rotor axis in one embodiment forms an angle with the yaw axis which is at least 60 °, in particular at least 75 °, and / or at most 120 °, in particular at most 105 °. In one embodiment, the rotor and yaw axes are at least essentially perpendicular to one another.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage (weiter) verbessert werden.In one embodiment, this can (further) improve the conversion of wind energy into mechanical or electrical power by the wind energy installation.
In einer Ausführung weist der Nachführantrieb einen oder mehrere Elektro- und/oder Hydraulikmotor(en) zum elektromotorischen bzw. hydraulischen Windnachführen des Rotors bzw. der Gondel um die Gierachse bzw. gegenüber dem Turm auf, in einer Ausführung mithilfe eines ein- oder mehrstufigen Getriebes. In einer Ausführung weist die Windenergieanlage wenigstens eine, insbesondere mechanische, elektrische und/oder hydraulische, Feststellbremse zum Fixieren einer (Winkel)Stellung des Rotors bzw. der Gondel um die Gierachse bzw. gegenüber dem Turm auf.In one embodiment, the tracking drive has one or more electric and / or hydraulic motor (s) for electromotive or hydraulic wind tracking of the rotor or nacelle around the yaw axis or opposite the tower, in one embodiment with the aid of a single-stage or multi-stage transmission . In one embodiment, the wind energy installation has at least one, in particular mechanical, electrical and / or hydraulic, parking brake for fixing an (angular) position of the rotor or the nacelle around the yaw axis or with respect to the tower.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse derart bzw. mit der Maßgabe verstellt, dass (hierdurch) eine Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb unterstützt wird.According to an embodiment of the present invention, the blade angles of the rotor blades are changed by their (respective) Blade axis adjusted in such a way or with the proviso that a wind tracking movement is supported by the tracking drive.
In einer Ausführung werden die Blattwinkel zyklisch bzw. periodisch mit der Drehzahl des Rotors um seine Rotorachse („Rotordrehzahl“) verstellt, wobei in einer Ausführung die individuellen (Amplituden dieser) Blattwinkelverstellung(en) der einzelnen Rotorblätter gegeneinander um die Rotorachse phasenverschoben sind, in einer Ausführung um einen konstanten Winkel, der in einer Ausführung gleich 360° dividiert durch die Anzahl der Rotorblätter ist.In one embodiment, the blade angles are cyclically or periodically adjusted with the speed of the rotor about its rotor axis (“rotor speed”), in one embodiment the individual (amplitudes of this) blade angle adjustment (s) of the individual rotor blades are mutually phase-shifted about the rotor axis, in a version by a constant angle, which in one version is equal to 360 ° divided by the number of rotor blades.
Dem liegt die Idee zugrunde, dass durch eine solche Blattwinkelverstellung aerodynamisch ein Drehmoment um die Gierachse induziert werden kann, welches vorteilhaft zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb genutzt werden kann.This is based on the idea that such a blade angle adjustment can aerodynamically induce a torque about the yaw axis, which torque can advantageously be used to support the wind tracking movement by the tracking drive.
Auf diese Weise können in einer Ausführung Lasten des Nachführantriebs reduziert, insbesondere also mit gleichbleibenden Nachführantrieben größere Windenergieanlagen bzw. gleichbleibende Windenergieanlagen mit kleineren Nachführantrieb(slast)en betrieben werden.In this way, loads of the tracking drive can be reduced in one embodiment, in particular larger wind power plants or constant wind power plants with smaller tracking drives (slast) can therefore be operated with constant tracking drives.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zum bzw. beim Betreiben der Windenergieanlage in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt, wobei eine Amplitude dieser Blattwinkelverstellung, insbesondere gegenüber einem Referenzwert, um oder auf einen vorgegebenen (ersten Reduzier-)Wert reduziert wird, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors, insbesondere seiner Rotorachse, um die Gierachse, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, in einem vorgegebenen, in einer Ausführung einstellbaren, (ersten) Reduzier-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine (erste) untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweist, insbesondere durch diese (nach unten) begrenzt ist.According to an embodiment of the present invention, the blade angles of the rotor blades are adjusted about their (respective) blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive when the wind power installation is operated in the tracking operating mode, an amplitude of this blade angle adjustment, in particular with respect to a reference value, around or on a predetermined (first reduction) value is reduced if a yaw rate of the rotor, in particular its rotor axis, about the yaw axis, in particular in terms of magnitude or signed, lies in a predetermined (adjustable) design (first) reduction speed range which is a ( first) has the lower speed limit, in particular is limited by this (down).
Zusätzlich oder alternativ werden nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zum bzw. beim Betreiben der Windenergieanlage in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt, wobei eine Amplitude dieser Blattwinkelverstellung, insbesondere gegenüber einem bzw. dem Referenzwert, um oder auf einen vorgegebenen (ersten Erhöhungs-)Wert erhöht wird, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, in einem vorgegebenen, in einer Ausführung einstellbaren, (ersten) Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine (erste) obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze aufweist, insbesondere durch diese (nach oben) begrenzt ist.Additionally or alternatively, according to an embodiment of the present invention for or when operating the wind energy plant in the tracking operating mode, the blade angles of the rotor blades are adjusted about their (respective) blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive, an amplitude of this blade angle adjustment, in particular with respect to or the reference value, by or to a predetermined (first increase) value, if a yaw rate of the rotor about the yaw axis, in particular in terms of magnitude or signed, is within a predetermined (adjustable) embodiment (first) increase speed range that is one Has (first) upper increase speed limit, in particular is limited by this (up).
In einer Ausführung weist die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb den, in einer Ausführung ermittelten, insbesondere konstanten, insbesondere einstellbaren, oder variablen, Referenzwert auf, falls die Giergeschwindigkeit unterhalb des (ersten) Reduzier-Geschwindigkeitsbereichs bzw. der (ersten) unteren Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze und/oder oberhalb des (ersten) Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereichs bzw. der (ersten) oberen Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze, insbesondere innerhalb eines Normal-Geschwindigkeitsbereichs, liegt, sowie den demgegenüber reduzierten (ersten Reduzier-)Wert, falls die Giergeschwindigkeit innerhalb des (ersten) Reduzier-Geschwindigkeitsbereichs liegt und/oder den demgegenüber erhöhten (ersten Erhöhungs-)Wert, falls die Giergeschwindigkeit innerhalb des (ersten) Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereichs liegt.In one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive has the reference value determined in one embodiment, in particular constant, in particular adjustable, or variable, if the yaw rate is below the (first) reduction speed range or the (first) ) lower reduction speed limit and / or above the (first) increase speed range or the (first) upper increase speed limit, in particular within a normal speed range, and the reduced (first reduction) value, if the yaw rate is within the (first) reduction speed range and / or the (first increase) value, in contrast, if the yaw rate is within the (first) increase speed range.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass durch eine solche stufenförmige Reduzierung bzw. Erhöhung in einer Ausführung ein stabile(re)s Betriebsverhalten bei gleichzeitig vorteilhafter Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage realisiert werden kann.This is based in particular on the idea that such a step-like reduction or increase in one embodiment can achieve stable (re) s operating behavior while at the same time advantageously converting wind energy into mechanical or electrical power by means of the wind energy installation.
In einer Ausführung wird die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb stufenförmig um bzw. auf den (ersten) Reduzier-Wert reduziert bzw. heruntergestuft, wenn die Giergeschwindigkeit, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, die (erste) untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze überschreitet. Zusätzlich oder alternativ wird die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb in einer Ausführung stufenförmig um bzw. auf den (ersten) Erhöhungs-Wert erhöht bzw. hochgestuft, wenn die Giergeschwindigkeit, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, die (erste) obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze unterschreitet.In one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment in order to support a wind tracking movement is gradually reduced or downgraded by the tracking drive to the (first) reduction value if the yaw rate, in particular in terms of amount or sign, exceeds the (first) lower reduction speed limit . Additionally or alternatively, the amplitude of the blade angle adjustment in order to support a wind tracking movement by the tracking drive is gradually increased or upgraded in one embodiment to or to the (first) increase value if the yaw rate, in particular in terms of amount or sign, increases the (first) upper increase - Speed limit is below.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, bei einer (zu) hohen Giergeschwindigkeit die Unterstützung einer durch den Nachführantrieb induzierten Windnachführbewegung durch die Blattwinkelverstellung zu reduzieren bzw. bei einer (zu) niedrigen Giergeschwindigkeit die Unterstützung einer durch den Nachführantrieb induzierten Windnachführbewegung durch die Blattwinkelverstellung zu erhöhen.This is based in particular on the idea of reducing the support of a wind tracking movement induced by the tracking drive by the blade angle adjustment in the case of a (too) high yaw rate or increasing the support of a wind tracking motion induced by the tracking drive on the blade angle adjustment at a (too) low yaw rate.
In einer Ausführung ist bzw. sind im Nachführbetriebsmodus kein oder wenigstens ein Reduzier-Geschwindigkeitsbereich, insbesondere wenigstens zwei Reduzier-Geschwindigkeitsbereiche, und/oder höchstens vier Reduzier-Geschwindigkeitsbereiche, in einer bevorzugten Ausführung genau ein Reduzier-Geschwindigkeitsbereich oder genau zwei Reduzier-Geschwindigkeitsbereiche, vorgesehen, für die die Amplitude der Blattwinkelverstellung (jeweils) geschwindigkeitsbereichspezifisch bzw. um bzw. auf den entsprechenden (geschwindigkeitsbereichspezifischen Reduzier-)Wert reduziert wird. In one embodiment, no or at least one reducing speed range, in particular at least two reducing speed ranges, and / or at most four reducing speed ranges, or in a preferred embodiment exactly one reducing speed range or exactly two reducing speed ranges, is or are provided in the tracking operating mode , for which the amplitude of the blade angle adjustment is (in each case) speed range-specific or reduced by or to the corresponding (speed range-specific reduction) value.
Zusätzlich oder alternativ ist bzw. sind in einer Ausführung im Nachführbetriebsmodus kein oder wenigstens ein Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich, insbesondere wenigstens zwei Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereiche, und/oder höchstens vier Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereiche, in einer bevorzugten Ausführung genau ein Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich oder genau zwei Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereiche, vorgesehen, für die die Amplitude der Blattwinkelverstellung (jeweils) geschwindigkeitsbereichspezifisch bzw. um bzw. auf den entsprechenden (geschwindigkeitsbereichspezifischen Erhöhungs-)Wert erhöht wird.Additionally or alternatively, in an embodiment in the tracking operating mode, no or at least one increase speed range, in particular at least two increase speed ranges, and / or at most four increase speed ranges, in a preferred embodiment exactly one increase speed range or exactly two increase speed ranges. Speed ranges are provided for which the amplitude of the blade angle adjustment is (in each case) speed range-specific or increased by or to the corresponding (speed range-specific increase) value.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass durch eine solche stark begrenzte Geschwindigkeitsbereichs- bzw. Stufen(an)zahl in einer Ausführung ein besonders stabiles Betriebsverhalten bei gleichzeitig vorteilhafter Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage realisiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ können hierdurch in einer Ausführung eine Sensorik und/oder Betriebsführung robust(er) ausgestaltet und/oder bereits vorhandene Windenergieanlagen vorteilhaft, vorzugsweise ohne oder mit geringe(re)n Hardware-Änderungen nachgerüstet und/oder Auswirkungen im Fehlerfall begrenzt und/oder leicht(er) beherrscht werden.This is based in particular on the idea that such a very limited speed range or number of steps (in number) in one embodiment enables particularly stable operating behavior to be achieved with the wind energy installation at the same time advantageously converting wind energy into mechanical or electrical power. Additionally or alternatively, in one embodiment, sensors and / or operational management can be designed to be robust and / or existing wind turbines can be advantageously retrofitted, preferably without or with minor hardware changes, and / or the effects in the event of a fault are limited and / or to be easily mastered.
Entsprechend werden in einer Ausführung in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel verstellt, wobei die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb um oder auf einen vorgegebenen (zweiten Reduzier-)Wert reduziert wird, falls die Giergeschwindigkeit, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, in einem vorgegebenen, in einer Ausführung einstellbaren, zweiten Reduzier-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine zweite untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweist, insbesondere durch diese (nach unten) begrenzt ist, und/oder um oder auf einen vorgegebenen (zweiten Erhöhungs-)Wert erhöht wird, falls die Giergeschwindigkeit, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, in einem vorgegebenen, in einer Ausführung einstellbaren, zweiten Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine zweite obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze aufweist, insbesondere durch diese (nach unten) begrenzt ist.Accordingly, in an embodiment in the tracking operating mode, the blade angles are adjusted, the amplitude of the blade angle adjustment being reduced by or to a predetermined (second reduction) value in support of a wind tracking movement by the tracking drive if the yaw rate, in particular in terms of amount or sign, is reduced to a predetermined value , in an embodiment adjustable second reduction speed range, which has a second lower reduction speed limit, in particular limited by this (down), and / or is increased by or to a predetermined (second increase) value if the Yaw rate, in particular in terms of amount or sign, lies in a predetermined, adjustable, second increase speed range, which has a second upper increase speed limit, in particular limited by this (down).
Der erste bzw. zweite Reduzier-Geschwindigkeitsbereich kann in einer Ausführung einseitig bzw. nach oben offen sein oder eine (erste bzw. zweite) obere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweisen bzw. durch diese (nach oben) begrenzt sein. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung der erste bzw. zweite Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich einseitig bzw. nach unten offen sein oder eine (erste bzw. zweite) untere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze aufweisen bzw. durch diese (nach unten) begrenzt sein. In einer Ausführung ist die zweite untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze gleich der ersten oberen Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze und/oder die zweite obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze gleich der ersten unteren Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze. In einer Ausführung kann die erste oder zweite obere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze gleich einer maximal möglichen oder zulässigen Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse oder auch (theoretisch bzw. mathematisch) unendlich bzw. wie bereits erwähnt der erste bzw. zweite Reduzier-Geschwindigkeitsbereich nach oben offen sein. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung die erste oder zweite untere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze gleich Null oder negativ sein. Dadurch werden in einer Ausführung vorteilhaft auch (seltene) Fälle abgedeckt, bei denen der Rotor, zum Beispiel durch unerwartete Turbulenzen oder dergleichen, in eine der gewünschten Nachführbewegung entgegengesetzten Richtung gedrückt wird. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung die (erste) obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze kleiner als die (erste) untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze, insbesondere können/kann die (erste) untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze und/oder die (erste) obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze einen Normal-Geschwindigkeitsbereich begrenzen, in dem ein Referenzwert der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb weder reduziert noch erhöht wird.In one embodiment, the first or second reduction speed range can be open on one side or upwards or have a (first or second) upper reduction speed limit or be limited by this (up). Additionally or alternatively, in one embodiment, the first or second increase speed range can be open on one side or downwards or have a (first or second) lower increase speed limit or be limited by this (downwards). In one embodiment, the second lower speed limit is equal to the first upper speed limit and / or the second upper speed limit is equal to the first lower speed limit. In one embodiment, the first or second upper reduction speed limit can be equal to a maximum possible or permissible yaw rate of the rotor about the yaw axis or also (theoretically or mathematically) infinitely or, as already mentioned, the first or second reduction speed range can be open at the top . Additionally or alternatively, in one embodiment the first or second lower increase speed limit may be zero or negative. In one embodiment, this also advantageously covers (rare) cases in which the rotor is pressed in a direction opposite to the desired tracking movement, for example due to unexpected turbulence or the like. Additionally or alternatively, in one embodiment, the (first) upper increase speed limit is smaller than the (first) lower reduce speed limit, in particular the (first) lower reduce speed limit and / or the (first) upper increase speed limit Limit the normal speed range in which a reference value of the amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive is neither reduced nor increased.
In einer Ausführung wird die Amplitude der Blattwinkelverstellung bei Überschreiten der ersten unteren Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze um den ersten Reduzier-Wert reduziert und bei Überschreiten der (höheren) zweiten unteren Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze nochmals um denselben oder einen hiervon verschiedenen Reduzier-Wert reduziert. In einer Ausführung wird die Amplitude der Blattwinkelverstellung bei Überschreiten der ersten unteren Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze auf den ersten Reduzier-Wert reduziert und bei Überschreiten der (höheren) zweiten unteren Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze auf den zweiten Reduzier-Wert reduziert, der kleiner als der erste Reduzier-Wert ist. In one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment is reduced by the first reduction value when the first lower reduction speed limit is exceeded and, when the (higher) second lower reduction speed limit is exceeded, reduced again by the same or a different reduction value. In one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment is reduced to the first reduction value when the first lower reduction speed limit is exceeded and is reduced to the second reduction value which is smaller than the first reduction speed when the (higher) second lower reduction speed limit is exceeded. Is worth.
In einer Ausführung wird die Amplitude der Blattwinkelverstellung bei Unterschreiten der ersten oberen Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze um den ersten Erhöhungs-Wert reduziert und bei Unterschreiten der (niedrigeren) zweiten oberen Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze nochmals um denselben oder einen hiervon verschiedenen Erhöhungs-Wert reduziert. In einer Ausführung wird die Amplitude der Blattwinkelverstellung bei Unterschreiten der ersten unteren Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze auf den ersten Erhöhungs-Wert reduziert und bei Unterschreiten der (niedrigeren) zweiten unteren Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze auf den zweiten Erhöhungs-Wert reduziert, der kleiner als der erste Erhöhungs-Wert ist.In one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment is reduced by the first increase value when the first upper increase speed limit is undershot and once again fall below the (lower) second upper increase speed limit by the same or a different increase value. In one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment is reduced to the first increase value when the first lower increase speed limit is undershot and is reduced to the second increase value when the (lower) second lower increase speed limit is undershot, which is less than the first increase value. Is worth.
In einer Ausführung erstreckt sich der erste und/oder zweite Reduzier- und/oder Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich und/oder der Normal-Geschwindigkeitsbereich (jeweils) über wenigstens 0,05° pro Sekunde [°/s], insbesondere wenigstens 0,1° pro Sekunde, in einer Ausführung wenigstens 0,2° pro Sekunde.In one embodiment, the first and / or second reduction and / or increase speed range and / or the normal speed range (in each case) extends over at least 0.05 ° per second [° / s], in particular at least 0.1 ° per Second, in one version at least 0.2 ° per second.
Dadurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr der vorstehend genannten Ausführungen, ein besonders stabiles Betriebsverhalten bei gleichzeitig vorteilhafter Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage realisiert werden.As a result, in one version, in particular in a combination of two or more of the above-mentioned versions, particularly stable operating behavior can be achieved with the wind power plant advantageously converting wind energy into mechanical or electrical power.
In einer Ausführung weist das Verfahren die, in einer Ausführung chronologischen bzw. aufeinanderfolgenden, Schritte:
- - Ermitteln eines Windnachführbedarfs, in einer Ausführung mittels Ermitteln, insbesondere messtechnisches Erfassen, einer Abweichung zwischen einer, insbesondere aktuellen oder gemittelten, Windrichtung und der Rotorachsrichtung, insbesondere deren horizontaler Komponente;
- - Ermitteln der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb, insbesondere des Referenzwertes, in einer Ausführung auf Basis einer insbesondere empirisch und/oder mithilfe einer Simulation, vorgegebenen, insbesondere abgespeicherten und/oder einstellbaren, Abbildung von Windnachführbedarfswerten auf einen oder mehrere Blattwinkelverstellungsamplitudenwerte, insbesondere mithilfe eines Kennfeldes oder dergleichen;
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser ermittelten Amplitude
- - Ermitteln, insbesondere messtechnisches Erfassen oder Prognostizieren, eines Ist-Wertes der Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse; wenigstens einen der Schritte:
- - stufenförmiges Reduzieren der ermittelten Amplitude, falls der Ist-Wert eine oder mehrere vorgegebene, insbesondere einstellbare (untere Reduzier-)Geschwindigkeitsgrenzen überschreitet; und/oder
- - stufenförmiges Erhöhen der ermittelten Amplitude, falls der Ist-Wert eine oder mehrere vorgegebene, insbesondere einstellbare (obere Erhöhungs-)Geschwindigkeitsgrenzen unterschreitet; sowie den Schritt:
- - (gegebenenfalls) Ein- bzw. Verstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser ermittelten und um eine oder mehrere Stufen reduzierten bzw. erhöhten Amplitude auf.
- - Determining a wind tracking requirement, in one embodiment by means of determining, in particular measuring, a deviation between a, in particular current or averaged, wind direction and the rotor axis direction, in particular its horizontal component;
- - Determining the amplitude of the blade angle adjustment to support the wind tracking movement by the tracking drive, in particular the reference value, in an embodiment based on an, in particular empirically and / or with the aid of a simulation, predetermined, in particular stored and / or adjustable, mapping of wind tracking requirement values onto one or more blade angle adjustment amplitude values , in particular with the aid of a map or the like;
- - Setting the individual blade angle of the rotor blades based on this determined amplitude
- - Determining, in particular metrological recording or forecasting, an actual value of the yaw rate of the rotor about the yaw axis; at least one of the steps:
- - Step-like reduction of the determined amplitude if the actual value exceeds one or more predetermined, in particular adjustable (lower reduction) speed limits; and or
- - Gradually increasing the determined amplitude if the actual value falls below one or more predetermined, in particular adjustable (upper increase) speed limits; as well as the step:
- - (If necessary) adjusting or adjusting the individual blade angles of the rotor blades on the basis of the amplitude determined and reduced or increased by one or more steps.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Betreiben der Windenergieanlage, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- - Mittel zum Verstellen von Blattwinkeln der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb in einem Nachführbetriebsmodus sowie wenigstens eines von:
- - Mittel zum Reduzieren einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung um oder auf einen vorgegebenen Wert, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Reduzier-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweist; und/oder
- - Mittel zum Erhöhen einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung um oder auf einen vorgegebenen Wert, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze aufweist.
- - Means for adjusting blade angles of the rotor blades about their blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive in a tracking operating mode and at least one of:
- Means for reducing an amplitude of this blade angle adjustment by or to a predetermined value if a yaw rate of the rotor about the yaw axis is in a predetermined reduction speed range which has a lower reduction speed limit; and or
- - Means for increasing an amplitude of this blade angle adjustment by or to a predetermined value if a yaw rate of the rotor about the yaw axis lies in a predetermined increase speed range which has an upper increase speed limit.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zum bzw. beim Betreiben der Windenergieanlage in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt, wobei eine Amplitude dieser Blattwinkelverstellung in Abhängigkeit von einem Rotordrehmoment um die Rotorachse verstellt wird.According to an embodiment of the present invention, the blade angles of the rotor blades are adjusted about their (respective) blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive, or an amplitude of this blade angle adjustment depending on a rotor torque is adjusted about or when operating the wind power plant in the tracking operating mode becomes.
In einer Ausführung wird die Amplitude, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, von einem ersten auf einen zweiten Wert erhöht, wenn das Rotordrehmoment statt eines ersten einen, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, größeren zweiten Wert aufweist bzw. von einem zweiten auf einen ersten Wert reduziert, wenn das Rotordrehmoment statt eines zweiten einen, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, kleineren ersten Wert aufweist.In one embodiment, the amplitude, in particular in terms of amount or signed, is increased from a first to a second value if the rotor torque instead of a first one, in particular in terms of amount or signed, has a larger second value or reduced from a second to a first value if the rotor torque has a smaller first value, in particular in terms of amount or with sign, instead of a second.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass ein Drehmoment um die Rotorachse in einer Ausführung ein besonders geeigneter Indikator für die Verstellung der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb darstellt, da es einen Last- bzw. Belastungszustand der Windenergieanlage besonders gut widerspiegelt. Beispielsweise führen höhere Windlasten in der Regel zu größeren Rotormomenten und erfordern zugleich eine stärkere Unterstützung einer durch den Nachführantrieb induzierten Windnachführbewegung durch die Blattwinkelverstellung. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung ein, insbesondere zur Steuerung der Windenergieanlage, ohnehin bereits vorliegendes bzw. bekanntes Rotordrehmoment vorteilhaft zusätzlich zur Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verwendet werden.This is based in particular on the idea that a torque around the rotor axis in one embodiment is a particularly suitable indicator for adjusting the amplitude of the blade angle adjustment to support the wind tracking movement by the tracking drive, since it reflects the load or load condition of the wind turbine particularly well. For example, higher wind loads generally lead to larger rotor torques and, at the same time, require stronger support of a wind tracking movement induced by the tracking drive through the blade angle adjustment. Additionally or alternatively, in one embodiment, a rotor torque that is already known or already known, in particular for controlling the wind energy installation, can advantageously be used in addition to the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive.
Entsprechend kann hierdurch in einer Ausführung ein stabile(re)s Betriebsverhalten bei gleichzeitig vorteilhafter Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage realisiert werden.Accordingly, in one embodiment, a stable (re) s operating behavior can be achieved with the wind energy installation advantageously converting wind energy into mechanical or electrical power.
In einer Ausführung beträgt die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb gleich Null bzw. wird auf Null gesetzt bzw. eingestellt, falls das Rotordrehmoment, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, einen vorgegebenen Drehmomentgrenzwert unterschreitet, der in einer Ausführung größer Null ist. Mit anderen Worten wird in einer Ausführung eine, insbesondere zyklische, Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb unterdrückt, falls bzw. solange das Rotordrehmoment, insbesondere betragsmäßig oder vorzeichenbehaftet, einen vorgegebenen Drehmomentgrenzwert unterschreitet.In one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive is zero or is set or set if the rotor torque, in particular in terms of amount or sign, falls below a predetermined torque limit value, which is greater than zero in one embodiment. In other words, in one embodiment a, in particular cyclical, blade angle adjustment to support the wind tracking movement is suppressed by the tracking drive if or as long as the rotor torque, in particular in terms of amount or sign, falls below a predetermined torque limit value.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass in einer Ausführung einerseits unterhalb gewisser Lasten eine Unterstützung einer durch den Nachführantrieb induzierten Windnachführbewegung durch die Blattwinkelverstellung nicht erforderlich ist, und andererseits durch eine Unterdrückung einer solchen Blattwinkelverstellung bzw. der Reduzierung bzw. Verstellung ihrer Amplitude auf Null eine durch diese Blattwinkelverstellung induzierte Verschlechterung der Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage vermieden und so eine Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage verbessert werden kann.This is based in particular on the idea that, in one embodiment, support of a wind tracking movement induced by the tracking drive by the blade angle adjustment is not necessary on the one hand, and on the other hand, suppression of such blade angle adjustment or the reduction or adjustment of its amplitude to zero is one deterioration of the conversion of wind energy into mechanical or electrical power by the wind power installation induced by this blade angle adjustment is avoided and thus a conversion of wind energy into mechanical or electrical power by the wind power installation can be improved.
In einer Ausführung wird das Rotordrehmoment auf Basis eines Drehmoment-Sollwertes ermittelt, es kann insbesondere ein Drehmoment-Sollwert sein.In one embodiment, the rotor torque is determined on the basis of a torque setpoint, in particular it can be a torque setpoint.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass in einer Ausführung Soll-Werte gegenüber in der Regel gemessenen Ist-Werten weniger messfehlerbehaftet, insbesondere weniger verrauscht, sind.This is based, in particular, on the idea that, in one embodiment, target values are less prone to measurement errors, in particular less noisy, than actual values that are usually measured.
In einer Ausführung kann das Rotordrehmoment indirekt ermittelt werden, beispielsweise durch Division einer Leistung an der Rotor- oder einer damit gekoppelten Getriebe- oder Generatorwelle durch eine Drehzahl dieser Welle. Dies kann in einer Ausführung die Ermittlung verbessern, insbesondere vereinfachen und/oder ihre Präzision erhöhen. Allgemein wird unter einem Rotordrehmoment insbesondere ein an dem bzw. auf den Rotor wirkendes bzw. von diesem ausgeübtes Drehmoment verstanden.In one embodiment, the rotor torque can be determined indirectly, for example by dividing a power on the rotor shaft or a gearbox or generator shaft coupled to it by a rotational speed of this shaft. In one embodiment, this can improve the determination, in particular simplify it and / or increase its precision. Generally, a rotor torque is understood to mean, in particular, a torque acting on or exerted on the rotor.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zum bzw. beim Betreiben der Windenergieanlage in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt, wobei eine Amplitude dieser Blattwinkelverstellung (auch) in Abhängigkeit von einer Windnachführungsrichtung des Rotors um die Gierachse verstellt wird.According to an embodiment of the present invention, the blade angles of the rotor blades are adjusted about their (respective) blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive for or during operation of the wind power plant in the tracking operating mode, an amplitude of this blade angle adjustment (also) depending on a wind tracking direction of the Rotor is adjusted around the yaw axis.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass - insbesondere bedingt durch den sogenannten Tiltwinkel, das heißt infolge einer (leichten) Neigung der Rotorachse gegen die Horizontale, die in einer Ausführung wenigstens 2° und/oder höchstens 10° beträgt - auch ohne Blattwinkelverstellung aerodynamisch bereits ein Drehmoment um die Gierachse induziert wird, welches in eine Richtung wirkt. Soll nun der Rotor in diese Richtung windnachgeführt bzw. eine Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb in diese Richtung durch die Blattwinkelverstellung unterstützt werden, so erfordert dies entsprechend eine geringeres durch die, insbesondere zyklische, Blattwinkelverstellung induziertes Drehmoment um die Gierachse als umgekehrt bei einer Windnachführ(beweg)ung in der entgegengesetzten Richtung bzw. gegen die Richtung, in die das ohne Blattwinkelverstellung induzierte Drehmoment um die Gierachse wirkt bzw. den Rotor zu drehen sucht.This is based in particular on the idea that - in particular due to the so-called tilt angle, i.e. as a result of a (slight) inclination of the rotor axis relative to the horizontal, which in one embodiment is at least 2 ° and / or at most 10 ° - even aerodynamically without blade angle adjustment a torque is induced around the yaw axis, which acts in one direction. If the rotor is now to be wind-tracked in this direction or a wind-tracking movement is to be supported by the tracking drive in this direction by means of the blade angle adjustment, this accordingly requires a lower torque about the yaw axis induced by the, in particular cyclical, blade angle adjustment than vice versa in the case of wind tracking (moving). tion in the opposite direction or against the direction in which the torque induced without blade angle adjustment acts around the yaw axis or tries to turn the rotor.
Entsprechend wird in einer Ausführung die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb derart eingestellt, dass sie bei einer ersten Windnachführungsrichtung und bei einer hierzu gegensinnigen zweiten Windnachführungsrichtung, insbesondere bei im Übrigen gleichen (Umgebungs)Bedingungen, einen Offset voneinander aufweisen, wobei dieser Offset in einer Ausführung konstant ist. In einer anderen Ausführung hängt der Offset von einem bzw. dem Rotordrehmoment ab, in einer Weiterbildung linear. Insbesondere kann somit der Offset mit wachsendem Rotordrehmoment, in einer Ausführung (direkt) proportional, anwachsen. In einer Ausführung ist bzw. wird der Offset vorgegeben, insbesondere eingestellt, bzw. vorgeb-, insbesondere einstellbar. Entsprechend ist bzw. wird in einer Ausführung der (dann im Betrieb konstante) Offset oder die Abhängigkeit von dem Rotordrehmoment, insbesondere ein Proportionalitätsfaktor zwischen Rotordrehmoment und Offset, vorgegeben, insbesondere eingestellt, bzw. vorgeb-, insbesondere einstellbar.Accordingly, in one embodiment, the amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement is set by the tracking drive in such a way that it is at a first Wind tracking direction and in a second wind tracking direction opposite to this, in particular under otherwise identical (ambient) conditions, have an offset from one another, this offset being constant in one embodiment. In another embodiment, the offset depends on one or the rotor torque, in a further development it is linear. In particular, the offset can thus increase (directly) proportionally with increasing rotor torque in one embodiment. In one embodiment, the offset is or is predefined, in particular set, or predefined, in particular adjustable. Correspondingly, in one embodiment, the offset (then constant during operation) or the dependency on the rotor torque, in particular a proportionality factor between the rotor torque and offset, is predetermined, in particular set, or predetermined, in particular adjustable.
Hierdurch kann in einer Ausführung ein stabile(re)s Betriebsverhalten und/oder eine besonders vorteilhafte Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage realisiert werden.As a result, in one embodiment, a stable (re) operating behavior and / or a particularly advantageous conversion of wind energy into mechanical or electrical power can be realized by the wind energy installation.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zum bzw. beim Betreiben der Windenergieanlage in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb, insbesondere individuell und/oder zyklisch, verstellt, wobei die Blattwinkel in Abhängigkeit von einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung zusätzlich um einen Vorhaltewinkel derart bzw. mit der Maßgabe verstellt werden, dass auch bei maximaler Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb (noch) ein minimaler Blattwinkel eingehalten wird bzw. werden kann. Dabei ist ein Blattwinkel in einer Ausführung maximal, wenn das Rotorblatt eine sogenannte Fahnenstellung aufweist, in der eine Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung minimal ist. Entsprechend bezeichnet ein minimaler Blattwinkel eine maximal zulässige Verstellung von der Fahnenstellung weg bzw. hin zu einer Stellung, in der eine Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung maximal ist.According to one embodiment of the present invention, the blade angles of the rotor blades are adjusted about their (respective) blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive, in particular individually and / or cyclically, for or when operating the wind energy plant in the tracking operating mode, the blade angle depending on an amplitude of this blade angle adjustment can also be adjusted by a lead angle in such a way or with the proviso that even with maximum blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive, a minimum blade angle is (can) be maintained. In this case, a blade angle is at a maximum in one embodiment if the rotor blade has a so-called flag position in which the conversion of wind energy into mechanical or electrical power is minimal. Correspondingly, a minimum blade angle denotes a maximum permissible adjustment away from the flag position or towards a position in which the conversion of wind energy into mechanical or electrical power is at a maximum.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass durch die Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb Blattwinkel einen minimalen Blattwinkel unterschreiten könnten, der eine Überlastung der Rotorblätter und/oder einen Strömungsabriss an den Rotorblättern kennzeichnet.This is based in particular on the idea that the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive blade angle could fall below a minimum blade angle, which indicates overloading of the rotor blades and / or a stall on the rotor blades.
Entsprechend werden in einer Ausführung die Blattwinkel zusätzlich zu der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb um einen von der Amplitude dieser Blattwinkelverstellung abhängigen Vorhaltewinkel verstellt, wobei diese Verstellung um den Vorhaltewinkel vorzugsweise in Richtung der Fahnenstellung der Rotorblätter erfolgt, in der die Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung minimal wird bzw. ist.Accordingly, in one embodiment, the blade angles are adjusted in addition to the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive by a lead angle dependent on the amplitude of this blade angle adjustment, this adjustment by the lead angle preferably taking place in the direction of the flag position of the rotor blades, in which the conversion of wind energy in mechanical or electrical performance becomes or is minimal.
In einer Ausführung werden die Blattwinkel kollektiv um den (gemeinsamen) Vorhaltewinkel verstellt. Zusätzlich oder alternativ beträgt der Vorhaltewinkel wenigstens 0,5° und/oder höchstens 5°.In one embodiment, the blade angles are adjusted collectively by the (common) lead angle. Additionally or alternatively, the lead angle is at least 0.5 ° and / or at most 5 °.
Hierdurch kann in einer Ausführung ein stabile(re)s Betriebsverhalten und/oder eine besonders vorteilhafte Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage realisiert werden.As a result, in one embodiment, a stable (re) operating behavior and / or a particularly advantageous conversion of wind energy into mechanical or electrical power can be realized by the wind energy installation.
In einer Ausführung weist das Verfahren die Schritte:
- - Ermitteln eines Windnachführbedarfs, in einer Ausführung mittels Ermitteln, insbesondere messtechnisches Erfassen, einer Abweichung zwischen einer, insbesondere aktuellen oder gemittelten, Windrichtung und der Rotorachsrichtung, insbesondere deren horizontaler Komponente;
- - Ermitteln der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb, in einer Ausführung auf Basis einer insbesondere empirisch und/oder mithilfe einer Simulation, vorgegebenen, insbesondere abgespeicherten und/oder einstellbaren, Abbildung von Windnachführbedarfswerten auf Blattwinkelverstellungsamplitudenwerte, insbesondere mithilfe eines Kennfeldes oder dergleichen; und
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Amplitude,
- - Determining a wind tracking requirement, in one embodiment by means of determining, in particular measuring, a deviation between a, in particular current or averaged, wind direction and the rotor axis direction, in particular its horizontal component;
- - Determining the amplitude of the blade angle adjustment to support the wind tracking movement by the tracking drive, in an embodiment based on an, in particular empirically and / or with the aid of a simulation, predetermined, in particular stored and / or adjustable, mapping of wind tracking requirement values to blade angle adjustment amplitude values, in particular with the aid of a map or the like ; and
- Setting the individual blade angles of the rotor blades on the basis of this amplitude,
Entsprechend weist das Verfahren wenigstens einen der Schritte auf:
- - Ermitteln des Rotordrehmoments;
- - Ermitteln der Windnachführungsrichtung; und/oder
- - Ermitteln des Vorhaltewinkels.
- - determining the rotor torque;
- - determining the wind tracking direction; and or
- - Determine the lead angle.
Wie bereits erwähnt, ist nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein System zum Betreiben der Windenergieanlage, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Entsprechend weist es nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung auf:
- - Mittel zum Verstellen von Blattwinkeln der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb in einem Nachführbetriebsmodus
- - Mittel zum Verstellen einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung in Abhängigkeit von einem Rotordrehmoment um die Rotorachse und/oder einer Windnachführungsrichtung des Rotors um die Gierachse; und/oder
- - Mittel zum Verstellen der Blattwinkel zusätzlich (zu der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb) um einen Vorhaltewinkel in Abhängigkeit von einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung (zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb)zur Einhaltung eines minimalen Blattwinkels.
- - Means for adjusting blade angles of the rotor blades about their blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive in a tracking operating mode
- - Means for adjusting an amplitude of this blade angle adjustment as a function of a rotor torque about the rotor axis and / or a wind tracking direction of the rotor about the yaw axis; and or
- - Means for adjusting the blade angle in addition (to the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive) by a lead angle depending on an amplitude of this blade angle adjustment (to support a wind tracking movement by the tracking drive) to maintain a minimum blade angle.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zum bzw. beim Betreiben der Windenergieanlage in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt, wobei der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine vorgegebene, in einer Ausführung einstellbare, insbesondere konstante, oder variable Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung aktiviert wird.According to an embodiment of the present invention, the blade angles of the rotor blades are adjusted about their (respective) blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive for or when operating the wind energy installation in the tracking operating mode, the tracking drive for wind tracking the rotor about the yaw axis by a predetermined, In one embodiment, an adjustable, in particular constant, or variable waiting time after the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis is activated to support this wind tracking movement.
In einer Ausführung wird somit zunächst die Blattwinkelverstellung der Rotorblätter zur Unterstützung der Windnachführbewegung aktiviert und nach der Wartezeit dann der Nachführantrieb zur Ausführung dieser durch ihn induzierten Windnachführbewegung.In one embodiment, the blade angle adjustment of the rotor blades is thus first activated to support the wind tracking movement, and after the waiting time the tracking drive is then used to carry out the wind tracking movement induced by it.
Sofern in einer bevorzugten Ausführung die Windenergieanlage wenigstens eine Feststellbremse aufweist, wird in einer Ausführung nach einer vorgegebenen, in einer Ausführung einstellbaren, insbesondere konstanten, oder variablen (ersten) Abwartezeit nach dem Aktivieren der Blattwinkelverstellung zunächst diese Feststellbremse gelöst und nach einer vorgegebenen, in einer Ausführung einstellbaren, insbesondere konstanten, oder variablen weiteren (zweiten) Abwartezeit nach dem Lösen der Feststellbremse der Nachführantrieb aktiviert, so dass der Nachführantrieb um eine Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung aktiviert wird, die gleich der Summe dieser beiden Abwartezeiten ist.If, in a preferred embodiment, the wind power installation has at least one parking brake, this parking brake is first released in an embodiment after a predetermined, in particular constant, or variable (first) waiting time after activation of the blade angle adjustment, and after a predetermined, in one Execution adjustable, in particular constant, or variable further (second) waiting time after releasing the parking brake, the tracking drive is activated, so that the tracking drive is activated by a waiting time after the blade angle adjustment to support the wind tracking movement, which is the sum of these two waiting times.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass am Anfang eines Nachführbetriebsmodus, beispielsweise aufgrund von Massenträgheiten, Haftreibung oder dergleichen, besonders hohe Lasten auf den Antrieb wirken können. Indem die Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb bereits vorab aktiviert wird, können so in einer Ausführung vorteilhaft durch die Blattwinkelverstellung hohe Anfangslasten wenigstens teilweise abgefangen bzw. kompensiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung durch einen solchen Vorlauf der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb vorteilhaft ein entsprechendes unterstützendes, aerodynamisch induziertes Drehmoment bereits stärker ausgeprägt bzw. -bildet sein.This is based in particular on the idea that particularly high loads can act on the drive at the beginning of a tracking operating mode, for example due to inertia, static friction or the like. By activating the blade angle adjustment in advance to support a wind tracking movement by the tracking drive, high initial loads can advantageously be at least partially absorbed or compensated for in one embodiment by the blade angle adjustment. Additionally or alternatively, in such an embodiment, such a forward movement of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive can advantageously already have a corresponding supporting, aerodynamically induced torque.
Auf diese Weise können in einer Ausführung Lasten des Nachführantriebs reduziert, insbesondere also mit gleichbleibenden Nachführantrieben größere Windenergieanlagen bzw. gleichbleibende Windenergieanlagen mit kleineren Nachführantrieb(slast)en betrieben werden.In this way, loads of the tracking drive can be reduced in one embodiment, in particular larger wind power plants or constant wind power plants with smaller tracking drives (slast) can therefore be operated with constant tracking drives.
In einer Ausführung wird die Wartezeit in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz, einer Windgeschwindigkeit und/oder einem Rotordrehmoment um die Rotorachse vorgegeben.In one embodiment, the waiting time is specified as a function of a rotor rotational frequency, a wind speed and / or a rotor torque about the rotor axis.
Der Vorgabe in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass bei höheren Rotordrehfrequenzen durch die Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb rascher ein entsprechendes, insbesondere ausreichendes, unterstützendes Drehmoment um die Gierachse aufgebaut werden kann. Entsprechend wird in einer Ausführung bei einer ersten Rotordrehfrequenz der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine erste Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung aktiviert und bei einer höheren zweiten Rotordrehfrequenz um eine kürzere zweite Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung.The specification as a function of a rotor rotational frequency is based in particular on the idea that, at higher rotor rotational frequencies, a corresponding, in particular sufficient, supporting torque can be built up more quickly about the yaw axis through the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive. Accordingly, in one embodiment, the tracking drive for wind tracking the rotor around the yaw axis is activated by a first waiting time after the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement, and in the case of a higher second rotor rotating frequency by a shorter second waiting time after the blade angle adjustment.
Analog liegt auch der Vorgabe in Abhängigkeit von einer Windgeschwindigkeit insbesondere die Idee zugrunde, dass bei höheren Windgeschwindigkeiten durch die Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb rascher ein entsprechendes, insbesondere ausreichendes, unterstützendes Drehmoment um die Gierachse aufgebaut werden kann. Entsprechend wird in einer Ausführung bei einer ersten Windgeschwindigkeiten der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine erste Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung aktiviert und bei einer höheren zweiten Windgeschwindigkeiten um eine kürzere zweite Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung.Analogously, the specification as a function of a wind speed is based in particular on the idea that, at higher wind speeds, the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive enables a corresponding, in particular sufficient, supporting torque to be built up around the yaw axis more quickly. Correspondingly, in a version with a first Wind speeds of the tracking drive for wind tracking of the rotor around the yaw axis are activated for a first waiting time after the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement and, at a higher second wind speeds, for a shorter second waiting time after the blade angle adjustment.
Der Vorgabe in Abhängigkeit von einem Rotordrehmoment liegt insbesondere die bereits erläuterte Idee zugrunde, dass ein Drehmoment um die Rotorachse einen besonders geeigneten Indikator für die (Einstellung der) Wartezeit darstellen kann, da es einen Last- bzw. Belastungszustand der Windenergieanlage besonders gut widerspiegelt. Beispielsweise führen höhere Windlasten in der Regel zu größeren Rotormomenten und erfordern zugleich eine stärkere Unterstützung einer durch den Nachführantrieb induzierten Windnachführbewegung durch die Blattwinkelverstellung. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung ein, insbesondere zur Steuerung der Windenergieanlage, ohnehin bereits vorliegendes bzw. bekanntes Rotordrehmoment zusätzlich zur Ermittlung der Wartezeit verwendet werden. Entsprechend wird in einer Ausführung bei einem ersten Rotordrehmoment der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine erste Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung aktiviert und bei einem höheren zweiten Rotordrehmoment um eine längere zweite Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung.The specification as a function of a rotor torque is based in particular on the idea already explained that a torque about the rotor axis can be a particularly suitable indicator for the (setting of) the waiting time, since it reflects the load or load condition of the wind energy installation particularly well. For example, higher wind loads generally lead to larger rotor torques and, at the same time, require stronger support of a wind tracking movement induced by the tracking drive through the blade angle adjustment. Additionally or alternatively, in one embodiment, a rotor torque that is already present or is known in any case, in particular for controlling the wind energy installation, can also be used to determine the waiting time. Accordingly, in one embodiment, the tracking drive for wind tracking the rotor about the yaw axis is activated for a first waiting time after the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement, and for a higher second rotor torque by a longer second waiting time after the blade angle adjustment.
Hierdurch kann jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder drei der vorstehend genannten Einflussgrößen Rotordrehfrequenz, Windgeschwindigkeit und Rotordrehmoment, vorteilhaft situationsangepasst eine kurze Wartezeit realisiert und dadurch die Windnachführung insgesamt beschleunigt werden.As a result, in each case, in particular in combination of two or three of the above-mentioned influencing variables rotor rotational frequency, wind speed and rotor torque, a short waiting time can advantageously be adapted to the situation, and the wind tracking as a whole can thereby be accelerated.
In einer Ausführung wird der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse zusammen bzw., wenigstens im Wesentlichen, gleichzeitig mit der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung deaktiviert.In one embodiment, the tracking drive for wind tracking of the rotor about the yaw axis is deactivated together, or, at least essentially, simultaneously with the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis in order to support this wind tracking movement.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass am Ende eines Nachführbetriebsmodus kleine(re) Lasten auf den Antrieb wirken können. Indem die Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung zusammen mit dem Nachführantrieb deaktiviert wird, kann in einer Ausführung eine Verschlechterung der Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung infolge dieser Blattwinkelverstellung rascher beendet und so die Umsetzung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Leistung durch die Windenergieanlage verbessert werden.This is based in particular on the idea that at the end of a tracking operating mode, small (re) loads can act on the drive. By deactivating the blade angle adjustment to support a wind tracking movement together with the tracking drive, a deterioration in the conversion of wind energy into mechanical or electrical power as a result of this blade angle adjustment can be ended more quickly, and thus the conversion of wind energy into mechanical or electrical power by the wind power installation be improved.
In einer anderen Ausführung wird der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine vorgegebene Vorlaufzeit vor der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung deaktiviert. In another embodiment, the tracking drive for wind tracking of the rotor about the yaw axis is deactivated by a predetermined lead time before the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement.
Auf diese Weise können in einer Ausführung Lasten des Nachführantriebs weiter reduziert, insbesondere also mit gleichbleibenden Nachführantrieben größere Windenergieanlagen bzw. gleichbleibende Windenergieanlagen mit kleineren Nachführantrieb(slast)en betrieben werden.In this way, loads of the tracking drive can be further reduced in one embodiment, in particular, therefore, larger wind turbines or constant wind turbines with smaller tracking drives (slast) can be operated with constant tracking drives.
In einer Ausführung beträgt die Wartezeit zwischen der Aktivierung der Blattwinkelverstellung und der Aktivierung des Nachführantriebs wenigstens 0,25 Sekunden bzw. 250 ms, insbesondere wenigstens 0,5 Sekunden bzw. 500 ms, und/oder höchstens 30 Sekunden, insbesondere höchstens 5 Sekunden, in einer Ausführung höchstens 2,5 Sekunden.In one embodiment, the waiting time between the activation of the blade angle adjustment and the activation of the tracking drive is at least 0.25 seconds or 250 ms, in particular at least 0.5 seconds or 500 ms, and / or at most 30 seconds, in particular at most 5 seconds, in one execution at most 2.5 seconds.
Auf diese Weise können in einer Ausführung gleichermaßen die Dauer der Windnachführung und die Belastung des Nachführantriebs minimiert werden.In this way, the duration of the wind tracking and the load on the tracking drive can be minimized in one embodiment.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zum bzw. beim Betreiben der Windenergieanlage in dem Nachführbetriebsmodus die Blattwinkel der Rotorblätter um ihre (jeweilige) Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt, wobei eine kommandierte Phasenverschiebung einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung gegenüber einer rotorfesten Referenzwinkellage um die Rotorachse in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz des Rotors um die Rotorachse dynamisch verstellt wird. Die rotorfeste Referenzwinkellage wird in einer Ausführung auf Basis einer ermittelten, insbesondere messtechnisch erfassten, Rotor(dreh)position ermittelt.According to an embodiment of the present invention, the blade angles of the rotor blades are adjusted about their (respective) blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive for or during operation of the wind power plant in the tracking operating mode, with a commanded phase shift of an amplitude of this blade angle adjustment relative to a rotor-fixed reference angle position by Rotor axis is dynamically adjusted depending on a rotor rotational frequency of the rotor around the rotor axis. In one embodiment, the rotor-fixed reference angle position is determined on the basis of a determined (in particular metrologically recorded) rotor (rotational) position.
Insbesondere aufgrund von mechanischen, hydraulischen, elektrischen, insbesondere elektromotorischen bzw. -magnetischen und/oder signaltechnischen Trägheiten wird eine kommandierte Amplitude der Blattwinkelverstellung erst mit einer gewissen Verzögerung realisiert. Zudem bedingt die transiente Aerodynamik eine Verzögerung beim Aufbau des durch die Blattwinkelverstellung induzierten unterstützenden Drehmoments um die Gierachse. Hierdurch wird die Unterstützung einer durch den Nachführantrieb induzierten Windnachführbewegung durch die Blattwinkelverstellung beeinträchtigt.In particular due to mechanical, hydraulic, electrical, in particular electromotive or magnetic and / or signal inertia, a commanded amplitude of the blade angle adjustment is only realized with a certain delay. In addition, the transient aerodynamics cause a delay in the build-up of the supporting torque induced by the blade angle adjustment around the yaw axis. As a result, the support of a wind tracking movement induced by the tracking drive is impaired by the blade angle adjustment.
Diese Verzögerungen können durch eine Phasenverschiebung der kommandierten Amplitude der Blattwinkelverstellung gegenüber einer rotorfesten Referenzwinkellage wenigstens teilweise kompensiert und so die Unterstützung verbessert werden.These delays can be at least partially compensated for by a phase shift in the commanded amplitude of the blade angle adjustment compared to a rotor-fixed reference angle position, and the support can thus be improved.
Sind, wie vorstehend bereits erläutert, die individuellen (Amplituden der) Blattwinkelverstellung(en) der einzelnen Rotorblätter gegeneinander um die Rotorachse phasenverschoben, so werden in einer Ausführung entsprechend alle (Amplituden der) Blattwinkelverstellung(en) der einzelnen Rotorblätter zusätzlich um denselben Wert gegenüber einer rotorfesten Referenzwinkellage um die Rotorachse phasenverschoben, der somit eine kommandierte Phasenverschiebung einer Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung darstellt. Eine kommandierte Phasenverschiebung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist in einer Ausführung eine Phasenverschiebung, die, insbesondere aktuell, von einer Steuerung und/oder als ein Soll-Wert ausgegeben wird bzw. ein, insbesondere aktueller, Soll-Wert. If, as already explained above, the individual (amplitudes of) the blade angle adjustment (s) of the individual rotor blades are mutually phase-shifted about the rotor axis, then in one embodiment, all (amplitudes of) the blade angle adjustment (s) of the individual rotor blades are additionally adjusted by the same value compared to one rotor-fixed reference angle position out of phase about the rotor axis, which thus represents a commanded phase shift of an amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive in the sense of the present invention. A commanded phase shift in the sense of the present invention is, in one embodiment, a phase shift which, in particular currently, is output by a controller and / or as a target value or a, in particular current, target value.
Der dynamischen Verstellung der kommandierten Phasenverschiebung in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass bei höheren Rotordrehfrequenzen die kommandierte Phasenverschiebung sozusagen stärker vorgehalten werden muss, um eine Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb aerodynamisch rechtzeitig und in ausreichender Höhe zur Verfügung stellen zu können.The dynamic adjustment of the commanded phase shift as a function of a rotor rotational frequency is based in particular on the idea that, at higher rotor rotational frequencies, the commanded phase shift, as it were, has to be kept stronger in order to be able to provide support for a wind tracking movement by the tracking drive in an aerodynamically timely manner and at a sufficient level.
Entsprechend weist in einer Ausführung die kommandierte Phasenverschiebung für einen ersten Wert der Rotordrehfrequenz einen ersten Phasenverschiebungswert und für einen größeren zweiten Wert der Rotordrehfrequenz einen, insbesondere betragsmäßig, größeren zweiten Phasenverschiebungswert auf.Correspondingly, in one embodiment, the commanded phase shift has a first phase shift value for a first value of the rotor rotational frequency and a second phase shift value which is larger, in particular in terms of amount, for a larger second value of the rotor rotational frequency.
Zusätzlich zu einem rotordrehfrequenzabhängigen bzw. dynamischen Anteil kann die kommandierte Phasenverschiebung in einer Ausführung auch einen von der Rotordrehfrequenz unabhängigen bzw. statischen Anteil aufweisen.In addition to a component that is dependent on the rotor rotational frequency or dynamic, the commanded phase shift in one embodiment can also have a component that is independent or static of the rotor rotational frequency.
Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft mechanische, hydraulische, elektrische, insbesondere elektromotorische bzw. -magnetische und/oder signaltechnische Trägheiten wenigstens teilweise kompensiert werden.As a result, mechanical, hydraulic, electrical, in particular electromotive or magnetic and / or signal-related inertia can advantageously be at least partially compensated for in one embodiment.
In einer Ausführung weist das Verfahren die Schritte:
- - Ermitteln eines Windnachführbedarfs, in einer Ausführung mittels Ermitteln, insbesondere messtechnisches Erfassen, einer Abweichung zwischen einer, insbesondere aktuellen oder gemittelten, Windrichtung und der Rotorachsrichtung, insbesondere deren horizontaler Komponente;
- - Ermitteln der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb, in einer Ausführung auf Basis einer insbesondere empirisch und/oder mithilfe einer Simulation, vorgegebenen, insbesondere abgespeicherten und/oder einstellbaren, Abbildung von Windnachführbedarfswerten auf Blattwinkelverstellungsamplitudenwerte, insbesondere mithilfe eines Kennfeldes oder dergleichen; und
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Amplitude, sowie die Schritte:
- - Ermitteln einer Rotordrehfrequenz;
- - Ermitteln einer Phasenverschiebung der Amplitude in Abhängigkeit von der Rotordrehfrequenz; und
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Phasenverschiebung;
- - Aktivieren des Nachführantriebs zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine vorgegebene Wartezeit nach Aktivieren der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung
- - Determining a wind tracking requirement, in one embodiment by means of determining, in particular measuring, a deviation between a, in particular current or averaged, wind direction and the rotor axis direction, in particular its horizontal component;
- - Determining the amplitude of the blade angle adjustment to support the wind tracking movement by the tracking drive, in an embodiment based on an, in particular empirically and / or with the aid of a simulation, predetermined, in particular stored and / or adjustable, mapping of wind tracking requirement values to blade angle adjustment amplitude values, in particular with the aid of a map or the like ; and
- - Setting the individual blade angles of the rotor blades based on this amplitude, as well as the steps:
- - determining a rotor rotational frequency;
- - Determining a phase shift of the amplitude as a function of the rotor rotational frequency; and
- - Setting the individual blade angle of the rotor blades based on this phase shift;
- - Activation of the tracking drive for wind tracking of the rotor about the yaw axis by a predetermined waiting time after activation of the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement
Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU), Graphikkarte (GPU) oder dergleichen, und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Windenergieanlage betreiben kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.A means in the sense of the present invention can be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data, or signal, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU), graphics card (GPU) that is data or signal connected to a memory and / or bus system ) or the like, and / or have one or more programs or program modules. The processing unit can be designed to process commands that are implemented as a program stored in a memory system, to acquire input signals from a data bus and / or to output signals to a data bus. A storage system can have one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid-state and / or other non-volatile media. The program can be designed in such a way that it embodies or is capable of executing the methods described here, so that the processing unit can carry out the steps of such methods and thus in particular can operate the wind energy installation. A computer program product can, in one embodiment, have, in particular non-volatile, storage medium for storing a program or with a program stored thereon, execution of this program prompting a system or a control, in particular a computer, to implement a method or one or more described here to carry out his steps.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are carried out completely or partially automatically, in particular by the system or its means.
In einer Ausführung weist das System die Windenergieanlage auf.In one embodiment, the system has the wind turbine.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, die
- einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor mit wenigstens zwei individuell um ihre Blattachse verstellbaren Rotorblättern und
- einen Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um eine Gierachse aufweist, wobei in einem Nachführbetriebsmodus Blattwinkel der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt werden,
- wobei eine Amplitude dieser Blattwinkelverstellung
- - um oder auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Reduzier-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweist; und/oder
- - um oder auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze aufweist.
- a rotor which can be rotated about a rotor axis and has at least two rotor blades which can be adjusted individually about their blade axis and
- has a tracking drive for wind tracking of the rotor about a yaw axis, with blade angles of the rotor blades being adjusted about their blade axis in a tracking operating mode to support a wind tracking movement by the tracking drive,
- with an amplitude of this blade angle adjustment
- is reduced by or to a predetermined value if a yaw rate of the rotor about the yaw axis lies in a predetermined reduction speed range which has a lower reduction speed limit; and or
- - Increased by or to a predetermined value if a yaw rate of the rotor about the yaw axis lies in a predetermined increase speed range which has an upper increase speed limit.
In einer Weiterbildung dieses ersten Aspekts ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nachführbetriebsmodus die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb
- - um oder auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird, falls die Giergeschwindigkeit in einem vorgegebenen zweiten Reduzier-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine zweite untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweist; und/oder
- - um oder auf einen vorgegebenen Wert erhöht wird, falls die Giergeschwindigkeit in einem vorgegebenen zweiten Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine zweite obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze liegt.
- is reduced by or to a predetermined value if the yaw rate is in a predetermined second reduction speed range which has a second lower reduction speed limit; and or
- - Is increased by or to a predetermined value if the yaw rate is in a predetermined second increase speed range, which is a second upper increase speed limit.
Zusätzlich oder alternativ ist das Verfahren in einer Weiterbildung dieses ersten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass im Nachführbetriebsmodus
- - wenigstens ein, insbesondere wenigstens zwei, und/oder höchstens vier Reduzier-Geschwindigkeitsbereiche, insbesondere genau ein oder zwei Reduzier-Geschwindigkeitsbereiche, vorgesehen sind, für die die Amplitude der Blattwinkelverstellung jeweils geschwindigkeitsbereichspezifisch reduziert wird; und/oder
- - wenigstens ein, insbesondere wenigstens zwei, und/oder höchstens vier Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereiche, insbesondere genau ein oder zwei Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereiche, vorgesehen sind, für die die Amplitude der Blattwinkelverstellung jeweils geschwindigkeitsbereichspezifisch erhöht wird.
- - At least one, in particular at least two, and / or at most four reduction speed ranges, in particular exactly one or two reduction speed ranges, are provided, for which the amplitude of the blade angle adjustment is reduced in each case in a speed range-specific manner; and or
- - At least one, in particular at least two, and / or at most four increase speed ranges, in particular exactly one or two increase speed ranges, are provided, for which the amplitude of the blade angle adjustment is increased in each case specific to the speed range.
In einer Weiterbildung des ersten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Geschwindigkeitsbereich sich über wenigstens 0,05° pro Sekunde erstreckt.In a development of the first aspect, in particular one of its developments mentioned above, the method is characterized in that a speed range extends over at least 0.05 ° per second.
In einer Weiterbildung des ersten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Ermitteln eines Windnachführbedarfs;
- - Ermitteln der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb;
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Amplitude
- - Ermitteln eines Ist-Wertes der Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse;
- - stufenförmiges Reduzieren der ermittelten Amplitude, falls der Ist-Wert einen oder mehrere vorgegebene Geschwindigkeitsgrenzen überschreitet; und/oder stufenförmiges Erhöhen der ermittelten Amplitude, falls der Ist-Wert einen oder mehrere vorgegebene Geschwindigkeitsgrenzen unterschreitet; sowie
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Amplitude.
- - determining a wind tracking requirement;
- - Determining the amplitude of the blade angle adjustment to support the wind tracking movement by the tracking drive;
- - Setting the individual blade angles of the rotor blades based on this amplitude
- Determining an actual value of the yaw rate of the rotor about the yaw axis;
- - stepwise reduction of the determined amplitude if the actual value exceeds one or more predetermined speed limits; and / or incrementally increasing the determined amplitude if the actual value falls below one or more predetermined speed limits; such as
- - Setting the individual blade angles of the rotor blades based on this amplitude.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft auch ein System zum Betreiben einer Windenergieanlage, die einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor mit wenigstens zwei individuell um ihre Blattachse verstellbaren Rotorblättern und einen Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um eine Gierachse aufweist, wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, eingerichtet ist und/oder aufweist:
- - Mittel zum Verstellen von Blattwinkeln der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb in einem Nachführbetriebsmodus sowie
- - Mittel zum Reduzieren einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung um oder auf einen vorgegebenen Wert, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Reduzier-Geschwindigkeitsbereich liegt, der einer untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze aufweist; und/oder
- - Mittel zum Erhöhen einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung um oder auf einen vorgegebenen Wert, falls eine Giergeschwindigkeit des Rotors um die Gierachse in einem vorgegebenen Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich liegt, der eine obere Erhöhungs-Geschwindigkeitsgrenze aufweist.
- - Means for adjusting blade angles of the rotor blades about their blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive in a tracking operating mode and
- Means for reducing an amplitude of this blade angle adjustment by or to a predetermined value if a yaw rate of the rotor around the yaw axis lies in a predetermined reduction speed range which has a lower reduction speed limit; and or
- - Means for increasing an amplitude of this blade angle adjustment by or to a predetermined value if a yaw rate of the rotor about the yaw axis lies in a predetermined increase speed range which has an upper increase speed limit.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen.The first aspect of the present invention also relates to a computer program product with a program code, which is stored on a medium readable by a computer, for carrying out a method according to the first aspect, in particular one of its developments mentioned above.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in einer Ausführung mit dem oben genannten ersten Aspekt, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, kombiniert sein kann, betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, die
- einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor mit wenigstens zwei individuell um ihre Blattachse verstellbaren Rotorblättern und
- einen Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um eine Gierachse aufweist, wobei in einem Nachführbetriebsmodus Blattwinkel der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt werden,
- wobei eine Amplitude dieser Blattwinkelverstellung in Abhängigkeit von
- - einem Rotordrehmoment um die Rotorachse und/oder
- - einer Windnachführungsrichtung des Rotors um die Gierachse verstellt wird; und/oder wobei
- - die Blattwinkel in Abhängigkeit von einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung zusätzlich um einen Vorhaltewinkel zur Einhaltung eines minimalen Blattwinkels verstellt werden.
- a rotor which can be rotated about a rotor axis and has at least two rotor blades which can be adjusted individually about their blade axis and
- has a tracking drive for wind tracking of the rotor about a yaw axis, with blade angles of the rotor blades being adjusted about their blade axis in a tracking operating mode to support a wind tracking movement by the tracking drive,
- an amplitude of this blade angle adjustment depending on
- - A rotor torque around the rotor axis and / or
- - A wind tracking direction of the rotor is adjusted about the yaw axis; and / or where
- - The blade angles are additionally adjusted by a lead angle to maintain a minimum blade angle depending on an amplitude of this blade angle adjustment.
In einer Weiterbildung dieses zweiten Aspekts ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb gleich Null ist, falls das Rotordrehmoment einen vorgegebenen Drehmomentgrenzwert unterschreitet.In a development of this second aspect, the method is characterized in that the amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive is zero if the rotor torque falls below a predetermined torque limit.
Zusätzlich oder alternativ ist das Verfahren in einer Weiterbildung dieses zweiten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass das Rotordrehmoment auf Basis eines Drehmoment-Sollwertes ermittelt wird.Additionally or alternatively, in a further development of this second aspect, the method is characterized in that the rotor torque is determined on the basis of a torque setpoint.
In einer Weiterbildung des zweiten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb bei einer ersten Windnachführungsrichtung und die Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb bei einer hierzu gegensinnigen zweiten Windnachführungsrichtung einen, insbesondere vorgegebenen und/oder konstanten oder von einem Rotordrehmoment abhängigen , Offset aufweisen.In a further development of the second aspect, in particular one of its above-mentioned further developments, the method is characterized in that the amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive in a first wind tracking direction and the amplitude of the blade angle adjustment to support a wind tracking movement by the tracking drive in a for this purpose, the second wind tracking direction in the opposite direction has an offset, in particular a predetermined and / or constant or dependent on a rotor torque.
In einer Weiterbildung des zweiten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Blattwinkel kollektiv um den Vorhaltewinkel verstellt werden.In a development of the second aspect, in particular one of its developments mentioned above, the method is characterized in that the blade angles are adjusted collectively by the lead angle.
In einer Weiterbildung des zweiten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Ermitteln eines Windnachführbedarfs;
- - Ermitteln der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb; und
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Amplitude,
- - determining a wind tracking requirement;
- - Determining the amplitude of the blade angle adjustment to support the wind tracking movement by the tracking drive; and
- Setting the individual blade angles of the rotor blades on the basis of this amplitude,
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft auch ein System zum Betreiben einer Windenergieanlage, die einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor mit wenigstens zwei individuell um ihre Blattachse verstellbaren Rotorblättern und einen Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um eine Gierachse aufweist,
- wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach dem zweiten Aspekt, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, eingerichtet ist und/oder aufweist:
- - Mittel zum Verstellen von Blattwinkeln der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb in einem Nachführbetriebsmodus sowie
- - Mittel zum Verstellen einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung in Abhängigkeit von einem Rotordrehmoment um die Rotorachse und/oder einer Windnachführungsrichtung des Rotors um die Gierachse; und/oder
- - Mittel zum Verstellen der Blattwinkel zur Einhaltung eines minimalen Blattwinkels zusätzlich um einen Vorhaltewinkel in Abhängigkeit von einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung .
- wherein the system is set up and / or has a method for carrying out a method according to the second aspect, in particular one of its above-mentioned further developments:
- - Means for adjusting blade angles of the rotor blades about their blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive in a tracking operating mode and
- - Means for adjusting an amplitude of this blade angle adjustment as a function of a rotor torque about the rotor axis and / or a wind tracking direction of the rotor about the yaw axis; and or
- - Means for adjusting the blade angle to maintain a minimum blade angle additionally by a lead angle depending on an amplitude of this blade angle adjustment.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach dem zweiten Aspekt, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen.The second aspect of the present invention also relates to a computer program product with a program code, which is stored on a medium readable by a computer, for carrying out a method according to the second aspect, in particular one of its developments mentioned above.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung, der in einer Ausführung mit dem oben genannten ersten und/oder zweiten Aspekt, insbesondere einer ihrer/seiner oben genannten Weiterbildungen, kombiniert sein kann, betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, die
- einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor mit wenigstens zwei individuell um ihre Blattachse verstellbaren Rotorblättern und
- einen Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um eine Gierachse aufweist, wobei in einem Nachführbetriebsmodus Blattwinkel der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb verstellt werden, wobei
- - der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine vorgegebene Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung aktiviert wird; und/oder
- - eine kommandierte Phasenverschiebung einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung gegenüber einer rotorfesten Referenzwinkellage um die Rotorachse in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz des Rotors um die Rotorachse dynamisch verstellt wird.
- a rotor which can be rotated about a rotor axis and has at least two rotor blades which can be adjusted individually about their blade axis and
- has a tracking drive for wind tracking of the rotor about a yaw axis, with blade angles of the rotor blades being adjusted about their blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive in a tracking operating mode, wherein
- - The tracking drive for wind tracking of the rotor about the yaw axis is activated by a predetermined waiting time after the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement; and or
- - A commanded phase shift of an amplitude of this blade angle adjustment relative to a rotor-fixed reference angular position about the rotor axis is dynamically adjusted depending on a rotor rotational frequency of the rotor about the rotor axis.
In einer Weiterbildung dieses dritten Aspekts ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeit in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz, einer Windgeschwindigkeit und/oder einem Rotordrehmoment um die Rotorachse vorgegeben wird.In a development of this third aspect, the method is characterized in that the waiting time is predefined as a function of a rotor rotational frequency, a wind speed and / or a rotor torque about the rotor axis.
Zusätzlich oder alternativ ist das Verfahren in einer Weiterbildung dieses dritten Aspekts dadurch gekennzeichnet, dass der Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse zusammen mit der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung oder um eine vorgegebene Vorlaufzeit vor dieser Blattwinkelverstellung deaktiviert wird.Additionally or alternatively, in a further development of this third aspect, the method is characterized in that the tracking drive for wind tracking of the rotor about the yaw axis is deactivated together with the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement or by a predetermined lead time before this blade angle adjustment.
In einer Weiterbildung des dritten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeit wenigstens 0,25 Sekunden und/oder höchstens 30 Sekunden beträgt.In a development of the third aspect, in particular one of its developments mentioned above, the method is characterized in that the waiting time is at least 0.25 seconds and / or at most 30 seconds.
In einer Weiterbildung des dritten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die kommandierte Phasenverschiebung zusätzlich einen von der Rotordrehfrequenz unabhängigen statischen Anteil aufweist.In a development of the third aspect, in particular one of its developments mentioned above, the method is characterized in that the commanded phase shift additionally has a static component that is independent of the rotor rotational frequency.
In einer Weiterbildung des dritten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die kommandierte Phasenverschiebung für einen ersten Wert der Rotordrehfrequenz einen ersten Phasenverschiebungswert und für einen größeren zweiten Wert der Rotordrehfrequenz einen größeren zweiten Phasenverschiebungswert aufweist.In a development of the third aspect, in particular one of its developments mentioned above, the method is characterized in that the commanded phase shift has a first phase shift value for a first value of the rotor rotational frequency and a larger second phase shift value for a larger second value of the rotor rotational frequency.
In einer Weiterbildung des dritten Aspekts, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, weist das Verfahren die Schritte auf:
- - Ermitteln eines Windnachführbedarfs;
- - Ermitteln der Amplitude der Blattwinkelverstellung zur Unterstützung der Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb; und
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Amplitude,
- - Ermitteln einer Rotordrehfrequenz;
- - Ermitteln einer Phasenverschiebung der Amplitude in Abhängigkeit von der Rotordrehfrequenz; und
- - Einstellen der individuellen Blattwinkel der Rotorblätter auf Basis dieser Phasenverschiebung;
- - Aktivieren des Nachführantriebs zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine vorgegebene Wartezeit nach Aktivieren der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung
- - determining a wind tracking requirement;
- - Determining the amplitude of the blade angle adjustment to support the wind tracking movement by the tracking drive; and
- Setting the individual blade angles of the rotor blades on the basis of this amplitude,
- - Determining a rotor rotational frequency;
- - Determining a phase shift of the amplitude as a function of the rotor rotational frequency; and
- - Setting the individual blade angle of the rotor blades based on this phase shift;
- - Activation of the tracking drive for wind tracking of the rotor about the yaw axis by a predetermined waiting time after activation of the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft auch ein System zum Betreiben einer Windenergieanlage, die einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor mit wenigstens zwei individuell um ihre Blattachse verstellbaren Rotorblättern und einen Nachführantrieb zum Windnachführen des Rotors um eine Gierachse aufweist,
- wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach dem dritten Aspekt, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen, eingerichtet ist und/oder aufweist:
- - Mittel zum Verstellen von Blattwinkeln der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung einer Windnachführbewegung durch den Nachführantrieb in einem Nachführbetriebsmodus sowie
- - Mittel zum Aktivieren des Nachführantriebs zum Windnachführen des Rotors um die Gierachse um eine vorgegebene Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung der Rotorblätter um ihre Blattachse zur Unterstützung dieser Windnachführbewegung wird; und/oder
- - Mittel zum dynamischen Verstellen einer kommandierten Phasenverschiebung einer Amplitude dieser Blattwinkelverstellung gegenüber einer rotorfesten Referenzwinkellage um die Rotorachse in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz des Rotors um die Rotorachse.
- the system for carrying out a method according to the third aspect, in particular one of its above-mentioned developments, is set up and / or has:
- - Means for adjusting blade angles of the rotor blades about their blade axis to support a wind tracking movement by the tracking drive in a tracking operating mode and
- - Means for activating the tracking drive for wind tracking of the rotor about the yaw axis by a predetermined waiting time after the blade angle adjustment of the rotor blades about their blade axis to support this wind tracking movement; and or
- - Means for dynamically adjusting a commanded phase shift of an amplitude of this blade angle adjustment with respect to a rotor-fixed reference angle position about the rotor axis as a function of a rotor rotational frequency of the rotor about the rotor axis.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach dem dritten Aspekt, insbesondere einer seiner oben genannten Weiterbildungen.The third aspect of the present invention also relates to a computer program product with a program code, which is stored on a medium readable by a computer, for carrying out a method according to the third aspect, in particular one of its developments mentioned above.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
-
1 : ein System zum Betreiben einer Windenergieanlage nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; -
2 : ein Verfahren zum Betreiben der Windenergieanlage nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; -
3 : ein Verfahren zum Betreiben der Windenergieanlage nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; und -
4 : ein Verfahren zum Betreiben der Windenergieanlage nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
1 : a system for operating a wind turbine according to an embodiment of the present invention; -
2nd : a method for operating the wind turbine according to an embodiment of the present invention; -
3rd : a method for operating the wind power plant according to a further embodiment of the present invention; and -
4th : A method for operating the wind turbine according to a further embodiment of the present invention.
Die Windenergieanlage weist einen Turm
An der Gondel
Der Rotor weist im Ausführungsbeispiel drei individuell um ihre (jeweilige) Blattachse
Die Windenergieanlage weist einen Nachführantrieb
Die Steuerung
In einer Ausführung, die in
Überschreitet diese Abweichung einen vorgegebenen Mindestwert (
Im Nachführbetriebsmodus ermittelt sie in einem Schritt
In einem Schritt
Außerdem ermittelt sie in Schritt
Falls dieser Wert eine vorgegebene (erste) untere Reduzier-Geschwindigkeitsgrenze überschreitet (
Andernfalls (
In Schritt
Anschließend kehrt das Verfahren bzw. die Steuerung zu Schritt
In einer weiteren Ausführung, die in
Überschreitet diese Abweichung einen vorgegebenen Mindestwert (
Im Nachführbetriebsmodus ermittelt sie in Schritt
Sind die Windnachführungsrichtung und die Richtung, in die der Rotor
Unterschreitet das Rotordrehmoment bzw. der (Rotor)Drehmoment-Sollwert einen vorgegebenen Drehmomentgrenzwert (
In Schritt
In einer weiteren Ausführung, die in
Überschreitet diese Abweichung einen vorgegebenen Mindestwert (
Im Nachführbetriebsmodus ermittelt sie in einem Schritt
In einem Schritt
Ist seit der Aktivierung dieser Blattwinkelverstellung eine vorgegebene Wartezeit verstrichen (
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.Although exemplary embodiments have been explained in the preceding description, it should be pointed out that a large number of modifications are possible.
So wurde das Verfahren bzw. System der Ausführung der
Das Verfahren bzw. System der Ausführung der
Das Verfahren bzw. System der Ausführung der
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.It should also be pointed out that the exemplary embodiments are only examples that are not intended to restrict the scope of protection, the applications and the structure in any way. Rather, the above description gives the person skilled in the art a guideline for the implementation of at least one exemplary embodiment, it being possible for various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the described components, to be carried out without leaving the scope of protection as it is the claims and these equivalent combinations of features.
Insbesondere wurden einzelne Aspekte der vorliegenden Erfindung, insbesondere die Reduzierung bzw. analoge Erhöhung der Amplitude in einem Reduzier- bzw. Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich (vgl. insbesondere
So kann beispielsweise die vorstehend erläuterte Reduzierung und/oder Erhöhung der Amplitude in einem Reduzier- bzw. Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich zusätzlich zu der Verstellung der Amplitude in Abhängigkeit von einem Rotordrehmoment und/oder einer Windnachführungsrichtung und/oder der Verstellung die Blattwinkel um den Vorhaltewinkel realisiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise die vorstehend erläuterte Reduzierung und/oder Erhöhung der Amplitude in einem Reduzier- bzw. Erhöhungs-Geschwindigkeitsbereich zusätzlich zu der Aktivierung des Nachführantriebs um eine vorgegebene Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung und/oder der in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz dynamisch verstellten kommandierten Phasenverschiebung realisiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise die vorstehend erläuterte Verstellung der Amplitude in Abhängigkeit von einem Rotordrehmoment und/oder einer Windnachführungsrichtung und/oder die Verstellung die Blattwinkel um den Vorhaltewinkel zusätzlich zu der Aktivierung des Nachführantriebs um eine vorgegebene Wartezeit nach der Blattwinkelverstellung und/oder der in Abhängigkeit von einer Rotordrehfrequenz dynamisch verstellten kommandierten Phasenverschiebung realisiert sein.For example, the above-described reduction and / or increase in the amplitude in a reduction or increase speed range can be implemented in addition to the adjustment of the amplitude as a function of a rotor torque and / or a wind tracking direction and / or the adjustment of the blade angles by the lead angle . Additionally or alternatively, for example, the reduction and / or increase in amplitude explained above in a reduction or increase speed range can be carried out in addition to the activation of the tracking drive by a predetermined waiting time after the blade angle adjustment and / or the commanded phase shift dynamically adjusted depending on a rotor rotational frequency be realized. Additionally or alternatively, the above-described adjustment of the amplitude as a function of a rotor torque and / or a wind tracking direction and / or the adjustment of the blade angles by the lead angle in addition to the activation of the tracking drive by a predetermined waiting time after the blade angle adjustment and / or depending commanded phase shift dynamically adjusted by a rotor rotational frequency.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010th
- WindfahneWind vane
- 2020th
- NachführantriebTracking drive
- 3030th
- RotorblattRotor blade
- 100100
- Steuerungcontrol
- 110110
- Turmtower
- 120120
- Gondelgondola
- 130130
- Rotorrotor
- 140140
- Generator(-Getriebe-Einheit)Generator (gear unit)
- 150150
- Stromnetz power grid
- BB
- BlattachseBlade axis
- GG
- GierachseYaw axis
- RR
- RotorachseRotor axis
Claims (7)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018009230.6A DE102018009230A1 (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Method and system for operating a wind turbine |
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Family
ID=70545450
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP2159415A2 (en) * | 2008-08-27 | 2010-03-03 | General Electric Company | Method and apparatus for controlling the yaw angle of a wind turbine |
DE102009026372A1 (en) * | 2009-08-14 | 2011-02-17 | Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg | Method for controlling a wind turbine |
-
2018
- 2018-11-26 DE DE102018009230.6A patent/DE102018009230A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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