DE19739162A1 - Wind power plant with tower and nacelle rotatable at vertical axis with rotor - Google Patents

Wind power plant with tower and nacelle rotatable at vertical axis with rotor

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Abstract

The wind power plant includes a tower (1), a nacelle (2) located at the tower, which is rotatable about an essentially vertical axis (z). A rotor (3) is located at the nacelle, rotatable essentially about a horizontal axis (x). The rotor has at least one rotor blade (4-6) located at the rotor, rotatable about its longitudinal axes (a-c). A setting unit for the rotor blade and a regulating system having an adjusting element are provided, by means of which signals can be produced for the rotation of the nacelle (2), which depend on the instantaneous nacelle position. The nacelle freely rotatable at the tower (1), and setting unit forms the adjusting element of the regulating unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a wind turbine in the preamble of claim 1 specified genus.
Bekannte Windenergieanlagen dieser Art sind mit Regelvorrichtungen zur Nachführung der Gondelposition entsprechend der jeweiligen Windrichtung versehen, wobei die Gondelverstellung mit Hilfe wenigstens eines in der Gondel montierten Stellglieds erreicht wird, das z. B. aus einem elektrischen Getriebemotor besteht, auf dessen Antriebswelle ein Ritzel befestigt ist, das sich mit einem mit dem Turm fest verbundenen und zur Turmachse koaxialen Zahnrad im Eingriff befindet (US-PS 4 966 525). Zur Stabilisierung dieser Einrichtung in der Sollposition sind in der Regel zusätzlich mechani­ sche Bremsen (sogenannte Azimutbremsen) vorgesehen, die bei konstanter Windrichtung eine Abschaltung der Motoren ermöglichen bzw. ein selbsttätiges Herausdrehen der Gondel aus dem Wind auch bei abgeschalteten Motoren verhindern. Alternativ sind außerdem Stellglieder in Form von hydraulischen Antrieben bekannt (z. B. Georg Böhmeke in "Hydraulic Yaw System for a Megawatt-Scale Wind Turbine", 1996 European Union Wind Energy Conference). Beide Systeme erfordern einen großen konstruktiven Aufwand, da die beteiligten Komponenten (Zahnkränze, Bremsen Getriebe usw.) beim Betrieb starken Belastungen ausgesetzt sind und daher sehr widerstandsfähig ausgelegt werden müssen. Außerdem hat die durch die Azimutbremsen bewirkte mechanische Kopplung zwischen der Gondel und dem Turm zur Folge, daß z. B. durch einseitige Windstöße auf die Gondel ausgeübte Drehschwingungen auch auf den Turm übertragen werden und zu einer verstärkten Beanspruchung im oberen Bereich des Turms führen.Known wind turbines of this type are with control devices for tracking the nacelle position according to the respective wind direction, the Gondola adjustment using at least one actuator mounted in the gondola is achieved, the z. B. consists of an electric geared motor on its Drive shaft a pinion is attached, which is firmly connected to the tower and gear coaxial with the tower axis is engaged (U.S. Patent No. 4,966,525). For Stabilization of this device in the target position are usually additional mechani cal brakes (so-called azimuth brakes) are provided with constant wind direction enable the motors to be switched off or the Prevent the nacelle from the wind even when the engines are switched off. Alternatives are actuators in the form of hydraulic drives are also known (e.g. Georg Böhmeke in "Hydraulic Yaw System for a Megawatt-Scale Wind Turbine", 1996 European Union Wind Energy Conference). Both systems require a great deal of design effort, since the components involved (sprockets, brakes, gears, etc.) during operation are exposed to heavy loads and are therefore designed to be very resistant have to. It also has the mechanical coupling caused by the azimuth brakes  between the gondola and the tower as a result that z. B. by one-sided gusts of wind the gondola exerted torsional vibrations are also transmitted to the tower and too lead to increased stress in the upper area of the tower.
Entsprechende Antriebe werden dazu benötigt, um von Zeit zu Zeit eine Entdrillung der im Turm verlegten, zur Übertragung der elektrischen Energie erforderlichen Kabel zu ermöglichen.Appropriate drives are required to untwist the from time to time cables laid in the tower for the transmission of electrical energy enable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Windenergieanlage der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß eine Drehung der Gondel in eine vorgewählte Richtung, insbesondere in die jeweilige Windrichtung, mit weniger konstruktivem Aufwand und unter Erzeugung geringerer mechanischer Belastungen als bisher durch­ geführt werden kann. Das soll außerdem unabhängig davon möglich sein, ob die Gondel drehbar am Turm gelagert ist oder ob, was auch möglich wäre, die Gondel zusammen mit dem Turm oder einem Teil des Turms um eine im wesentlichen vertikale Achse gedreht werden kann.The invention is therefore based on the object, the wind turbine of the beginning designated genus so that a rotation of the gondola in a preselected Direction, especially in the respective wind direction, with less constructive Effort and with less mechanical stress than before can be performed. This should also be possible regardless of whether the gondola is rotatably mounted on the tower or whether, which would also be possible, the gondola together with the tower or part of the tower is rotated about a substantially vertical axis can be.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.The characteristic features of claim 1 serve to solve this problem.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß wegen der frei drehbaren Lagerung der Gondel eine wirksame Entlastung des Turms erzielt wird. Der konstruktive Aufwand wird dadurch reduziert, daß die Drehung der Gondel durch eine entsprechende Verstellung der Blatteinstellwinkel der Rotorblätter erfolgt, wozu die zur Begrenzung der elektrischen Leistung ohnehin häufig vorhandenen und konstruktiv einfachen Rotorblatt-Verstell­ einrichtungen verwendet werden können, zu deren Betätigung wegen der großen Rotor­ umlaufzeiten von z. B. 3 s bei modernen Großanlagen nur vergleichsweise kleine Drehmo­ mente und Verstellgeschwindigkeiten benötigt werden. Vorteilhaft ist ferner, daß die erfindungsgemäße Drehung ohne zusätzliche mechanische Belastung des Turms oder anderer Teile der Windenergieanlage sowie unter zumindest teilweiser Kompensation von betriebsbedingten, zyklischen Belastungen der Rotorblätter und daher häufiger als bisher durchgeführt werden kann. Daraus resultieren eine präzisere Ausrichtung der Gondel zum Wind, ein geringerer mittlerer Gondelfehler und ein höherer Energieertrag.The invention has the advantage that because of the freely rotatable mounting of the Gondola an effective relief of the tower is achieved. The design effort will thereby reduced that the rotation of the nacelle by a corresponding adjustment of the Blade pitch angle of the rotor blades takes place, for which purpose to limit the electrical Performance already existing and structurally simple rotor blade adjustment devices can be used to operate them because of the large rotor turnaround times of z. B. 3 s in modern large systems only comparatively small torque elements and adjustment speeds are required. It is also advantageous that the rotation according to the invention without additional mechanical load on the tower or other parts of the wind turbine and with at least partial compensation of operational, cyclical loads on the rotor blades and therefore more often than before can be carried out. This results in a more precise alignment of the gondola to the  Wind, a lower average gondola error and a higher energy yield.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described in connection with the accompanying drawings an embodiment explained in more detail. Show it:
Fig. 1 bis 3 in je einer schematischen Seitenansicht, Vorderansicht und Draufsicht eine herkömmliche Windenergieanlage und ihre verschiedenen Drehachsen; Figures 1 to 3 in a schematic side view, front view and top view of a conventional wind turbine and its various axes of rotation.
Fig. 4 eine Darstellung des Schlagbiegemoments und dessen Zerlegung in Nick- und Gierkomponenten; Figure 4 is an illustration of the impact torque and its decomposition in pitch and yaw components.
Fig. 5 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung für die Wind­ energieanlage nach Fig. 1 bis 3; Fig. 5 is a block diagram of a control apparatus of the invention for the wind energy plant according to Figures 1 to 3.
Fig. 6 das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Reglerteils für die Gondelposition; Fig. 6 is a block diagram of a preferred embodiment of a regulator member for the nacelle position;
Fig. 7 das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Reglerteils zur Kompensation von Nickmomenten des Rotors; Fig. 7 is a block diagram of a preferred embodiment of a switch part to compensate for pitching moments of the rotor;
Fig. 8 bis 10 anhand von Schaubildern den Verlauf verschiedener, im Rahmen der Erfindung bedeutsamer Größen; Fig. 8 to 10 on the basis of graphs showing the course of various, significant in the invention variables;
Fig. 11 eine Computer-Simulation der erfindungsgemäßen Regelung im Produktions­ betrieb; FIG. 11 is operating a computer simulation of the control according to the invention in the production;
Fig. 12 eine Computer-Simulation der erfindungsgemäßen Regelung bei der Durch­ führung eines außerordentlichen Verstellmanövers; und FIG. 12 is a computer simulation of the control of the present invention in performing an extraordinary Verstellmanövers; and
Fig. 13 eine Ausführungsform der Blattverstelleinrichtung mit hydraulischem Antrieb. Fig. 13 shows an embodiment of the blade adjustment device with a hydraulic drive.
Nach Fig. 1 bis 3 enthält eine übliche Windenergieanlage einen Turm 1, an dessen oberem Ende eine Gondel 2 um eine im wesentlichen vertikale Achse z drehbar gelagert ist, die der Turmachse entspricht. Am Vorderende der Gondel 2 ist ein Rotor 3 um eine im wesentlichen horizontale, zur z-Achse senkrechte Rotorachse x drehbar gelagert. Der Rotor 3 trägt drei Rotorblätter 4, 5 und 6 mit bei Windenergieanlagen allgemein üblichen Querschnittsformen und mit Längsachsen a, b und c, die hier im wesentlichen senkrecht zur Achse x angeordnet und um diese Achse x herum in im wesentlichen gleichmäßigen Winkelabständen von je 120° angeordnet sind. Jedes Rotorblatt 4, 5 und 6 ist einzeln und unabhängig von den anderen um seine Längsachse a, b bzw. c drehbar am Rotor 3 gelagert. Die Blatteinstellwinkel sind, bezogen auf eine von der Bauart des Rotors 3 abhängige Nullposition, nachfolgend mit β1, β2 und β3 und allgemein mit βi bezeichnet. Außerdem ist der Rotor 3 in Windrichtung vor dem Turm 1, d. h. luvseitig angeordnet, was sich bei großen Windenergieanlagen im Leistungsbereich von 100 kW und mehr allgemein durchgesetzt hat.According to Fig. 1 to 3 show a conventional wind turbine includes a tower 1, a nacelle 2 z at its upper end about a substantially vertical axis is rotatably mounted, which corresponds to the tower axis. At the front end of the nacelle 2 , a rotor 3 is rotatably mounted about an essentially horizontal rotor axis x perpendicular to the z-axis. The rotor 3 carries three rotor blades 4 , 5 and 6 with cross-sectional shapes which are generally customary in wind turbines and with longitudinal axes a , b and c which are arranged here essentially perpendicular to the axis x and around this axis x at substantially uniform angular intervals of 120 ° each are arranged. Each rotor blade 4 , 5 and 6 is mounted individually and independently of the others on the rotor 3 about its longitudinal axis a , b or c . The blade pitch angles are referred to as β 1 , β 2 and β 3 and generally as β i , based on a zero position dependent on the type of rotor 3 . In addition, the rotor 3 is arranged in the wind direction in front of the tower 1 , ie on the windward side, which has generally become the norm in large wind energy plants in the power range of 100 kW and more.
Infolge des Winddrucks kommt es zur Ausbildung von parallel zur x-Achse auf die Rotorblätter 4, 5, 6 wirkenden Schubkräften, die in Fig. 1 bis 3 durch die Einzelkräfte F1, F2 und F3 dargestellt sind.As a result of the wind pressure, thrust forces acting parallel to the x-axis on the rotor blades 4 , 5 , 6 are formed , which are represented in FIGS. 1 to 3 by the individual forces F 1 , F 2 and F 3 .
Insgesamt ergeben sich am Rotor 3 der Windenergieanlage folgende Drehmomente. Zu­ nächst wird das übliche, um die Rotationsachse x als Drehachse wirksame Antriebs­ moment MRot (Fig. 2) des Rotors 3 erzeugt, das über die Rotorwelle den mit dieser verbundenen Generator antreibt, elektrische Leistung erzeugt und von den eingestellten Blatteinstellwinkeln βi abhängt. Dies gilt insbesondere auch, wenn alle Rotorblätter 4, 5 und 6 auf konstante und identische Blatteinstellwinkel βi um die Achsen a, b und c eingestellt werden. Sind die Blatteinstellwinkel βi für die drei Rotorblätter 4, 5 und 6 unterschiedlich, dann ergibt sich außerdem ein resultierendes Giermoment Meer (Fig. 3), das die Gondel 2 um die Gier- bzw. Turmachse z zu drehen versucht, aber keinen Antrieb um die x-Achse erzeugt. Dieses Moment MGier kann durch Veränderung der Blatteinstell­ winkel β1, β2 und β3 beeinflußt werden und wird erfindungsgemäß u. a. zur Windnach­ laufregelung benutzt. Dazu ist die Gondel 2 um die Achse z frei drehbar, d. h. ohne Anbringung irgendeiner mechanischen Bremse od. dgl. am Turm 1 gelagert.Overall, the following torques result on the rotor 3 of the wind energy installation. Next, the usual, about the axis of rotation x as the axis of rotation effective drive torque M Rot ( Fig. 2) of the rotor 3 is generated, which drives the generator connected to the rotor shaft, generates electrical power and depends on the set blade angle β i . This also applies in particular if all rotor blades 4 , 5 and 6 are set to constant and identical blade pitch angles β i about the axes a , b and c . If the blade pitch angles β i are different for the three rotor blades 4 , 5 and 6 , then there is also a resulting yaw moment sea ( FIG. 3), which tries to rotate the nacelle 2 about the yaw or tower axis z , but does not drive around the x-axis creates. This moment M greed can be influenced by changing the blade setting angle β 1 , β 2 and β 3 and is used according to the invention, among other things, for wind after run control. For this purpose, the nacelle 2 can be freely rotated about the axis z, that is to say it is mounted on the tower 1 without any mechanical brake or the like being attached.
Schließlich werden die Rotorblätter 4, 5 und 6 durch den Wind bzw. durch die Schub­ kräfte F1, F2 und F3 um parallele, nahe ihrer Lagerpunkte am Rotor 3 angeordnete und im wesentlichen senkrecht zu den Achsen a, b, und c verlaufende Achsen, deren Lagen von der Drehstellung des Rotors 3 abhängig sind, auf Biegung beansprucht. Dadurch entstehen einzelne Biegemomente MB1, MB2 und MB3, die sog. Schlagbiegemomente, die z. B. mit Hilfe von nahe den Wurzeln der Rotorblätter 4, 5 und 6 angeordneten Sensoren bzw. Meßaufnehmern 7 (Fig. 7), z. B. Dehnungsmeßstreifen, ermittelt werden können. Auf­ grund eines Anstiegs der Windgeschwindigkeit mit der Höhe ist die aerodynamische Schubkraft eines in der oberen Hälfte des Rotorkreises befindlichen Rotorblatts 4 (z. B. F1) in der Regel höher als die Schubkraft eines in der unteren Hälfte befindlichen Rotorblatts 5 (z. B. F2. Daher kommt es während eines Rotorumlaufs zu zyklischen Schwankungen der Belastung, die zu einer erhöhten Materialermüdung und einer Verringerung der Lebensdauer der Anlage führen können. Als Maß für diese wechselnde Belastung kann ein resultierendes, durch unterschiedlich große Kräfte F1, F2 und F3 erzeugtes, auf den Rotor 3 wirkendes Nickmoment MNick (Fig. 1) um eine im wesentlichen senkrecht zu den Achsen x und z stehende Achse y dienen. Das Nickmoment dient ebenfalls nicht dem Antrieb des Rotors 3, sondern belastet die Konstruktion der Windenergieanlage, da die Gondel 2 um die y-Achse nicht ausweichen kann.Finally, the rotor blades 4 , 5 and 6 by the wind or by the thrust forces F 1 , F 2 and F 3 around parallel, arranged near their bearing points on the rotor 3 and substantially perpendicular to the axes a , b , and c Axes, the positions of which depend on the rotational position of the rotor 3 , are subjected to bending. This creates individual bending moments M B1 , M B2 and M B3 , the so-called impact bending moments, which, for. B. with the help of near the roots of the rotor blades 4 , 5 and 6 arranged sensors or sensors 7 ( Fig. 7), z. B. strain gauges can be determined. Due to an increase in wind speed with altitude, the aerodynamic thrust of a rotor blade 4 (e.g. F 1 ) located in the upper half of the rotor circle is generally higher than the thrust force of a rotor blade 5 located in the lower half (e.g. F 2. Therefore, during a rotor revolution, there are cyclical fluctuations in the load, which can lead to increased material fatigue and a reduction in the service life of the system. As a measure of this changing load, a resultant force F 1 , F 2 and F 3 generated pitching moment M Nick ( FIG. 1) acting on the rotor 3 about an axis y which is essentially perpendicular to the axes x and z . The pitching moment likewise does not serve to drive the rotor 3 , but rather stresses the construction of the Wind turbine because the nacelle 2 cannot deflect around the y-axis.
Die zum Verständnis erforderlichen Teile einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung sind in Fig. 5 dargestellt. Darin sind zunächst die Gondel 2 und der Rotor 3 durch je einen entsprechenden Block repräsentiert. Der Block 3 enthält einen ersten, schematisch dargestellten Ausgang MGier, der andeuten soll, daß das vom Wind auf den Rotor 3 ausgeübte Drehmoment MGier die Gondel 2 um einen Winkel γ um die z-Achse zu drehen versucht. Ein weiterer Ausgang des Blocks 3 ist mit einem Block 8 verbunden, der alle zwischen dem Rotor 3 und einem von diesem angetriebenen Generator 9 befindlichen Getriebe, Wellen, Kupplungen usw. repräsentiert, und deutet an, daß das von den Rotor­ blättern 4, 5 und 6 erzeugte Drehmoment MRot über den Block 8 den Generator 9 antreibt. An einem dritten Ausgang des Blocks 3 kann der mittels eines üblichen Sensors ermittelte Drehwinkel ϕ (vgl. auch Fig. 2) abgenommen werden, während schließlich an einem vierten Ausgang des Blocks 3 die für die Ermittlung des Nickmoments MNick geeigneten, von den Sensoren 7 (Fig. 7) erzeugten Ausgangssignale abgenommen werden können.The parts of a control device according to the invention required for understanding are shown in FIG. 5. First, the nacelle 2 and the rotor 3 are each represented by a corresponding block. The block 3 contains a first, schematically represented output M yaw , which is intended to indicate that the torque M yaw exerted by the wind on the rotor 3 tries to rotate the nacelle 2 by an angle γ about the z-axis. Another output of the block 3 is connected to a block 8 , which represents all between the rotor 3 and a generator 9 driven by this gearbox, shafts, clutches, etc., and indicates that the leaves of the rotor 4 , 5 and 6 generated torque M Red drives the generator 9 via the block 8 . At a third output of block 3 , the angle of rotation ϕ (cf. also FIG. 2) determined by means of a conventional sensor can be taken off, while finally at a fourth output of block 3 the sensors 7 suitable for determining the pitching moment M Nick can be taken off ( Fig. 7) generated output signals can be taken.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die aerodynamischen Kräfte des Rotors 3 zur Windrichtungsnachführung bzw. allgemein zur Gondelverstellung auszunutzen. Die senkrecht zur Rotorebene (yz-Ebene in Fig. 2) erzeugten aerodynamischen Schubkräfte hängen von den Einstellwinkeln βi der Rotorblätter ab. Durch getrennte, zyklische Verstellung der Rotorblätter 4, 5 und 6 während jedes Rotorumlaufs wird erreicht, daß ein resultierendes Drehmoment MGier bezüglich der Turmachse z auftritt das aufgrund der freien Beweglichkeit der Gondel 2 zu einer Verdrehung der Gondel führt. Die Bewegung der Gondel 2 wird dabei so geregelt, daß die Gondelachsrichtung nach einer bestimmten Zeit mit einer vorgebbaren Sollposition übereinstimmt. Die Sollposition kann wie bei bekannten Systemen zur Windrichtungsnachführung aus dem Meßsignal eines Windrich­ tungsmeßgeräts abgeleitet werden.The invention is based on the idea of utilizing the aerodynamic forces of the rotor 3 for tracking the wind direction or generally for adjusting the nacelle. The aerodynamic thrust forces generated perpendicular to the rotor plane (yz plane in FIG. 2) depend on the setting angles β i of the rotor blades. Through separate, cyclical adjustment of the rotor blades 4 , 5 and 6 during each rotor revolution it is achieved that a resulting torque M yaw with respect to the tower axis z occurs which, due to the free mobility of the nacelle 2, leads to a rotation of the nacelle. The movement of the nacelle 2 is regulated in such a way that the nacelle axis direction coincides with a predefinable target position after a certain time. The target position can be derived from the measurement signal of a Windrich direction measuring device, as in known systems for wind direction tracking.
Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung ist zu diesem Zweck allgemein wie folgt aufge­ baut. Mittels eines die Windrichtung liefernden Meßaufnehmers oder Sensors 10 wird ein Sollwert γref für die Gondelposition erzeugt. Die Ermittlung der Gondelsollposition könnte auch auf andere Weise erfolgen. Zum Beispiel besteht die Möglichkeit, aus anderweitig verfügbaren Meßdaten auf die vorherrschende Windrichtung zu schließen oder die Gondelsollposition unabhängig von der Windrichtung nach anderen Kriterien festzulegen. Der Sollwert γref wird in einem Vergleicher 11 mit einem Istwert γ der Gondelposition verglichen, der z. B. von einem üblichen, in der Gondel 2 montierten Positionsgeber erzeugt wird. Die resultierende Regelabweichung Δγ wird einem Regler zugeführt. Zur Diskretisierung der Regeldifferentialgleichungen beim Einsatz digitaler Regelgeräte können Standardverfahren benutzt werden (z. B. Rolf Isermann in "Digitale Regelsysteme", Band 1, Springer-Verlag 1988). Der in Fig. 5 durch Blöcke 12 und 13 dargestellte Regler liefert in noch zu beschreibender Weise Stellsignale für Verstelleinrichtungen 14, 15 und 16, die auf je ein zugeordnetes Rotorblatt 4, 5 bzw. 6 einwirken. Dadurch werden die Rotorblätter 4, 5 und 6 auf solche unterschiedliche Blatteinstellwinkel βii für Rotorblatt 4, β2 für Rotorblatt 5 bzw. β3 für Rotorblatt 6) eingestellt, daß von ihnen unterschiedliche Schub­ kräfte entwickelt, insgesamt ein Drehmoment MGier um die z-Achse erzeugt und die Gondel 2 dadurch in die Windrichtung eingestellt wird. Hat die Gondel 2 infolge dieser Regelung die der jeweiligen Windrichtung entsprechende Sollposition erreicht, wird diese Position mittels der Regelvorrichtung aufrecht erhalten.The control device according to the invention is generally built up for this purpose as follows. A setpoint value γ ref for the nacelle position is generated by means of a measuring sensor or sensor 10 which supplies the wind direction. The nacelle target position could also be determined in another way. For example, it is possible to draw conclusions about the prevailing wind direction from otherwise available measurement data or to determine the nacelle target position independently of the wind direction according to other criteria. The target value γ ref is compared in a comparator 11 with an actual value γ of the nacelle position, which, for. B. is generated by a conventional position sensor mounted in the nacelle 2 . The resulting control deviation Δγ is fed to a controller. Standard methods can be used to discretize the control differential equations when using digital control devices (for example Rolf Isermann in "Digital Control Systems", Volume 1, Springer-Verlag 1988). The controller represented by blocks 12 and 13 in FIG. 5 supplies actuating signals for adjusting devices 14 , 15 and 16 , which act on an associated rotor blade 4 , 5 and 6 , respectively, as will be described below. As a result, the rotor blades 4 , 5 and 6 are set to such different blade pitch angles β ii for rotor blade 4 , β 2 for rotor blade 5 and β 3 for rotor blade 6 ) that they develop different thrust forces, a total of a torque M yaw generated about the z-axis and the nacelle 2 is thereby adjusted in the wind direction. If the nacelle 2 has reached the desired position corresponding to the respective wind direction as a result of this control, this position is maintained by means of the control device.
Damit nicht jede geringfügige und schnelle Änderung der häufig starken Schwankungen unterworfenen Windrichtung in die Regelung eingeht, ist zwischen den Sensor 10 und den Vergleicher 11 ein Sollwertgeber 17 in Form einer Vorsteuerung für die Gondelposition geschaltet. Die Aufgabe des Sollwertgebers 17 besteht im wesentlichen darin, in an sich bekannter Weise das Ausgangssignal des Sensors 10 zu filtern und ggf. in einen sich nur langsam ändernden Sollwert umzuwandeln. Außerdem kann der Sollwertgeber 17 mit einer Schwellwertschaltung od. dgl. versehen sein, die z. B. immer nur dann einen neuen Sollwert am Ausgang des Sollwertgebers 17 erscheinen läßt, wenn sich die Windrichtung um einen vorgewählten Mindestwinkel von z. B. 3° geändert hat und diese Änderung eine vorgewählte minimale Zeitspanne von z. B. einigen Sekunden erhalten bleibt. Zusätzlich kann der durch Filterung des Windrichtungsmeßwerts ermittelte Verlauf des Sollwerts so korrigiert werden, daß die erste und zweite zeitliche Ableitung bestimmte vorgegebene Grenzwerte zu keinem Zeitpunkt überschreiten. Die maximale zweite Ableitung des Positionssollwerts (Drehbeschleunigung) bestimmt die zur Gondelverstellung benötigten Blatteinstellwinkelausschläge, die im Interesse eines geringen Stellaufwands möglichst klein gehalten werden sollen. Die erste Ableitung des Positionssollwerts (Drehgeschwin­ digkeit) muß ebenfalls begrenzt werden, da die Kreiselkräfte, die die Rotorblätter 4, 5 und 6 belasten, mit der Verstellgeschwindigkeit zunehmen.So that not every slight and rapid change in the wind direction, which is often subject to strong fluctuations, is included in the control, a setpoint generator 17 in the form of a precontrol for the nacelle position is connected between the sensor 10 and the comparator 11 . The task of the setpoint generator 17 essentially consists in filtering the output signal of the sensor 10 in a manner known per se and, if necessary, converting it into a setpoint value that changes only slowly. In addition, the setpoint generator 17 can be provided with a threshold value circuit or the like. B. can only appear a new setpoint at the output of the setpoint generator 17 when the wind direction by a preselected minimum angle of z. B. 3 ° changed and this change a preselected minimum period of z. B. is retained for a few seconds. In addition, the course of the setpoint determined by filtering the wind direction measured value can be corrected so that the first and second time derivatives never exceed certain predetermined limit values. The maximum second derivation of the position setpoint (rotational acceleration) determines the blade pitch angle deflections required for the nacelle adjustment, which should be kept as small as possible in the interest of a low positioning effort. The first derivative of the position setpoint (speed of rotation) must also be limited, since the gyroscopic forces that load the rotor blades 4 , 5 and 6 increase with the adjustment speed.
Zur Erreichung einer optimalen Flexibilität ist es vorteilhaft, die Regelung mit Hilfe von Microcomputern zu realisieren. Dabei ist es zweckmäßig, die Funktion des Blocks 12 des Reglers in einem im Turm 1 (Fig. 1) oder in der Gondel 2 untergebrachten Rechner zu implementieren, während die übrigen Reglerfunktionen durch einen im Rotor 3 oder dessen Nabe untergebrachten und damit rotierenden Controller od. dgl. rasiert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß nur wenige Signale von der Gondel 2 in den an ihr drehbar gelagerten Rotor 3 übertragen werden müssen, was z. B. mit Hilfe von Schleif­ ringanordnungen, Funkstrecken od. dgl. erfolgen kann. Dies ist in Fig. 5 durch einen Übertrager 18 dargestellt, der in einer strichpunktiert angedeuteten Trennebene 19 zwischen der Gondel 2 und dem Rotor 3 angeordnet ist.To achieve optimal flexibility, it is advantageous to implement the control using microcomputers. It is expedient to implement the function of the block 12 of the controller in a computer housed in the tower 1 ( FIG. 1) or in the nacelle 2 , while the other controller functions or housed in a rotor 3 or its hub and thus rotating controller . Like. be shaved. This has the advantage that only a few signals from the nacelle 2 must be transmitted to the rotor 3 rotatably mounted on it, which, for. B. with the help of grinding ring arrangements, radio links or the like. Can be done. This is shown in FIG. 5 by a transformer 18 , which is arranged in a separating plane 19, indicated by dash-dotted lines, between the nacelle 2 and the rotor 3 .
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Windrichtungsnachführung bzw. Drehung der Gondel 2 nicht wie bisher durch motorische Verstellung der Gondel 2, sondern durch eine einzeln und unabhängig voneinander bewirkte Verstellung der Rotorblätter 4, 5 und 6 erfolgt. Dieses wird nach einer besonders bevorzugten, in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Rotorblätter 4, 5 und 6 in Abhängigkeit von der Regelabweichung Δγ zyklisch verstellt werden. Das bedeutet, daß sich die Verstellung auch in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung des Rotors 3, d. h. in Abhängigkeit vom Winkel ϕ (Fig. 2) ändert. Mit besonderem Vorteil haben dazu die die Blatteinstellwinkelverstellung bewirkenden Stellsignale einen harmonischen, durch Sinus- bzw. Cosinusfunktionen ausdrückbaren Verlauf, wobei die Periodendauer der Stellsignale mit der Umlaufbewegung des Rotors 3 übereinstimmt. Dies dient, wie weiter unten erläutert ist, vor allem dem Zweck, die Windrichtungsnachführung der Gondel 2 so zu gestalten, daß dadurch keine zusätzlichen Nickmomente auf den Rotor 3 ausgeübt bzw. konstruktionsbedingte, unvermeidbare Nickmomente beseitigt oder zumindest reduziert werden. Unter "zyklischer" Ansteuerung der Rotorblatt-Verstelleinrichtungen ist daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, daß die Stellsignale auch vom Drehwin­ kel ϕ des Rotors 3 abhängen.An essential feature of the invention is that the wind direction tracking or rotation of the nacelle 2 is not, as previously, by motorized adjustment of the nacelle 2 , but by an individually and independently effected adjustment of the rotor blades 4 , 5 and 6 . According to a particularly preferred embodiment shown in FIG. 5, this is achieved in that the rotor blades 4 , 5 and 6 are cyclically adjusted as a function of the control deviation Δγ. This means that the adjustment also changes as a function of the rotational angle position of the rotor 3 , ie as a function of the angle Winkel ( FIG. 2). To this end, the control signals causing the blade pitch angle adjustment have a particularly advantageous course, which can be expressed by sine or cosine functions, the period of the control signals corresponding to the rotating movement of the rotor 3 . As explained further below, this serves primarily the purpose of designing the wind direction tracking of the nacelle 2 in such a way that no additional pitching moments are exerted on the rotor 3 or design-related, unavoidable pitching moments are eliminated or at least reduced. Under "cyclical" control of the rotor blade adjustment devices is therefore to be understood in the context of the present invention that the control signals also depend on the rotation angle ϕ of the rotor 3 .
Zur Vereinfachung der Regelvorrichtung ist es besonders zweckmäßig, den Block 12 des Reglers, der allgemein als Positionsregler für die Gondel 2 bezeichnet werden könnte, so auszubilden, daß er in Abhängigkeit vom Eingangssignal, der Regelabweichung Δγ, als Ausgangsgröße ein Signal βH erzeugt, das lediglich die Anforderung eines bestimmten, von allen drei Rotorblättern 4, 5 und 6 zu erzeugenden Giermoments beinhaltet. Dem Block 12 braucht daher weder die jeweilige Rotorstellung mitgeteilt werden, noch braucht er ein oder mehrere Ausgangssignale abgeben, die sich zyklisch ändern. Das Signal βH entspricht z. B. der maximalen Amplitude, mit welcher die Rotorblätter 4, 5 und 6 um einen voreingestellten Blatteinstellwinkel zyklisch schwanken sollen, der benötigt wird, um die Regelabweichung auf Null zurückzuführen. Dabei ist der Einfachheit halber angenom­ men, daß diese Amplitude für alle vorhandenen Rotorblätter 4, 5 und 6 identisch ist, was im allgemeinen besonders vorteilhaft ist.To simplify the control device, it is particularly expedient to design the block 12 of the controller, which could generally be referred to as a position controller for the nacelle 2 , so that it generates a signal β H as an output variable as a function of the input signal, the control deviation Δγ includes only the requirement of a specific yaw moment to be generated by all three rotor blades 4 , 5 and 6 . Block 12 therefore does not need to be informed of the respective rotor position, nor does it need to emit one or more output signals that change cyclically. The signal β H corresponds to z. B. the maximum amplitude with which the rotor blades 4 , 5 and 6 are to fluctuate cyclically by a preset blade pitch angle, which is required to reduce the control deviation to zero. It is assumed for the sake of simplicity that this amplitude is identical for all existing rotor blades 4 , 5 and 6 , which is generally particularly advantageous.
Ein Beispiel für die praktische Ausführung des Blocks 12 ist in Fig. 6 dargestellt, nach der der Block 12 ein PID-Regler mit je einem Proportionalzweig 19, einem Integralzweig 20 und einem Differentialzweig 21 ist.An example of the practical implementation of block 12 is shown in FIG. 6, according to which block 12 is a PID controller, each with a proportional branch 19 , an integral branch 20 and a differential branch 21 .
Das Ausgangssignal βH des Blocks 12 wird über den Übertrager 18 einem ersten Eingang des Blocks 13 zugeführt, der zur Berechnung der verschiedenen Blatteinstellwinkel βi anband des Wertes βH und des über einen weiten Eingang zugeführten Rotorwinkels ϕ dient. Im Ausführungsbeispiel gibt der Block 13 an drei Ausgängen je ein Stellsignal in Form eines Sollwerts βi,ref bzw. β1,ref, β2,ref und β3,ref, ab, der dem Eingang je einer zugeordneten der Verstelleinrichtungen 14, 15 bzw. 16 zugeführt wird. Die Aufspaltung der Größe βH in einzelne Blatteinstellwinkel βi erfolgt daher erst im Block 13.The output signal β H of the block 12 is fed via the transformer 18 to a first input of the block 13 , which is used to calculate the various blade setting angles β i based on the value β H and the rotor angle wink supplied via a wide input. In the exemplary embodiment, block 13 emits an actuating signal in the form of a setpoint value β i, ref or β 1, ref , β 2, ref and β 3, ref , at three outputs, which corresponds to the input of an associated one of the adjusting devices 14 , 15 or 16 is supplied. The splitting of the size β H into individual blade setting angles β i therefore takes place only in block 13 .
Im beschriebenen Beispiel sind die Verstelleinrichtungen 14, 15 und 16 zweckmäßig ihrerseits als Regeleinrichtungen ausgebildet, die die zugeführten Stellsignale βi,ref als Sollsignale erhalten, diese mit entsprechenden Istsignalen der Blatteinstellwinkel βi vergleichen und aus der ermittelten Regelabweichung die Blatteinstellung vornehmen. Zu diesem Zweck sind die Verstelleinrichtungen 14, 15 und 16 z. B. mit je einem elek­ trischen oder hydraulischen Antrieb versehen. Die für die Regelung der Verstelleinrich­ tung benötigten Komponenten bilden daher zusätzlich zu den Blöcken 12 und 13 Bestand­ teile des eigentlichen Reglers.In the example described, the adjusting devices 14 , 15 and 16 are expediently designed as control devices which receive the supplied control signals β i, ref as set signals , compare them with corresponding actual signals of the blade pitch angle β i and make the blade adjustment from the determined control deviation. For this purpose, the adjustment devices 14 , 15 and 16 z. B. each with an electrical or hydraulic drive. The components required for the control of the adjusting device therefore form parts of the actual controller in addition to the blocks 12 and 13 .
Eine Ausführungsform einer hydraulischen Blattverstelleinrichtung ist in Fig. 13 darge­ stellt. Als Verstellantrieb dient dabei ein hydraulischer Stellzylinder 42, wobei die Längsbewegungen des Kolbens auf einen mit dem Rotorblatt 6 (in Fig. 13 ausgespart) starr verbundenen Verstellring 43 übertragen werden. Für jedes Rotorblatt ist eine separate Verstelleinrichtung vorhanden, so daß die Blatteinstellwinkel der einzelnen Rotorblätter 4, 5 und 6 getrennt und unabhängig voneinander verstellt werden können.An embodiment of a hydraulic blade adjustment device is shown in Fig. 13 Darge. A hydraulic actuating cylinder 42 serves as the adjusting drive, the longitudinal movements of the piston being transmitted to an adjusting ring 43 rigidly connected to the rotor blade 6 (not shown in FIG. 13). A separate adjusting device is provided for each rotor blade, so that the blade pitch angle of the individual rotor blades 4 , 5 and 6 can be adjusted separately and independently of one another.
Die Erzeugung der Stellsignale βi,ref erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise nach einer Steuerfunktion, deren Amplitude βH in der oben erläuterten Weise vom Block 12 geliefert wird und hier durch die Formel
The control signals β i, ref are preferably generated according to the invention according to a control function, the amplitude β H of which is supplied by block 12 in the manner explained above and here by the formula
gegeben ist, worin i die laufende Nummer der vorhandenen Rotorblätter 4, 5 bzw. 6 angibt, während m die Zahl der vorhandenen Rotorblätter bedeutet. Bei drei Rotorblättern mit Winkelabständen von je 120° ist daher
is given, in which i indicates the serial number of the existing rotor blades 4 , 5 and 6 , while m means the number of the existing rotor blades. With three rotor blades with angular intervals of 120 ° each
β1,ref = βH.sin *, (2)
β 1, ref = β H .sin *, (2)
β2,ref = βH.sin (ϕ+120°), (3)
β 2, ref = β H .sin (ϕ + 120 °), (3)
β3,ref = βH.sin (ϕ+240°), (4)
β 3, ref = β H .sin (ϕ + 240 °), (4)
woraus der sinusförmige Verlauf der Blattverstellungen bzw. der Blatteinstellwinkel βi im Zuge einer Umdrehung des Rotors 3 berechnet werden kann. Als Ergebnis werden um einen Mittelwert (hier z. B. 0) schwankende Blatteinstellwinkel βi erhalten. Maximale bzw. minimale Blatteinstellwinkelausschläge ±βH ergeben sich, wenn das entsprechende Rotorblatt (z. B. Rotorblatt 4 in Fig. 2) parallel zur positiven bzw. negativen y-Achse, d. h. horizontal, steht. In vertikaler Stellung des entsprechenden Rotorblatts nimmt der Blatteinstellwinkel den Wert des mittleren Blatteinstellwinkels an (hier Null).from which the sinusoidal course of the blade adjustments or the blade pitch angle β i can be calculated in the course of one revolution of the rotor 3 . As a result, the blade pitch angle β i fluctuating around an average value (here, for example, 0). Maximum or minimum blade pitch angle deflections ± β H result if the corresponding rotor blade (e.g. rotor blade 4 in FIG. 2) is parallel to the positive or negative y-axis, ie horizontally. In the vertical position of the corresponding rotor blade, the blade pitch angle takes on the value of the mean blade pitch angle (here zero).
Da die an den Rotorbläffern 4, 5 und 6 angreifenden Schubkräfte mit zunehmendem Blatteinstellwinkel abnehmen, bedeutet das in Fig. 2, daß die Schubkraftwirkung auf der rechten Seite (negative y-Achse) verringert und auf der linken Seite (positive y-Achse) vergrößert und damit ein resultierendes Drehmoment MGier erzeugt wird, das die Gondel 2 in Fig. 3 von oben betrachtet im Uhrzeigersinn um die z-Achse zu drehen versucht.Since the thrust forces acting on the rotor blades 4 , 5 and 6 decrease with increasing blade pitch angle, this means in FIG. 2 that the thrust force effect on the right side (negative y-axis) is reduced and on the left side (positive y-axis) is increased and thus a resulting torque M yaw is generated, which the nacelle 2 in FIG. 3, viewed from above, tries to rotate clockwise around the z-axis.
Die Vorgabe eines von βH unabhängigen Blatteinstellwinkels erfolgt gemäß Fig. 5 mit Hilfe einer weiteren Regelvorrichtung, die als Stellglieder ebenfalls die Verstelleinrichtun­ gen 14, 15 und 16, jedoch als Regler außer dem Block 13 im wesentlichen einen Block 23 enthält, dessen Ausgang über den Übertrager 18 mit einem weiteren Eingang des Blocks 13 verbunden ist und ein Signal β0 liefert. Das Signal β0 dient zur Begrenzung der elek­ trischen Leistung und dem Schutz der Windenergieanlage vor Überlastung und hat eine Verstellung der drei Rotorblätter 4, 5 und 6, ausgehend von ihrer Nullposition, um gleiche Winkel und in demselben Drehsinn zur Folge. Für den Fall, daß βH = 0 gilt, nehmen somit alle drei Stell- bzw. Sollwerte βi,ref den Wert β0 an. Bei βH≠0 werden die von βH abhängigen Sollwerte βi,ref dagegen um den Wert β0 modifiziert, d. h. die durch βH zyklisch veränderten Blatteinstellwinkel βi schwanken jetzt nicht um β0 = 0, sondern um einen durch β0≠0 vorgegebenen mittleren Blatteinstellwinkel. Rechnerisch kann dies dadurch dargestellt werden, daß β0 als Summand in der oben angegebenen Gleichung (1) erscheint:
The specification of a vendor independent of β H blade pitch angle is carried out according to Fig. 5 by means of a further control device as actuators also the Verstelleinrichtun gene 14, but containing 15 and 16 as a controller other than the block 13 is essentially a block 23, the output of which the Transmitter 18 is connected to a further input of block 13 and supplies a signal β 0 . The signal β 0 serves to limit the electrical power and protect the wind turbine against overload and has an adjustment of the three rotor blades 4 , 5 and 6 , starting from their zero position, by the same angle and in the same direction of rotation. In the event that β H = 0, all three manipulated or set values β i, ref assume the value β 0 . With β H ≠ 0, however, the setpoints β i, ref dependent on β H are modified by the value β 0 , ie the blade pitch angles β i , which are cyclically changed by β H, now do not fluctuate by β 0 = 0, but by one by β 0 ≠ 0 specified average blade pitch. This can be represented mathematically by the fact that β 0 appears as a summand in equation (1) given above:
mit der Folge, daß für βH = 0 für alle Rotorblätter βi = P0 gilt.with the consequence that β i = P 0 applies to β H = 0 for all rotor blades.
Im Hinblick auf β0 kann, abhängig vom jeweiligen Anlagentyp, auf bekannte Regelungs­ konzepte zurückgegriffen werden (S. Heier: "Windkraftanlagen im Netzbetrieb", B. G. Teubner, Stuttgart, 2. Auflage 1996, S. 313ff.). Dies ist in Fig. 5 für Anlagen mit starrer Drehzahl dadurch angedeutet, daß mittels eines geeigneten Meßaufnehmers oder Sensors, der im Generator 9 untergebracht ist, ein den Istwert der erzeugten Leistung P angebendes Signal erzeugt wird. Dieses Istsignal wird in einem Vergleicher 24 mit einem vorgegebe­ nen Sollwert Pref verglichen. Die ermittelte Regelabweichung ΔP wird dem Block 23 zugeführt, der analog zum Block 12 als Regler wirkt, der lediglich einen Mittelwert β0 vorgibt, der im Block 13 in Sollsignale für die einzelnen Verstelleinrichtungen 14, 15 und 16 umgewandelt wird. Bei Anlagen mit variabler Drehzahl ist ein weiterer Sensor vorhanden, der ein der momentanen Drehzahl n entsprechendes Signal liefert, das in einem Vergleicher 25 mit einem entsprechenden Sollwert nref verglichen wird. Die Regelabweichung Δn wird ebenfalls dem Block 23 zugeführt, der daher insgesamt als Leistungs- und Drehzahlregler bezeichnet werden könnte und an einem weiteren Ausgang ein Signal Mref liefert, das einem weiteren Stellglied in Form eines Frequenzumrichters 26 zugeführt wird, der die vom Generator 9 erzeugte elektrische Energie frequenzvariabel aufnimmt und mit einer anderen Frequenz, z. B. 50 Hz, in das elektrische Netz einspeist. In Abhängigkeit von Mref werden in an sich bekannter Weise im Frequenzumrichter 21 enthaltene Leistungsschalter so angesteuert, daß das Drehmoment oder die elektrische Leistungsabgabe des Generators geregelt bzw. beeinflußt wird. Insgesamt erfolgt in diesem Fall die Regelung auf Nennleistung unter Berücksichtigung der variablen Drehzahl n. Zur Realisierung des Blocks 23 kann auf bekannte Regelkonzepte zurückgegriffen werden. With regard to β 0 , depending on the particular type of system, known control concepts can be used (S. Heier: "Wind turbines in network operation", BG Teubner, Stuttgart, 2nd edition 1996, p. 313ff.). This is indicated in FIG. 5 for systems with a rigid rotational speed in that a signal indicating the actual value of the generated power P is generated by means of a suitable measuring sensor or sensor which is accommodated in the generator 9 . This actual signal is compared in a comparator 24 with a predetermined reference value P ref . The determined control deviation .DELTA.P is fed to block 23 , which acts analogously to block 12 as a controller, which merely specifies an average value β 0 , which is converted in block 13 into target signals for the individual adjusting devices 14 , 15 and 16 . In systems with variable speed, a further sensor is provided, which supplies a signal corresponding to the current speed n , which is compared in a comparator 25 with a corresponding target value n ref . The control deviation .DELTA.n is also fed to block 23 , which could therefore be referred to overall as a power and speed controller and supplies a signal M ref at a further output, which is fed to a further actuator in the form of a frequency converter 26 , which generates the one generated by generator 9 electrical energy frequency variable takes and with a different frequency, for. B. 50 Hz, feeds into the electrical network. Depending on M ref , power switches contained in the frequency converter 21 are controlled in a manner known per se so that the torque or the electrical power output of the generator is regulated or influenced. Overall, in this case the nominal power is regulated taking into account the variable speed n . Known control concepts can be used to implement block 23 .
Die hier angegebene Struktur der Leistungs- und Drehzahlregelung stellt nur eine von vielen möglichen Ausführungsformen dar. So kann z. B. anstelle der elektrischen Leistung auch das Drehmoment des Generators geregelt werden.The structure of the power and speed control specified here represents only one of represents many possible embodiments. B. instead of electrical power also the torque of the generator can be regulated.
Nach einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Verstelleinrichtungen 14, 15 und 16 schließlich auch als Stellglieder einer dritten Regel­ vorrichtung verwendet, die dem Zweck dient, schädliche, vom Wind auf die Rotorblätter 4, 5 und 6 bzw. auf den Rotor 3 ausgeübte Belastungen durch Änderungen der Blattein­ stellwinkel βi zu reduzieren. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Blatteinstellwinkel βi so zu regeln, daß sie das von allen Rotorblättern 4, 5 und 6 erzeugte Nickmoment reduzieren, ohne dadurch die oben beschriebene Regelung des Windrichtungsnachlaufs für die Gondel 2 wesentlich zu beeinträchtigen. Erreicht wird dies z. B. dadurch, daß die vom Block 13 abgegebenen Stellsignale βi,ref entsprechend modifiziert werden. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt auch diese Modifizierung zyklisch und insbesondere mit Hilfe einer harmonischen Steuerfunktion, die eine Amplitude βv vorgibt, die in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel ϕ des Rotors 3 schwankt.According to a further, particularly preferred embodiment of the invention, the adjusting devices 14 , 15 and 16 are finally also used as actuators of a third control device which serves the purpose of damaging the wind on the rotor blades 4 , 5 and 6 or on the rotor 3 reduce stresses exerted by changes in the blade setting angle β i . For this purpose, it is provided according to the invention to regulate the blade pitch angle β i in such a way that they reduce the pitching moment generated by all the rotor blades 4 , 5 and 6 without thereby significantly impairing the above-described regulation of the wind direction lag for the nacelle 2 . This is achieved e.g. B. in that the output signals from block 13 β i, ref are modified accordingly. According to a particularly preferred embodiment, this modification is also carried out cyclically and in particular with the aid of a harmonic control function which specifies an amplitude β v which fluctuates as a function of the rotation angle winkel of the rotor 3 .
Die Amplitude βv könnte z. B. anhand von geschätzten, z. B. aus dem aktuellen Wind­ verhalten abgeleiteten Informationen über das Nickmoment des Rotors 3 ermittelt oder festgelegt werden. Der Anstieg oder Abfall der Windgeschwindigkeit mit der Höhe läßt sich z. B. je nach Geländeform durch einen Höhenwindgradienten beziffern (Comission of the European Communities: "European Wind Atlas", Risø National Laboratory, ISBN 87-550-1482-8, Roskilde). Damit ist es möglich, den vertikalen Verlauf der Windgeschwin­ digkeit abzuschätzen und das Nickmoment mit Hilfe eines aerodynamischen Rotormodells zu bestimmen.The amplitude β v could e.g. B. based on estimated, e.g. B. from the current wind behavior derived information about the pitching moment of the rotor 3 can be determined or set. The increase or decrease in wind speed with altitude can be done e.g. B. depending on the shape of the terrain by a vertical wind gradient (Commission of the European Communities: "European Wind Atlas", Risø National Laboratory, ISBN 87-550-1482-8, Roskilde). This makes it possible to estimate the vertical course of the wind speed and to determine the pitching moment with the help of an aerodynamic rotor model.
Bevorzugt wird jedoch die aus Fig. 5 ersichtliche Ausführungsform vorgesehen. Darin wird das momentane Nickmoment durch Messung der oben erläuterten Biegemomente MB1, MB2 und MB3 (Schlagbiegemomente) der Rotorblätter 4, 5 und 6 mit Hilfe der Sensoren 7 (Fig. 7) ermittelt. Es wäre zwar möglich, das Biegemoment nur an einem einzigen Rotorblatt zu messen, doch wäre die Meßgenauigkeit, bezogen auf das Nickmo­ ment, dann geringer. Außerdem ist es nicht notwendig, die Biegemomente in zwei Achsen zu messen. Es genügt vielmehr, eine Bezugsachse zu wählen, die bei einem Blatteinstell­ winkel von z. B. ca. 5° senkrecht auf der Rotorebene steht. In diesem Fall muß bei Abweichung des Blatteinstellwinkels von diesem Bezugswert der Meßwert um den anteiligen Einfluß des Blatteigengewichts korrigiert werden. Die Kalibrierung der Meßaufnehmer 7 kann vorteilhaft im Leerlaufbetrieb (dem sog. Trudeln) durchgeführt werden, da in diesem Betriebszustand die betreffenden Biegemomente im wesentlichen von dem bekannten Eigengewicht der Rotorblätter abhängen.However, the embodiment shown in FIG. 5 is preferably provided. The momentary pitching moment is determined therein by measuring the bending moments M B1 , M B2 and M B3 (impact bending moments) of the rotor blades 4 , 5 and 6 explained above with the aid of the sensors 7 ( FIG. 7). It would be possible to measure the bending moment only on a single rotor blade, but the measuring accuracy, based on the nick moment, would then be lower. In addition, it is not necessary to measure the bending moments in two axes. Rather, it is sufficient to choose a reference axis, the angle of z. B. is approximately 5 ° perpendicular to the rotor plane. In this case, if the blade pitch angle deviates from this reference value, the measured value must be corrected for the proportional influence of the sheet's own weight. The calibration of the sensor 7 can advantageously be carried out in idle mode (the so-called spinning), since in this operating state the relevant bending moments essentially depend on the known dead weight of the rotor blades.
Aus den in der yz-Ebene nach Fig. 1 bis 3 erzeugten Schlagbiegemomenten MB1, MB2, MB3 kann das Nickmoment, wie in Fig. 4 dargestellt ist, durch rechnerische Projektion auf die horizontale y-Achse unter Verwendung der folgenden Berechnungsvorschrift bestimmt werden:
From the impact bending moments M B1 , M B2 , M B3 generated in the yz plane according to FIGS. 1 to 3, the pitching moment, as shown in FIG. 4, can be determined by mathematical projection onto the horizontal y axis using the following calculation rule will:
MNick = MB1 cos ϕ + MB2 cos (ϕ + 120°) + MB3 cos (ϕ + 240°) (6).M Nick = M B1 cos ϕ + M B2 cos (ϕ + 120 °) + M B3 cos (ϕ + 240 °) (6).
Zur Reduzierung oder Beseitigung eines vorhandenen Nickmoments werden an einem Ausgang des Rotors 3 die von den Sensoren 7 erhaltenen Signale abgenommen und einem Block 28 zugeführt, indem aus ihnen ein dem momentanen Istwert des Nickmoments entsprechendes Istsignal MNick gebildet wird. Dieses wird in einem Vergleicher 29 mit einem vorgegebenen Sollwert MNick,ref verglichen, der vorzugsweise auch dem Wert Null entsprechen kann. Die Regelabweichung wird einem Block 30 zugeführt, der an seinem Ausgang analog zum Block 12 ein Signal βv abgibt, das lediglich die Anforderung einer bestimmten, von allen drei Rotorblättern 4, 5 und 6 zu erzeugenden Blatteinstellwinkelein­ stellung beinhaltet, die geeignet ist, das momentane Nickmoment MNick zu reduzieren bzw. weitgehend zu kompensieren.To reduce or eliminate an existing pitch torque, the signals received by the sensors 7 are taken from an output of the rotor 3 and fed to a block 28 by forming an actual signal M Nick corresponding to the current actual value of the pitch torque. This is compared in a comparator 29 with a predetermined target value M Nick, ref , which can preferably also correspond to the value zero. The control deviation is fed to a block 30 , which outputs a signal β v at its output analogous to block 12 , which only contains the request for a specific blade setting angle setting to be generated by all three rotor blades 4 , 5 and 6 , which is suitable for the current one To reduce or largely compensate for the pitching moment M pitch .
Eine geeignete Ausführungsform für diese Regelfunktion ist in Fig. 7 dargestellt, wonach der Block 30 ein einfacher Integralregler mit der Verstärkung KI,2 sein kann, der aus der Regelabweichung ΔMNick den Wert βv bildet. Unabhängig von der Verstärkung ist dieser Regler in der Lage, ein konstantes Nickmoment zu kompensieren. Je größer die Ver­ stärkung gewählt wird, desto empfindlicher reagiert der Regler auf Änderungen des Nickmoments. A suitable embodiment for this control function is shown in FIG. 7, according to which the block 30 can be a simple integral controller with the gain K I, 2 , which forms the value β v from the control deviation ΔM Nick . Regardless of the gain, this controller is able to compensate for a constant pitch torque. The greater the gain selected, the more sensitive the controller reacts to changes in the nick torque.
Das Signal βv entspricht wie das Signal βH einer Amplitude, mit welcher die Rotorblätter 4, 5 und 6 um einen voreingestellten, z. B. durch β0 gegebenen Blatteinstellwinkel βi zyklisch schwanken sollen. Dabei ist der Einfachheit halber angenommen, daß diese Amplitude für alle vorhandenen Rotorblätter 4, 5 und 6 identisch sein kann, was im allgemeinen besonders vorteilhaft ist. Das Signal βv wird, da die Blöcke 28, 29 und 30 vorzugsweise in der Rotornabe montiert sind, direkt einem weiteren Eingang des Blocks 13 zugefährt, der es in Werte umwandelt, mit denen die oben beschriebenen Stelleinstell­ signale βi,ref modifiziert werden. Dabei erfolgt diese Modifizierung vorzugsweise nach einer Steuerfunktion, deren Amplitude von der Größe des zu reduzierenden Nickmoments und dem zeitlichen Verlauf der Umlaufbewegung des Rotors 3 abhängt. Die Steuerfunk­ tion ist wie die für das Giermoment vorzugsweise harmonisch, im Gegensatz zur Formel (1) jedoch durch folgende Cosinusfunktion gebildet:
The signal β v , like the signal β H, corresponds to an amplitude with which the rotor blades 4 , 5 and 6 are adjusted by a preset z. B. by β 0 given blade pitch β i should fluctuate cyclically. It is assumed for the sake of simplicity that this amplitude can be identical for all existing rotor blades 4 , 5 and 6 , which is generally particularly advantageous. The signal β v , since the blocks 28 , 29 and 30 are preferably mounted in the rotor hub, is fed directly to a further input of the block 13 , which converts it into values with which the above-described setting signals β i, ref are modified. This modification is preferably carried out according to a control function, the amplitude of which depends on the size of the pitching torque to be reduced and the time course of the rotating movement of the rotor 3 . The control function, like that for the yaw moment, is preferably harmonic, but in contrast to the formula (1) it is formed by the following cosine function:
wenn zusätzlich die Größe β0 verwendet wird.if size β 0 is also used.
Daraus folgt, daß sich für die Reduzierung des Nickmoments MNick ein cosinusförmiger Verlauf der Blattverstellungen ergibt, d. h. die durch das Signal βv verursachte Änderung der Blatteinstellwinkelstellungen ist für cos [ϕ + (i-1) 360°/m] = ±1 jeweils maximal in dem einen bzw. entgegengesetzten Drehsinn und jeweils 0 für cos [ϕ + (i - 1) 360°/m] = 0°, was z. B. der Fall ist, wenn das Rotorblatt 4 in Fig. 2 die Stellungen ϕ = 0°, 180° bzw. 90°, 270° einnimmt. Eine Reduzierung eines positiven Nickmoments kann daher z. B. durch Vergrößerung des Blatteinstellwinkels in der oberen Hälfte des Rotorkreises nach Fig. 2 erreicht werden, da in diesem Fall die Schubkräfte kleiner werden. Umge­ kehrt hat eine Reduzierung der Blatteinstellwinkel in der unteren Hälfte des Rotorkreises dort eine Vergrößerung der Schubkräfte zur Folge.It follows that for the reduction of the pitching moment M Nick there is a cosine curve of the blade adjustments, ie the change in the blade pitch angle positions caused by the signal β v is for cos [ϕ + (i-1) 360 ° / m] = ± 1 in each case maximum in one or the opposite direction of rotation and 0 for cos [ϕ + (i - 1) 360 ° / m] = 0 °, which, for. B. is the case when the rotor blade 4 in Fig. 2 assumes the positions ϕ = 0 °, 180 ° or 90 °, 270 °. A reduction in a positive pitch torque can therefore be achieved e.g. B. can be achieved by increasing the blade pitch in the upper half of the rotor circle of FIG. 2, since in this case the thrust forces become smaller. Conversely, a reduction in the blade pitch angle in the lower half of the rotor circle results in an increase in the thrust forces.
Werden alle drei Signale βH, β0 und βv gleichzeitig benutzt, wird zweckmäßig die folgende Steuerfunktion vorgegeben:
If all three signals β H , β 0 and β v are used simultaneously, the following control function is expediently specified:
wobei i, m β0, βH und βv dieselbe Bedeutung wie in Gleichungen (1), (5) und (7) haben.where i , m β 0 , β H and β v have the same meaning as in equations (1), (5) and (7).
Bei Anwendung von Gleichung (9) und der beschriebenen Regelvorrichtung ergibt sich einerseits der Vorteil, daß nur die beiden Signale βH und β0 von der Gondel zum Rotor 3 übertragen werden brauchen. Andererseits ist es vorteilhaft, daß die zur Reduzierung des Nickmoments erforderliche Einstellung der Rotorblätter 4, 5 und 6 nicht die zur Her­ stellung des gewünschten Giermoments benötigte Einstellung derselben Rotorblätter 4, 5 und 6 stört. Aus Gleichung (9) ist ersichtlich, daß für βH = 0 nur die Gleichung (8) und für βv = 0 nur Gleichung (5) verbleibt. Außerdem kann irgendein Rotorblatt 4, 5 bzw. 6, wenn es sich in der Position ϕ = 0° oder ϕ = 180° nach Fig. 2 befindet, nur zum Nickmoment um die y-Achse, aber nicht zum Giermoment um die z-Achse beitragen, während umgekehrt ein Rotorblatt 4, 5 bzw. 6, wenn es sich in der Stellung (ϕ = 90° oder ϕ = 270° befindet, nur zum Giermoment, aber nicht zum Nickmoment beiträgt. Das ist in Gleichung (9) dadurch berücksichtigt, daß die Terme mit den Ausdrücken sin [* + (i - 1) 360°/m) bzw. cos (ϕ + (i - 1) 360°/m] für bestimmte Winkel ϕ jeweils unabhängig davon Null werden, ob βH, β v selbst Null sind oder nicht.Using equation (9) and the control device described results in on the one hand the advantage that only the two signals βH and β0 from the nacelle to the rotor3rd  need to be transferred. On the other hand, it is advantageous that the to reduce the Adjustment of the rotor blades required4th,5 and6 not the one for here Setting the desired yaw moment required setting the same rotor blades4th,5  and6 disturbs. From equation (9) it can be seen that for βH = 0 only equation (8) and for βv = 0 only equation (5) remains. In addition, any rotor blade4th,5 respectively.6, if it is in the position ϕ = 0 ° or ϕ = 180 °Fig. 2 located only for Pitch moment around the y-axis, but does not contribute to the yaw moment around the z-axis, while conversely a rotor blade4th,5 respectively.6if it is in the position (ϕ = 90 ° or ϕ = 270 °, only contributes to the yaw moment, but not to the pitch moment. The is taken into account in equation (9) in that the terms with the expressions sin [* + (i - 1) 360 ° / m) or cos (ϕ + (i - 1) 360 ° / m] for certain angles ϕ each become zero regardless of whether βH, β v are zero themselves or not.
Darüber hinaus kann gezeigt werden, daß sich bei Anwendung von drei Rotorblättern 4, 5 und 6 oder mehr keine gegenseitige Beeinflussung der durch βH bzw. βv verursachten Blattverstellungen ergibt. Dies ist in Fig. 8 bis 10 schematisch anhand der mit Gleichung (9) berechneten Werte für die Blatteinstellwinkel βi dargestellt. In addition, it can be shown that when three rotor blades 4 , 5 and 6 or more are used, there is no mutual influence on the blade adjustments caused by β H or β v . This is shown schematically in FIGS. 8 to 10 using the values for the blade pitch angle β i calculated using equation (9).
Fig. 8 bis 10 enthalten jeweils vier Schaubilder a, b, c und d mit je drei Kurven. Dabei sind die mit einer durchgezogenen Linie gezeichneten Kurven den Rotorblättern 4 bzw. den Blatteinstellwinkeln βi usw., die mit einer gestrichelten Linie gezeichneten Kurven dem Rotorblatt 5 bzw. dem Blatteinstellwinkel β2 usw. und die mit einer strichpunktierten Linie dargestellten Kurven dem Rotorblatt 6 bzw. dem Blatteinstellwinkel β3 usw. zugeordnet. Die Schaubilder e zeigen jeweils die resultierenden Momente über eine Rotor­ umdrehung. Fig. 8 to 10 each contain four graphs a, b, c and d, each with three curves. The curves drawn with a solid line are the rotor blades 4 or the blade pitch angles β i etc., the curves drawn with a broken line are the rotor blade 5 or the blade pitch angles β 2 etc. and the curves shown with a broken line are the rotor blade 6 or the blade pitch angle β 3 etc. assigned. The diagrams e show the resulting moments over one rotor revolution.
Bild a von Fig. 8 zeigt schematisch für β0 = 4, βv = 1 und βH = 0 (entsprechend einer Voreinstellung für die Blatteinstellwinkel β0 = 4° bzw. Blatteinstellwinkelamplituden βv von jeweils 1°) mit je einer Kurve den mit Gleichung (9) berechneten Verlauf der Stellwerte β1,ref, β2,ref und β3,ref bzw. der diesen Werten folgenden Blatteinstellwinkel β1, β2 und β3. Alle Kurven schwanken zyklisch nach einer Cosinusfunktion um den mittleren Wert β = 4°, wobei die Kurve für βi in der Position ϕ = 0° beginnt, in der das zu­ gehörige Rotorblatt 4 parallel zur z-Achse steht (Fig. 2). Entsprechend befinden sich die den Kurven β2 und β3, zugeordneten Rotorblätter 5 und 6 gleichzeitig in den Stellungen ϕ = 120° bzw. ϕ = 240°.Figure a of Fig. 8 shows schematically for β 0 = 4, β v = 1 and β H = 0 (corresponding to a presetting for the blade pitch angle β 0 = 4 ° or blade pitch angle amplitudes β v of 1 ° in each case) with one curve each curve of the manipulated values β 1, ref , β 2, ref and β 3, ref or the blade pitch angle β 1 , β 2 and β 3 following these values, calculated using equation (9). All curves fluctuate cyclically according to a cosine function around the mean value β = 4 °, the curve for β i beginning in the position ϕ = 0 ° in which the associated rotor blade 4 is parallel to the z-axis ( FIG. 2). Correspondingly, the rotor blades 5 and 6 assigned to the curves β 2 and β 3 are simultaneously in the positions ϕ = 120 ° and ϕ = 240 °.
Die Kurven MB1, MB2 und MB3, in Bild b von Fig. 8 zeigen die zu den Blatteinstellwinkeln nach Bild a gehörigen Schlagbiegemomente. Dabei ist angenommen und vorausgesetzt, daß ein harmonischer Verlauf der Blatteinstellwinkeleinstellung eine annähernd ebenfalls harmonische Änderung der Biegemomente MB1, MB2 und MB3 über eine Rotorumdrehung erzeugt, was mit der Praxis gut übereinstimmt. Das mittlere Biegemoment, resultierend aus einer gleichförmigen Windbelastung, bleibt natürlich erhalten. Größere Blatteinstell­ winkel führen dabei in der Regel zu kleineren Biegemomenten und umgekehrt, da dem Wind dann weniger bzw. mehr Angriffsfläche geboten wird.The curves M B1 , M B2 and M B3 in Figure b of FIG. 8 show the impact bending moments associated with the blade pitch angles according to Figure a . It is assumed and assumed that a harmonic course of the blade pitch angle setting produces an approximately likewise harmonic change in the bending moments M B1 , M B2 and M B3 over a rotor revolution, which is in good agreement with practice. The mean bending moment resulting from a uniform wind load is of course retained. Larger blade adjustment angles usually lead to smaller bending moments and vice versa, since the wind is then offered less or more contact surface.
In Bild b von Fig. 8 ist angenommen, daß die Blatteinstellungen nach Bild a zu Biegemo­ menten führen, die um einen Mittelwert von 1 schwanken und zu Gesamtmomenten von 1 ± 0,1 führen können. Die maximalen und mimalen Werte der Biegemomente betragen daher unter dem Einfluß von βv jeweils 1,1 bzw. 0,9.In picture b of FIG. 8 it is assumed that the sheet settings according to picture a lead to bending moments which fluctuate around an average value of 1 and can lead to total moments of 1 ± 0.1. The maximum and maximum values of the bending moments under the influence of β v are therefore 1.1 and 0.9, respectively.
Die Vektoren der Biegemomente liegen nach Fig. 4 in der yz-Ebene (Rotorebene), so daß sie je eine auf die z-Achse und die y-Achse bezogene z- bzw. y-Komponente haben, wobei die z-Komponente ausschließlich zum Giermoment und die y-Komponente ausschließlich zum Nickmoment beiträgt. Gemäß Fig. 4 ergibt sich die z-Komponente des Biegemoments von Rotorblatt 4 durch Multiplikation des Biegemoments MB1 mit sinϕ, die y-Komponente durch Multiplikation mit cosϕ. Zur Berechnung der entsprechenden Komponenten für die Biegemomente der Rotorblätter 5 und 6 ist anstelle des Winkels ϕ der Wert ϕ + 120° bzw. ϕ + 240° einzusetzen.The vectors of the bending moments are shown in FIG. 4 in the y-z plane (plane of the rotor) so that they each have a have on the z-axis and the y-axis-related z- and y-component, the z-component solely for Yaw moment and the y component only contributes to the pitch moment. According to FIG. 4, the z-component of the bending moment of the rotor blade 4 by multiplying the bending moment M results in B1 with sinφ, the y-component by multiplication with cos. To calculate the corresponding components for the bending moments of rotor blades 5 and 6 , the value ϕ + 120 ° or ϕ + 240 ° must be used instead of the angle ϕ.
Da βH = 0 vorausgesetzt ist, haben die von βv = 1 verursachten Änderungen der Biege­ momente im Bild c jeweils Verläufe für die für das Giermoment verantwortlichen z-Komponenten der Biegemomente zur Folge, die z. B. zu einem Wert MB1,z = 0 in der Stellung ϕ = 0° des Rotorblatts 4 mit sin ϕ = 0 und z. B. zu einem Wert MB1,z = 1,0 in der Stellung ϕ = 90° des Rotorblatts 4 mit sin ϕ = 1 führen. Umgekehrt zeigt Bild d, daß die für die Nickmomente verantwortlichen y-Komponenten bei in der Stellung ϕ = 0 befindlichem Rotorblatt 4 jetzt MB1,y = 0,9 (cos ϕ = 1) ist, während in der Stellung desselben Rotorblatts 4 bei ϕ = 90° (cos ϕ = 0) jetzt MB1,y = 0 gilt. Für die beiden anderen Rotorblätter 5 und 6 lassen sich die charakteristischen Werte aus den ihnen zugeordneten Kurven entnehmen.Since β H = 0 is assumed, the changes in the bending moments caused by β v = 1 in Fig. C each result in curves for the z-components of the bending moments responsible for the yaw moment. B. to a value M B1, z = 0 in the position ϕ = 0 ° of the rotor blade 4 with sin ϕ = 0 and z. B. lead to a value M B1, z = 1.0 in the position ϕ = 90 ° of the rotor blade 4 with sin ϕ = 1. Conversely, Figure d shows that the y components responsible for the pitching moments when the rotor blade 4 is in the position ϕ = 0 are now M B1, y = 0.9 (cos ϕ = 1), while in the position of the same rotor blade 4 at ϕ = 90 ° (cos ϕ = 0) now M B1, y = 0 applies. The characteristic values for the two other rotor blades 5 and 6 can be found in the curves assigned to them.
Bild e zeigt schließlich die gemeinsame Wirkung aller drei Rotorblätter 4, 5 und 6 während eines vollen Umlaufs des Rotors 3. Daraus ergibt sich, daß alle drei Rotorblätter 4, 5 und 6 zusammen ein resultierendes Giermoment von 0 (Linie 32) und ein resultieren­ des Nickmoment von -0,15 (Linie 33) erzeugen. Unter der Voraussetzung βv = 1 und βH = 0 wird daher erreicht, daß ohne Einfluß auf das Giermoment und die Windnachfüh­ rung eine Reduzierung eines vorhandenen positiven Nickmoments herbeigeführt wird.Finally, Figure e shows the common effect of all three rotor blades 4 , 5 and 6 during a full rotation of the rotor 3 . It follows that all three rotor blades 4 , 5 and 6 together produce a resulting yaw moment of 0 (line 32 ) and a resultant pitching moment of -0.15 (line 33 ). Assuming β v = 1 and β H = 0, it is therefore achieved that a reduction of an existing positive pitch torque is brought about without influencing the yaw moment and the wind tracking.
Fig. 9 zeigt analog zu Fig. 8 in Bildern a bis e den Verlauf der entsprechenden Größen, wenn β0 = 4, βv = 0 und βH = 1 gewählt wird. Ein Unterschied ergibt sich nur inso­ weit, als in Bild a eine Sinusfunktion dargestellt ist. Die Kurve β1, für das Rotorblatt 4 beginnt z. B. in dessen Stellung ϕ = 0° mit β1 = 0. Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, daß in Fig. 9 das resultierende Nickmoment entsprechend einer Linie 34 in Bild e gleich Null ist, während gleichzeitig ein resultierendes Giermoment (Linie 35) von -0,15 erhalten wird. Fig. 9 shows in analogy to Fig. 8 in the course images a to e of the corresponding quantities, if β 0 = 4, β = 0 and β v H = 1 is selected. The only difference is that a sine function is shown in Figure a . The curve β 1 , for the rotor blade 4 begins, for. B. in its position ϕ = 0 ° with β 1 = 0. Another significant difference is that in Fig. 9 the resulting pitching moment corresponding to a line 34 in Figure e is zero, while at the same time a resulting yaw moment (line 35 ) of -0.15 is obtained.
Fig. 10 zeigt schließlich in Bildern a bis e analog den Fall β0 = 4, βv = 1 und βH = 2. Hier überlagern sich die in Fig. 8 und 9 dargestellten Kurven derart, daß nach Bild e das resultierende Nickmoment (Linie 36) den Wert -0,15, das resultierende Giermoment (Linie 36a) den Wert von -0,3 annimmt. Daraus ist ersichtlich, daß die zur Windnachführung bzw. die zur Reduzierung oder Beseitigung störender Nickmomente beschriebenen Maßnahmen unabhängig voneinander getroffen werden können. Weiterhin wird durch die beschriebene zyklische Blattverstellung die vom Block 23 in Fig. 5 durchgeführte Leistungsregelung nicht beeinträchtigt, da im zeitlichen Mittel stets der vom Block 23 vorgegebene mittlere Blatteinstellwinkel eingestellt wird. Fig. 10 shows, finally, in images a to e analogous to the case of β 0 = 4, β v = 1 and β H = 2. Here, the curves shown in FIGS. 8 and 9, are superimposed in such a way that the resultant pitching moment after image e ( Line 36 ) the value -0.15, the resulting yaw moment (line 36 a) assumes the value of -0.3. From this it can be seen that the measures described for wind tracking or for reducing or eliminating annoying pitching moments can be taken independently of one another. Furthermore, the cyclic blade adjustment described does not affect the power control carried out by block 23 in FIG. 5, since the average blade pitch angle specified by block 23 is always set on average.
Das beschriebene Verfahren zur Drehung der Gondel 2 kann außer zur unmittelbaren Windrichtungsnachführung auch zur Drehung der Gondel 2 aus anderen Gründen ver­ wendet werden.The described method for rotating the gondola 2 can be used for other reasons in addition to the direct wind direction tracking for rotating the gondola 2 .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verstellung der Gondel 2 kann beispielsweise bei starker Fehlstellung der Gondel 2 eingesetzt werden. Dieser Fall tritt z. B. ein, wenn die Windenergieanlage in Folge einer Flaute oder einer Störung abgestellt werden mußte und anschließend die Windrichtung gewechselt hat. Da die Anlage in diesem Fall durch Windkraft nicht mehr anlaufen kann, wird sie erfindungsgemäß zeitweilig über den Generator 9 angetrieben, um eine zur Verstellung der Gondel erforderliche Mindest­ drehzahl des Rotors 3 zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Um den motorischen Hochlauf und Betrieb der Anlage zu ermöglichen, ist je nach Generatortyp eine Erweiterung der elektrischen Einrichtung notwendig. Bei Asynchronmaschinen mit Schleifringläufer genügt z. B. der Einsatz eines Anlaufwiderstands, der so bemessen wird, daß der Generator 9 ein motorisches Anlaufmoment in der Größenordnung von 10% des Nennmoments erreicht. Durch Drehen des Rotors 3 kann die Gondelverstellung unabhängig von der Anströmrich­ tung auch bei Windstille durchgeführt werden.The method according to the invention for adjusting the gondola 2 can be used, for example, when the gondola 2 is badly misaligned. This case occurs e.g. B. a, if the wind turbine had to be turned off as a result of a lull or a fault and then changed the wind direction. Since in this case the system can no longer start up due to wind power, it is temporarily driven according to the invention via the generator 9 in order to achieve and maintain a minimum speed of the rotor 3 required for adjusting the nacelle. Depending on the generator type, an expansion of the electrical equipment is necessary to enable the motor to start up and operate the system. For asynchronous machines with slip ring rotor, z. B. the use of a starting resistor, which is dimensioned so that the generator 9 reaches a motor starting torque in the order of 10% of the nominal torque. By turning the rotor 3 , the nacelle adjustment can be carried out regardless of the direction of flow even when there is no wind.
Auf dieselbe Weise kann nach einer weiteren Anwendungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gelegentlich eine erforderliche Entdrillung der im Turm 1 verlegten, zur Übertragung der elektrischen Energie erforderlichen Kabel erfolgen, wenn diese z. B. durch mehrfache Umdrehungen der Gondel 2 um die z-Achse in einer Drehrichtung verdrillt wurden und durch mehrfaches Drehen der Gondel 2 um die z-Achse in der entgegengesetzten Drehrichtung wieder entdrillt werden müssen. Hierzu kann z. B. der benötigte Entdrillungswinkel von Zeit zu Zeit am Ausgang des Sollwertgebers 17 vor­ gegeben werden.In the same way, according to a further application of the method according to the invention, a necessary untwisting of the cables laid in the tower 1 , which are necessary for the transmission of the electrical energy, can take place if these, for. B. were twisted by multiple revolutions of the gondola 2 about the z-axis in one direction of rotation and must be untwisted again by rotating the gondola 2 several times about the z-axis in the opposite direction of rotation. For this, e.g. B. the required twist angle from time to time at the output of the setpoint generator 17 are given before.
Fig. 11 und 12 zeigen die Eigenschalten der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung am Beispiel von zwei Computer-Simulationen einer großen Windenergieanlage mit einer Nennleistung von 1500 kW. Für beide Simulationen wurden Zeitverläufe der Windge­ schwindigkeit und der Windrichtung vorgegeben. Anhand eines mathematischen Modells der Windenergieanlage und der Regelung wurde das Verhalten der Anlage berechnet. In beiden Abbildungen sind die folgenden Zeitverläufe dargestellt:
FIGS. 11 and 12 show the proper switching of the control device according to the invention on the example of two computer simulations of a large wind turbine with a nominal power of 1500 kW. For both simulations, time profiles of the wind speed and the wind direction were specified. The behavior of the system was calculated based on a mathematical model of the wind turbine and the control system. The following time profiles are shown in both figures:
  • - die mittlere Windgeschwindigkeit im Rotorkreis (Bild a),- the average wind speed in the rotor circle (picture a ),
  • - die elektrische Leistungsabgabe (Bild b),- the electrical power output (Figure b ),
  • - die Rotordrehzahl (Bild c),- the rotor speed (figure c ),
  • - die mittlere Windrichtung im Rotorkreis und der Gondelwinkel (d) und- the mean wind direction in the rotor circle and the nacelle angle ( d ) and
  • - der Einstellwinkel des ersten Rotorblatts 4 (Bild e).- The setting angle of the first rotor blade 4 (Figure e ).
Fig. 11 zeigt das Verhalten der geregelten Windenergieanlage im Produktionsbetrieb bei mittelstarkem bis starkem Wind. Die Regelung wurde dabei so ausgelegt, daß die elektrische Leistung auf ca. 1500 kW begrenzt (Bild b), die Rotordrehzahl auf einen Sollwert von 20 U/min geregelt (Bild c) und die Gondel 2 der mittleren Windrichtung nachgeführt wird (Bild d), wobei die Windrichtung durch eine Kurve 37 und der Gondel­ winkel durch eine Kurve 38 angedeutet ist. Fig. 11 shows the behavior of the controlled wind power installation in operation at production medium severe to strong winds. The control system was designed so that the electrical output is limited to approx. 1500 kW (figure b ), the rotor speed is regulated to a setpoint of 20 rpm (figure c ) and the nacelle 2 is adjusted to the mean wind direction (figure d ) , wherein the wind direction is indicated by a curve 37 and the nacelle angle by a curve 38 .
Die Simulation zeigt, daß das geforderte Regelverhalten erzielt wird. Insbesondere wird erkennbar, daß die Begrenzung der Leistung und die Nachführung der Gondel 2 gleichzei­ tig möglich sind. Im Vergleich zu konventionellen, motorischen Windrichtungsnachfüh­ rungssystemen reagiert das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich schneller auf Änderun­ gen der Windrichtung und erreicht dabei höhere Nachführungsgeschwindigkeiten. Bei sehr schnellen Änderungen der Windrichtung erfolgt allerdings keine Nachführung, um die Ausschläge der Blatteinstellwinkel und die mechanische Belastung der Windenergieanlage gering zu halten. Am Verlauf des Blatteinstellwinkles (Bild e) zeigen sich die zur Leistungsbegrenzung erforderlichen Eingriffe durch langfristige Änderungen, während die zur Gondelverstellung notwendigen Stellausschläge periodisch zur Umlaufzeit des Rotors (ca. 3 s) sind.The simulation shows that the required control behavior is achieved. In particular, it can be seen that the limitation of the power and the tracking of the nacelle 2 are possible at the same time. In comparison to conventional, motorized wind direction tracking systems, the method according to the invention reacts much faster to changes in the wind direction and thereby achieves higher tracking speeds. In the event of very rapid changes in the wind direction, however, there is no tracking in order to keep the deflection of the blade pitch angles and the mechanical load on the wind energy installation low. The course of the blade adjustment angle (Fig. E ) shows the interventions required to limit the output through long-term changes, while the adjustment deflections required for nacelle adjustment are periodic at the rotor's orbital period (approx. 3 s).
Fig. 12 zeigt das Verhalten der geregelten Windenergieanlage bei einem außerordentlichen Verstellmanöver bei schwachem Wind (Bild a). Die Regelung hatte dabei die Aufgabe, die Gondel entsprechend einer Kurve 39 in Bild d mit einer Verstellgeschwindigkeit von 20/s um 180° aus dem Wind (Kurve 40) zu drehen und nach einer kurzen Pause wieder in die Ausgangsstellung zurückzudrehen. Ähnliche Verstellmanöver sind z. B. notwendig, wenn die Gondel nach einer Flaute sehr ungünstig zum Wind ausgerichtet ist. Fig. 12 shows the behavior of the controlled wind turbine during an extraordinary adjustment maneuver in weak wind (Figure a ). The control had the task of turning the nacelle 180 ° out of the wind (curve 40 ) according to a curve 39 in image d at an adjustment speed of 20 / s and turning it back to the starting position after a short pause. Similar maneuvers are z. B. necessary if the gondola is very unfavorably aligned with the wind after a lull.
Aufgrund der geringen Windgeschwindigkeit und des starken Gondelfehlwinkels wurde in der Simulation davon ausgegangen, daß der Rotor 3 durch den Generator 9 so angetrieben wird, daß sich eine konstante Rotordrehzahl von 13 U/min einstellt. Der motorische Betrieb des Generators ist durch die geringfügig negative Leistung zu erkennen. Die Simulation zeigt, daß das geforderte Verstellmanöver präzise ausgeführt wird. Der vorgegebene Positionsverlauf wird mit hoher Genauigkeit nachgefahren. Die dazu notwendigen Ausschläge des Blatteinstellwinkels sind sehr gering und bewegen sich im Bereich von ±1°.Due to the low wind speed and the strong gondola misalignment, it was assumed in the simulation that the rotor 3 is driven by the generator 9 in such a way that a constant rotor speed of 13 rpm is established. The motor operation of the generator can be recognized by the slightly negative power. The simulation shows that the required adjustment maneuver is carried out precisely. The specified position profile is followed with high accuracy. The necessary deflections in the blade pitch angle are very small and range from ± 1 °.
Für die verschiedene Meßaufnehmer bzw. Sensoren kann weitgehend auf bekannte Einrichtungen zurückgegriffen werden. Für die Messung der Generatordrehzahl eignen sich z. B. optische Inkrementalaufnehmer. Für die Messung des Rotorwinkels wird z. B. eine Zahnscheibe mit einem induktiven Aufnehmer vorgeschlagen. Die Zahnscheibe ist fest mit der Gondel verbunden und umgibt die Rotorwelle. Der induktive Aufnehmer rotiert mit der Nabe und tastet die Zahnscheibe ab. Zusätzlich ist eine spezielle Markie­ rung, z. B. Zahnlücke, zur Festlegung der Nullposition vorzusehen. Der Gondelwinkel kann schließlich z. B. mit einem Getriebepotentiometer ermittelt werden, das in der Gondel befestigt ist und über einen am Turm befestigten Zahnkranz angetrieben wird. Die Übersetzung muß so gewählt werden, daß 2-3 Gondelumdrehungen je Richtung möglich sind.For the various sensors or sensors, largely known ones Facilities can be used. Suitable for measuring the generator speed z. B. optical incremental transducers. For the measurement of the rotor angle z. B. proposed a toothed washer with an inductive pickup. The tooth lock washer firmly connected to the nacelle and surrounds the rotor shaft. The inductive transducer rotates with the hub and scans the toothed disk. In addition there is a special awning tion, e.g. B. tooth gap to provide the determination of the zero position. The gondola angle can finally z. B. be determined with a gear potentiometer in the nacelle is attached and is driven via a gear rim attached to the tower. The The gear ratio must be selected so that 2-3 gondola revolutions are possible in each direction are.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden kann. Beispielsweise braucht die Rotorachse x nicht genau horizontal angeordnet sein. Vielmehr sind auch Anlagen mit schräg zur Horizonta­ len stehender Achse bekannt. Entsprechend braucht die Turmachse z nicht ideal vertikal angeordnet sein. Daher soll die in den Ansprüchen verwendete Wendung "im wesentlichen horizontal" bzw. "im wesentlichen vertikal" alle diese möglichen Abweichungen ein­ schließen. Weiter sind Windenergieanlagen bekannt, bei denen die Gondel 2 fest an einem Turm montiert ist, der seinerseits um die z-Achse drehbar auf einem geeigneten Fun­ dament gelagert ist, oder bei denen ein stationär gelagerter Turm in einem oberen Abschnitt ein drehbares, mit der Gondel 2 fest verbundenes Teil aufweist. Die in der Beschreibung und in den Ansprüchen benutzten Wendungen "drehbar am Turm 1 gelagerte Gondel 2" bzw. "frei drehbar am Turm 1 gelagerte Gondel 2" sollen daher alle diese möglichen Ausführungsformen umfassen, da es im Hinblick auf die Erfindung unbedeutend ist, ob sich die Gondel 2 als Träger des Rotors 3 allein oder zusammen mit dem Turm 1 oder Teilen davon drehen kann. Weiterhin könnte der Rotor anstatt luv- auch leeseitig angeordnet sein.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described, which can be modified in many ways. For example, the rotor axis x need not be arranged exactly horizontally. Rather, systems with an oblique axis to the horizontal are known. Accordingly, the tower axis z need not be ideally arranged vertically. Therefore, the phrase "substantially horizontal" or "substantially vertical" used in the claims should include all of these possible deviations. Furthermore, wind turbines are known in which the nacelle 2 is fixedly mounted on a tower, which in turn is rotatably mounted on a suitable fun damper about the z-axis, or in which a stationary tower is rotatable in an upper section with the nacelle 2 has a firmly connected part. The expressions used in the specification and in the claims "rotatably mounted on the tower 1 nacelle 2" or "freely rotatably mounted on the tower 1 nacelle 2" are therefore intended to include all these possible embodiments as it is significant to the invention whether the gondola 2 as the carrier of the rotor 3 can rotate alone or together with the tower 1 or parts thereof. Furthermore, the rotor could also be arranged on the leeward side instead of on the windward side.
Es ist ferner möglich und kann in Abhängigkeit vom Einzelfall auch sinnvoll sein, die vom Block 13 in Fig. 4 erzeugten Sollsignale βi,ref mit Hilfe von modifizierten Gleichun­ gen (1), (5) oder (9) so zu definieren, daß sie im Vergleich zu den Rotorwinkeln ϕ, bei denen die durch sie vorgegebenen Blatteinstellwinkel βi tatsächlich erreicht sein müssen, mit einem gewissen zeitlichen Vorlauf erscheinen. Dies könnte insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die zur Blattverstellung verwendeten Einrichtungen eine gewisse Trägheit besitzen und den vorgegebenen Sollwerten nicht beliebig schnell folgen können. Realisiert werden kann ein derartiger zeitlicher Vorlauf z. B. dadurch, daß in den Glei­ chungen (1), (5) bzw. (9) ein Phasenwinkel ϕR eingeführt wird, der zu einer entsprechen­ den Phasenverschiebung führt. Weiterhin gelten die beschriebenen Steuerfunktionen nur für den Fall, daß die eingesetzten Verstelleinrichtungen 14, 15 und 16 eingebaute Blatteinstellwinkelregelungen besitzen. Ist dies nicht der Fall, so müssen die Steuerfunktio­ nen an das Verhalten der Verstelleinrichtungen 14, 15 und 16 angepaßt werden. Denkbar ist z. B., daß über die Verstelleinrichtung nicht der Blatteinstellwinkel selbst, sondern die Verstellgeschwindigkeit eingestellt wird. In diesem Fall müßten die angegebenen Steuer­ funktionen zeitlich differenziert werden. Dies kann z. B. in Fällen zweckmäßig sein, in denen anstelle von Verstelleinrichtungen in Form von Servo- oder Schrittmotoren solche nach Fig. 13 vorgesehen werden, die hydraulische Antriebe besitzen, wobei die Steuer­ funktionen auch nicht notwendig harmonisch sein müssen. Wichtig ist in allen Fällen, daß die gewünschte Blatteinstellwinkeleinstellung erreicht wird und die Stellsignale βi,ref diejenigen Signale kennzeichnen, mit deren Hilfe dies ermöglicht wird. Anstelle der durch die Gleichungen (1), (5) und (9) vorgegebenen Steuerfunktionen können z. B. dann auch andere für geeignet gehaltene Steuerfunktionen verwendet werden, wenn Rotoren mit nur zwei Rotorblättern oder nur einem einzigen Rotorblatt vorhanden sind, weil in diesen Fällen bei vertikaler Stellung des Rotors kein Giermoment und bei horizontaler Stellung des Rotors kein Nickmoment erzeugt werden kann und sich daher stets pulsierende Momentverläufe ergeben. Insbesondere Steuerfunktionen, die zwar zyklisch, aber nicht harmonisch verlaufen, können hier zweckmäßig sein, z. B. solche mit dreieckigem oder trapezförmigem Verlauf, wobei zusätzlich zu den Amplituden βH und ggf. βv noch andere Parameter vorgegeben werden.It is also possible and, depending on the individual case, also useful to define the desired signals β i, ref generated by block 13 in FIG. 4 using modified equations (1), (5) or (9) in such a way that they appear with a certain lead time in comparison to the rotor angles β, at which the blade pitch angles β i specified by them actually have to be reached. This could be expedient in particular if the devices used for the blade adjustment have a certain inertia and cannot follow the predetermined target values as quickly as desired. Such a lead time can be realized z. B. in that in the equations (1), (5) and (9) a phase angle ϕ R is introduced, which leads to a corresponding phase shift. Furthermore, the control functions described apply only in the event that the adjustment devices 14 , 15 and 16 used have built-in blade pitch angle controls. If this is not the case, the control functions must be adapted to the behavior of the adjusting devices 14 , 15 and 16 . It is conceivable, for. B. that not the blade adjustment angle itself, but the adjustment speed is set via the adjustment device. In this case, the specified tax functions would have to be differentiated over time. This can e.g. B. be useful in cases where instead of adjusting devices in the form of servo or stepper motors such as those shown in FIG. 13 are provided, which have hydraulic drives, the control functions also need not be harmonious. It is important in all cases that the desired blade pitch angle setting is reached and the actuating signals β i, ref identify those signals with which this is made possible. Instead of the control functions given by equations (1), (5) and (9), e.g. B. then other suitable control functions can be used if rotors with only two rotor blades or only a single rotor blade are present, because in these cases no yaw moment can be generated when the rotor is in a vertical position and no pitching moment can be generated when the rotor is in a horizontal position therefore always result in pulsating torque curves. In particular, control functions that run cyclically but not harmoniously can be useful here, e.g. B. those with a triangular or trapezoidal shape, in addition to the amplitudes β H and possibly β v other parameters are specified.
Die mit der Größe β0 realisierte Leistungsbegrenzung kann auch auf andere Weise als durch eine Blatteinstellwinkeleinstellung vorgenommen werden, in welchem Fall die Größe β0 in den oben genannten Gleichungen und die zugehörigen Reglerteile in Fig. 5 völlig entfallen könnten. Im Hinblick auf das Nickmoment könnte sich ferner als vor­ teilhaft erweisen, den Sollwert MNick,ref in Fig. 5 nicht auf den Wert Null, sondern auf einen vorgewählten, festen Wert einzustellen. Das dadurch erhaltene Nickmoment könnte bei einem Rotor, der aufgrund seines Gewichts um die y-Achse nach unten drückt, dazu benutzt werden, einen gewissen Ausgleich durch ein entgegengesetztes Nickmoment zu erzielen. Schließlich versteht sich, daß die oben erläuterten Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen verwendet werden können.The power limitation realized with the size β 0 can also be carried out in a different way than by setting the blade pitch angle, in which case the size β 0 in the above-mentioned equations and the associated controller parts in FIG. 5 could be completely omitted. With regard to the pitching moment, it could also prove advantageous to set the setpoint M pitch, ref in FIG. 5 not to the value zero, but to a preselected, fixed value. The pitching moment obtained in this way could be used in a rotor which presses downward about the y-axis due to its weight to achieve a certain compensation by means of an opposite pitching moment. Finally, it goes without saying that the features explained above can also be used in combinations other than those shown and described.

Claims (17)

1. Windenergieanlage, enthaltend einen Turm (1), eine am Turm (1) gelagerte und um eine im wesentlichen vertikale Achse (z) drehbare Gondel (2), einen um eine im wesentli­ chen horizontale Achse (x) drehbar an der Gondel (2) gelagerten Rotor (3) mit wenigstens einem um seine Längsachse (a, b, c) drehbar am Rotor (3) gelagerten Rotorblatt (4, 5, 6), eine Verstelleinrichtung für das Rotorblatt (4, 5, 6) und eine ein Stellglied aufweisende Regelvorrichtung, mittels derer zur Drehung der Gondel (2) Signale βi,ref erzeugbar sind, die von der momentanen Gondelistposition und einer vorgewählten Gondelsollposition abhängen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gondel (2) frei drehbar am Turm (1) gelagert ist und die Verstelleinrichtung das Stellglied der Regeleinrichtung bildet.1. Wind power plant, comprising a tower ( 1 ), a gondola ( 2 ) mounted on the tower ( 1 ) and rotatable about an essentially vertical axis ( z ), a girder rotatable about an essentially horizontal axis ( x ) on the gondola ( 2 ) mounted rotor ( 3 ) with at least one rotor blade ( 4 , 5 , 6 ) rotatably mounted on the rotor ( 3 ) about its longitudinal axis ( a , b , c ), an adjusting device for the rotor blade ( 4 , 5 , 6 ) and one a control device having an actuator, by means of which signals β i, ref can be generated for rotating the gondola ( 2 ), which depend on the current gondola list position and a preselected gondola target position, characterized in that the gondola ( 2 ) is freely rotatably mounted on the tower ( 1 ) is and the adjusting device forms the actuator of the control device.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale auch von der momentanen Drehwinkelstellung des Rotors (3) abhängen.2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the control signals also depend on the instantaneous angular position of the rotor ( 3 ).
3. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) wenigstens zwei drehbar gelagerte Rotorblätter (4, 5, 6) aufweist, die mit als Stellglieder der Regelvorrichtung ausgebildeten Verstelleinrichtungen versehen sind, wobei die Stellsignale (βi,ref) den Verstelleinrichtungen zugeführt werden und von der Gondelistposi­ tion und der momentanen Drehwinkelstellung des Rotors (3) abhängig sind.3. Wind power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor ( 3 ) has at least two rotatably mounted rotor blades ( 4 , 5 , 6 ) which are provided with adjusting devices designed as actuators of the control device, the actuating signals (β i, ref ) are fed to the adjustment devices and depend on the position of the nacelle and the current angle of rotation of the rotor ( 3 ).
4. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (4, 5, 6) in Abhängigkeit von der Umlaufbewegung des Rotors (3) zyklisch verstellt werden.4. Wind turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor blades ( 4 , 5 , 6 ) are cyclically adjusted depending on the rotational movement of the rotor ( 3 ).
5. Windenergieanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter in Abhängigkeit vom Umlaufwinkel (ϕ) des Rotors (3) harmonisch verstellt werden.5. Wind turbine according to claim 4, characterized in that the rotor blades are adjusted in harmony as a function of the circumferential angle (ϕ) of the rotor ( 3 ).
6. Windenergieanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale (βi,ref) eine mit der Periodendauer der Umlaufbewegung des Rotors (3) übereinstimmende Periodendauer aufweisen. 6. Wind power plant according to claim 4 or 5, characterized in that the control signals (β i, ref ) have a period duration corresponding to the period duration of the rotating movement of the rotor ( 3 ).
7. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Signale (βi,ref) Steuerfunktionen verwendet werden, deren Amplituden (βH) aus der Differenz zwischen der momentanen Gondelistposition (γ) und einer für die Windrichtung charakteristischen Gondelsollposition (γref) erhalten werden.7. Wind energy plant according to one of claims 1 to 6, characterized in that control functions are used to generate the signals (β i, ref ), their amplitudes (β H ) from the difference between the current gondola list position (γ) and one for the wind direction characteristic nacelle target position (γ ref ) can be obtained.
8. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtungen als Stellglieder einer zweiten Regelvorrichtung ausgebildet sind, durch die die Signale (βi,ref) zur Reduzierung des Nickmoments des Rotors (3) in Ab­ hängigkeit von dessen momentaner Drehwinkelstellung modifizierbar sind.8. Wind power plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the adjusting devices are designed as actuators of a second control device through which the signals (β i, ref ) for reducing the pitching torque of the rotor ( 3 ) in dependence on the current one Angular position can be modified.
9. Windenergieanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale (βi,ref) zyklisch modifiziert werden.9. Wind power plant according to claim 8, characterized in that the control signals (β i, ref ) are modified cyclically.
10. Windenergieanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale (βi,ref) mit Hilfe von Steuerfunktionen modifiziert werden, deren Amplituden (βv) eine geschätzte Information über das Nickmoment des Rotors (3) enthalten.10. Wind power plant according to claim 8 or 9, characterized in that the control signals (β i, ref ) are modified with the aid of control functions whose amplitudes (β v ) contain an estimated information about the pitching moment of the rotor ( 3 ).
11. Windenergieanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Rotorblatt (4, 5, 6) mit einem Sensor (7) zur Ermittlung einer für sein Schlagbiegemo­ ment (MB1, MB2, MB3) charakteristischen Größe versehen ist und die Stellsignale (βi,ref) mit Hilfe einer Steuerfunktion modifiziert werden, deren Amplituden (βv) von der für das Schlagbiegemoment (MB1, MB2, MB3) charakteristischen Größe abhängen.11. Wind power plant according to claim 8 or 9, characterized in that at least one rotor blade ( 4 , 5 , 6 ) with a sensor ( 7 ) for determining a characteristic for its Schlagbiegemo element (M B1 , M B2 , M B3 ) is provided and the control signals (β i, ref ) are modified with the aid of a control function, the amplitudes (β v ) of which depend on the variable characteristic of the impact bending moment (M B1 , M B2 , M B3 ).
12. Windenergieanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rotorblätter (4, 5, 6) mit einem derartigen Sensor (7) versehen sind und die Amplituden (βv) der Steuer­ funktionen von für die Schlagbiegemomente (MB1, MB2, MB3) aller Rotorblätter (4, 5, 6) charakteristischen Größen abhängen.12. Wind turbine according to claim 11, characterized in that all rotor blades ( 4 , 5 , 6 ) are provided with such a sensor ( 7 ) and the amplitudes (β v ) of the control functions for the impact bending moments (M B1 , M B2 , M B3 ) depending on the characteristic sizes of all rotor blades ( 4 , 5 , 6 ).
13. Windenergieanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (7) Dehnungsmeßstreifen enthalten. 13. Wind turbine according to claim 11 or 12, characterized in that the sensors ( 7 ) contain strain gauges.
14. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtungen als Stellglieder einer dritten Regelvorrichtung ausgebildet sind, durch die die Stellsignale (βi,ref) in Abhängigkeit von der Leistung und/oder Drehzahl des Rotors (3) oder anderen Betriebsgrößen der Windenergieanlage zum Zwecke der Begren­ zung der elektrischen Leistung oder dem Schutz vor Überlastung der Anlage modifizierbar sind.14. Wind power plant according to one of claims 1 to 13, characterized in that the adjusting devices are designed as actuators of a third control device through which the control signals (β i, ref ) depending on the power and / or speed of the rotor ( 3 ) or other operating parameters of the wind power plant can be modified for the purpose of limiting the electrical power or protecting against overloading of the plant.
15. Windenergieanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellsignale (βi,ref) für alle vorhandenen Verstelleinrichtungen um denselben Wert (β0) modifizierbar sind.15. Wind power plant according to claim 14, characterized in that the control signals (β i, ref ) for all existing adjustment devices can be modified by the same value (β 0 ).
16. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall, daß die Windgeschwindigkeit für eine Drehung der Gondel (2) zu gering ist, der Rotor (3) durch motorischen Betrieb des normalerweise von ihm angetriebenen Generators (9) zumindest auf eine für den Betrieb der Regelvorrichtung geeignete Drehzahl gebracht oder auf dieser gehalten wird.16. Wind power plant according to one of claims 1 to 6 and 8 to 15, characterized in that in the event that the wind speed for a rotation of the nacelle ( 2 ) is too low, the rotor ( 3 ) by motor operation of the normally by him driven generator ( 9 ) is at least brought to a speed suitable for the operation of the control device or is held thereon.
17. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Gondel (2) bei Überschreitung einer maximal zulässigen Anzahl von Gondelumdrehungen in einer Drehrichtung durch Vorgabe eines entsprechenden Verlaufs der Stellsignale (βi,ref) zur Kabelentdrillung für eine entsprechende Anzahl von Um­ drehungen in der entgegengesetzten Drehrichtung durchgeführt wird.17. Wind turbine according to one of claims 1 to 15, characterized in that the rotation of the gondola ( 2 ) when exceeding a maximum permissible number of gondola revolutions in one direction of rotation by specifying a corresponding course of the control signals (β i, ref ) for cable untwisting for one corresponding number of rotations in the opposite direction of rotation is carried out.
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