DE3009922A1 - Wind power generating station with servo control of blades - uses measuring instrument of safety monitoring system producing pulses processed electronically - Google Patents
Wind power generating station with servo control of blades - uses measuring instrument of safety monitoring system producing pulses processed electronicallyInfo
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Abstract
Description
Regelungs- und Steuerungsanlage zur Verstellung Regulation and control system for adjustment
der Flügel des Windrads eines Windkraftwerks Die Erfindung. bezieht-sich auf eine Regelungs- und Steuerungsanlage zur Verstellung der Flügel des Windrads eines Windkraftwerks. the wing of the wind turbine of a wind power plant The invention. refers to on a regulation and control system for adjusting the blades of the wind turbine of a wind power plant.
Das durch Lueger, Lexikon der Techni-k, 1965, Bd. 7, Seiten 574 bis 581, bekannte, betriebene Windkraftwerk weist eine Regelungs- und Steuerungsanlage auf, bei der Drehzahl und Leistungsfühler unabhängig voneinander durch direkten Eingriff oder über hydraulische Servomotoren die Einstellung der Flügel beeinflussen. Die Blattwinkel der Flügel werden über einen hydraulischen Stellmotor kontinuierlich verstellt. Ul für diesen wird von einer Hauptpumpe aus einem Ultank gefördert. Der hydraulische Stellmotor arbeitet bei einem Systemdruck von 12 bis 20 at gegen die Wirkung der dynamischen und aerodynamischen Rückstellmomente der Flügel und gegen eine vorgespannte Feder, die die Aufgabe hat, bei Ausfall der Hydraulik die Flügel auf Fahnenstellung (Drehzahl gegen Null) zu verstellen. Der eigentliche Betrieb beginnt übrigens erst dann, wenn die mittlere Windgeschwindigkeit groß genug ist. Dann fließt das geförderte Ul nicht mehr in den Ultank zurück, sondern bringt die Flügel über den Stellmotor in Betriebsstellung.That by Lueger, Lexikon der Techni-k, 1965, Vol. 7, pages 574 bis 581, known, operated wind power plant has a regulation and control system on, at the speed and power sensor independently of each other through direct Intervention or influence the setting of the wings via hydraulic servo motors. The blade angles of the blades are continuously adjusted by a hydraulic servomotor adjusted. Ul for this is conveyed by a main pump from an ultank. Of the hydraulic servomotor works at a system pressure of 12 to 20 at against the Effect of the dynamic and aerodynamic restoring moments of the wings and against a preloaded spring that has the task of lifting the wings in the event of a hydraulic failure to be adjusted to flag position (speed towards zero). The actual operation Incidentally, it only starts when the mean wind speed is big enough. Then the extracted Ul no longer flows back into the Ultank, but instead brings the leaves into the operating position via the servomotor.
Die Anlage weist ein Fliehpendel und einen Leistungsregler auf. Beim Parallelbetrieb wird die Regelung nur durch den Leistungsregler vorgenommen. Das Fliehpendel dient bei Netzbetrieb lediglich als Oberdrehzahischutz. Die Anlage ist aufwendig und kompliziert. Ferner ist das zweiflüglige Windrad durch die mit der Höhe über dem Erdboden zunehmenden und auch bei einer einer einseitigen Bö an den einzelnen Flügeln unterschiedlich großen Windgeschwindigkeiten bzw.The system has a fly pendulum and a power regulator. At the In parallel operation, regulation is only carried out by the power controller. That Flying pendulum only serves as over-speed protection when the network is in operation. The facility is expensive and complicated. Furthermore, the two-bladed wind turbine is through the Height above the ground increasing and also with a one-sided gust at the individual blades with different wind speeds or
Luftkräfte um eine Querachse schwenkbar, und es ist eine für die Drehzahlregelung vorgesehene, der gleichmäßigen Verstellung der Flügel dienende Verstelleinrichtung mechanisch so ausgebaut, daß mit der Schwenkbewegung des Windrads ein Verstellen der Flügel in der Art gekoppelt ist, daß die Anstellwinkel des stärker beaufschlagten Flügels gegenüber der Relativströmung verkleinert und die Anstellwinkel des anderen Flügels entsprechend vergrößert werden.Air forces pivot around a transverse axis, and there is one for speed control provided, the uniform adjustment of the wing serving adjusting device Mechanically expanded so that an adjustment is made with the pivoting movement of the wind turbine the wing is coupled in such a way that the angle of attack of the more strongly acted upon The wing is smaller than the relative flow and the angle of attack of the other Wing can be enlarged accordingly.
Dies alles dient der Verbesserung der Laufruhe, ist aber aufwendig, kompliziert und störanfällig und nur bei diametral gegenüberliegenden Flügeln anwendbar.All of this serves to improve the smoothness of the run, but is complex, complicated and prone to failure and only applicable to diametrically opposed blades.
Gleiches gilt auch für die durch die DE-PS 386 126 bekannte, zweiflüglige, von einem Motor angetriebene Schraube, bei der jeder Flügel eine solche Druckmittelpunktlage hat, daß der Luft- oder Flüssigkeitsdruck ihn entgegen Federwirkung in die Stellung geringsten Einfallwinkels zu drehen trachtet, wobei die Wirkung der Rückführfeder auf die Flügel gleichzeitig erfolgt unter Vermittlung einer Differentialkupplung, die auf die Flügel entgegengesetzt wirkt, um Unsymmetrien der Luft- bzw.The same applies to the double-leaf, known from DE-PS 386 126 screw driven by a motor, in which each wing has such a pressure center point has that the air or liquid pressure him against the spring action in the position tends to rotate at the lowest angle of incidence, the action of the return spring on the wings at the same time takes place through the intermediation of a differential clutch, which acts in the opposite direction on the wings to avoid asymmetries in the air resp.
Flüssigkeitskräfte selbsttätig auszugleichen, Sind diese Kräfte auf die Flügel gleich, werden die Flügel gleich- mäßig verstellt. Sind sie ungleich, wird der Einfallwinkel des einen Flügels vergrößert, der des anderen verkleinert, wodurch der genannte Ausgleich erfolgt, während die änderung d-es Einfallwinkels beider Flügel entsprechend den mit der Drehzahl des Motors sich ändernden Luft- bzw. Flüssigkeitsdrück-en durch ein anderes Mittel der Verstelleinrichtung erfolgt. Die -gesamte Verstelleinrichtung, die eine rein mechanische ist und im Nabengebiet vorgesehen ist, ist auch hier aufwendig, kompliziert und störanfällig. Außerdem ist das ganze System wiederum nur bei diametral gegenüberliegenden Flügeln anwendbar.To balance fluid forces automatically, these forces are on the wings will be the same, the wings will be the same moderately adjusted. Are if they are unequal, the angle of incidence of one wing is increased, that of the other reduced, whereby said compensation takes place, while the change d-es angle of incidence of both blades according to the air pressure that changes with the speed of the motor or liquid pressures takes place by another means of the adjusting device. The entire adjustment device, which is purely mechanical and in the hub area is provided, is expensive, complicated and prone to failure here too. aside from that the whole system can only be used with diametrically opposed blades.
Aufgabe gemäß der Erfindung ist es, eine der Verstellung der Flügel eines Windrads eines Windkraftwerks dienende Regelungs- und Steuerungsanlage anderer Art als im-genannten bekannten Fall zu schaffen, die nicht nur möglichst wenig oder gar nicht auf mechanischer Grundlage arbeitet, sondern die einschließlich der Flügelverstellung bei den verschiedenartigsten Windverhältnissen und änderungen derselben und auch bei Oberlastungsgefahr schnell, sicher und genau anspricht bzw. reagiert und arbeitet, wobei mit im wesentlichen gleichen Mitteln ein gleichmäßiges bzw. untersc-hiedliches Verstellen der Flügel erzielbar sein soll.The object according to the invention is one of the adjustment of the wings a wind turbine of a wind power plant serving regulation and control system of others Kind as in the-mentioned known case to create that not only as little or as possible does not work on a mechanical basis at all, but the one including the wing adjustment with the most varied wind conditions and changes in the same and also responds or reacts and works quickly, safely and precisely when there is a risk of overload, whereby with essentially the same means a uniform or different one Adjusting the wing should be achievable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of the claim 1 specified features solved.
Durch diese Erfindung ist die Aufgabe sowohl für normale, d. h. ungefährliche Windstärken als auch für gefährlich hohe Windstärken und auc-h für Böen gut gelöst. Die genannte Verarbeitung in der elektronischen Regeleinrichtung oder -einheit und die durch die Verstellimpulse bedingte Tätigkeit der hydraulischen Steuereinrichtung gehen in allen Fällen schnell, sicher und genau vor sich und somit auch die Verstellung der Flügel. Die hydraulische Steuereinrichtung kann zur gleichmäßigen, d.h. gleichzeitigen, um den gleichen Betrag und im gleichen Drehsinn erfolgenden,Verstellung der Flügel eine einzige, über ein einziges hydraulisches Servoventil betätigbare, hydraulische Stellvorrichtung (insbesondere Stellmotor) oder sowohl zur gleichmäßigen als auch zur unterschiedlichen bzw.With this invention the task is for normal, i. H. harmless Wind strengths as well as for dangerously high wind strengths and also for gusts well solved. The processing mentioned in the electronic control device or unit and the activity of the hydraulic control device caused by the adjustment pulses go in in all cases quickly, safely and precisely in front of you and thus also the adjustment of the wings. The hydraulic control device can be used for even, i.e. simultaneous adjustment by the same amount and in the same direction of rotation the wing has a single, actuatable via a single hydraulic servo valve, hydraulic actuating device (especially servomotor) or both for uniform as well as to the different resp.
Einzel-Verstellung der Flügel je eine solche, jeweils über ein zugehöriges, hydraulisches Servoventil betätigbare, hydraulische Stellvorrichtung (insbesondere Stellmotor) aufweisen. Durch den Druckspeicher steht für die Verstellung der Flügel immer ein hoher Steuerflüssigkeitsdruck an, der diese Verstellung sofort und sicher durchführen kann. Die Sicherheitsmeßvorrichtungen sind an den vom Wind beaufschlagten Flügeln selbst vorgesehen, um eine Gefährdung der Flügel und ihrer Lagerungen oder des Windrads und anderer Teile des Windkraftwerkes auszuschalten, besonders bei Böen und einem Orkan. Die Durchflußmengenbegrenzer geben Sicherheit in der Hinsicht, daß sie die Versteligeschwindigkeit der hydraulischen Stelivorrichtung begrenzen und bei der schnellen Verstellung der Flügel eine unzulässig hohe Torsion derselben verhindern. Bei der genannten Kontrolle handelt es sich um einen Vergleich der Meßimpulse bzw. -signale mindestens einer Meßvorrichtung für die Verstellung und minder tens einer Sicherheitsmeßvorrichtung miteinander. Es handelt sich um eine Korrektur oder Begrenzung oder ein Ersetzen des Impulses bzw. Signals für die Verstellung durch den Impuls (das Signal) bzw. die Impulse (Signale) mindestens einer der Sicherheitsmeßvorrichtungen. Es handelt sich um eine einfach oder eine zwei- oder mehrfach abgesicherte (redundante) Kontrolle oder dergleichen des Impulses, Signals oder verstärkten Signals in der bzw. der elektronischen Regeleinrichtung. Diese Kontrolle, insbesondere die zwei- oder mehrfach abgesicherte, stellt u. a.Individual adjustment of the wings each one, each via an associated, Hydraulic servo valve actuatable, hydraulic adjusting device (in particular Servomotor). The pressure accumulator stands for the adjustment of the wings always a high control fluid pressure that this adjustment immediately and safely can perform. The safety gauges are on those exposed to the wind Wings provided to endanger the wings and their bearings or of the wind turbine and other parts of the wind power plant, especially when Gusts and a hurricane. The flow rate limiters provide security in terms of that they limit the adjusting speed of the hydraulic actuating device and with the rapid adjustment of the wings an impermissibly high torsion of the same impede. The control mentioned is a comparison of the measuring pulses or signals of at least one measuring device for the adjustment and at least least a safety measuring device with each other. It is a correction or Limitation or replacement of the pulse or signal for the adjustment by the impulse (the signal) or the impulses (signals) of at least one of the safety measuring devices. It is a single or double or multiple secured (redundant) Control or the like of the pulse, signal or amplified signal in the or the electronic control device. This control, in particular the two or more secured, provides inter alia.
sicher, daß die Flügel bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten, auch bei denen eines tropischen Orkans (mehrere hundert km/h Spitze), niemals überlastet werden. Die Flügel können schnell in ihre Null- oder Fahnenstellung gebracht werden, übrigens auch bei einem elektronischen und/oder hydraulischen und/oder sonstigen Versagen. Im allgemeinen wird die Anstellung der Flügel desto steiler, je größer die Windgeschwindigkeit wird.sure the wings in very high winds, too in those of a tropical hurricane (several hundred km / h top), never overloaded will. The wings can be quickly brought into their zero or flag position, Incidentally, also with an electronic and / or hydraulic and / or other Fail. In general, the larger the pitch, the steeper the blades are the wind speed will.
Die erfindungsgemäße Anlage ist relativ einfach und unkompliziert. Sie hat ohne großen Aufwand eine lange Lebensdauer. Sie vermeidet zumindest weitgehend mechanische Teile oder Einheiten bzw. Hebel, Gelenke und dergleichen mit ihren Nachteilen, wie Korrosionsempfindlichkeit, Verschmutzung, Wartungsschwierigkeiten - und daher Energieausfall - und ungenaue Regelung und Steuerung.The system according to the invention is relatively simple and straightforward. It has a long service life without much effort. She avoids at least largely mechanical parts or units or levers, joints and the like with their disadvantages, like sensitivity to corrosion, pollution, maintenance difficulties - and therefore Power failure - and inaccurate regulation and control.
Sie ist eine Anlage aus Meßvorrichtungen, Impuisleitungen und einer elektrohydraulischen Gesamteinrichtung. Die Anlage ist insbesonders für ein Windrad mit sehr großem Außendurchmesser (z.B. 100 m),. also für ein Großwindkraftwerk vorgesehen und vorzugsweise für ein solches für oder u. a. für Stromerzeugung und Einschalten in ein vorhandenes Netz. Die Anlage ist sehr zuverlässig. Es gibt keine Leistungsminderung durch Steueru ngs abnutzung. Die Anlage ist unempfindlich in tropischem und arktisc-hem Klima und in korrosiver und maritime Atmosphäre. Sie ist bei Beschädigungen, Oberlastung und Fehlfunktion schnell abschaltbar. Während des Betriebs ist keine oder nur eine geringe Kontrolle bzw. Oberwachung notwendig. Ferner können die Teile der Anlage, z. B. die elektronische Regeleinrichtung oder -einheit, leicht ausgewechselt werden. Ferner ist insbes. die elektronische Regeleinrichtung oder -einheit relativ klein. Die Anlage weist einen geschlossenen hydraulischen Kreislauf auf. Ihr Steuerflüssigkeitsverlust ist sehr gering. Die Anlage ist vielseitig verwendbar. Es können (kann) auch die genannten Sicherheitsmeßvorrichtungen und/oder mindestens eine nicht am Flügel vorgesehene Sicherheitsmeßvorrichtung eingesetzt werden, zusammen mit den anderen Merkmalen der Erfindung.It is a system of measuring devices, impulse lines and one complete electro-hydraulic equipment. The system is especially for a wind turbine with a very large outer diameter (e.g. 100 m) ,. therefore intended for a large wind power plant and preferably for such for or inter alia. for power generation and switch-on into an existing network. The system is very reliable. There is no reduction in performance due to control wear. The plant is insensitive in tropical and arctic regions Climate and in a corrosive and maritime atmosphere. She is in case of damage, overload and malfunction can be switched off quickly. There is none or only one during operation little control or monitoring necessary. Furthermore, the parts of the system, z. B. the electronic control device or unit, easily replaced will. Furthermore, the electronic control device or unit in particular is relatively small. The system has a closed hydraulic circuit. Your loss of control fluid is very low. The system can be used in many ways. It can (can) also those mentioned safety measuring devices and / or at least one not provided on the wing Safety measuring device can be used, along with the other features the invention.
Im folgenden sind Ausbi-ldungen und Weiterentwicklungen der Erfindung angegeben, wobei einiges schon in den Unteransprüchen aufgeführt ist.The following are developments and further developments of the invention indicated, some of which is already listed in the subclaims.
Vorteilhaft ist, wenn die Windgeschwindigkeit oder der Winddruck ermittelt wird, die betreffenden Meßimpulse in der elektronischen Regeleinrichtung zu Verstellimpulsen verarbeitbar sind und durch die Verstellimpulse die hydraulische Steuereinrichtung für die Verstellung der Flügel betätigbar ist. Wird gemäß dem Anspruch 2 vorgegangen, so ist bei unterschiedlichen an den verschiedenen Stellen mit den Windmeßvorrichtungen gemessenen Windgeschwindigkeiten oder -drücken eine von diesen abhängige Einzelverstellung möglich, wofür im allgemeinen für jeden Flügel ein eigener hydraulischer Stellmotor vorgesehen ist. Dazu sind keine mechanischen Mittel notwendig, sondern die Meßimpulse der einzelnen Windmeßvorrichtungen werden in der elektronischen Regeleinrichtung unter genannter Kontrolle zu Verstellimpulsen verarbeitet, die über die hydraulische Steuereinrichtung die Flügel einzeln verstellen. Es ist möglich, über die elektronische Regeleinrichtung die Einstellwinkel der Flügelwähre-nd des Windradumlaufs kontinuierlich den mit den Windmeßvorrichtungen gemessenen, nach oben zu- und nach unten abnehmenden Windgeschwindigkeiten oder -drücken so anzupassen, daß die vom Windrad abgegebene Leistung erhöht oder rnaximal wird. Das Windrad nutzt also diese verschiedenen Wi ndgeschwindigkeiten bzw. -drücke voll bzw. bestmöglich aus. Es gibt unten, in der langsamer strömenden Luft, seine Bewegungsenergie nicht ab, die der andere Teil des Windrads oben, in der sc-hneller strömenden Luft, aufnimmt; jeder Flügel ist für sich allein -entsprechend dem auftretenden Wind- bzw. Luftgeschwindigkeitsvektor einstellbar. Es ist aberauch möglich, die mit den Windmeßvorrichtungen gemessenen, unterschiedlichen, nach oben zunehmenden Windgeschwindigkeiten-oder -drücke in der elektronischen Regeleinrichtung so zu verarbeiten, daß über die hydraulische Steuereinrichtung die Einstellwinkel der Flügel während jeder Umdrehung des Windrads laufend, zyklisch von einem Minimum auf ein Maximum und zurück auf das Minimum geändert werden, um eine Laufunruhe des Windrads bzw. einen UngleichförmigKeitsgrad im D rehmomentenverl auf zu vermindern oder zu beseitigen.It is advantageous if the wind speed or the wind pressure is determined becomes, the relevant measuring pulses in the electronic control device to adjusting pulses can be processed and the hydraulic control device through the adjustment pulses can be operated for adjusting the wing. If the procedure is in accordance with claim 2, so is with different at the different places with the wind measuring devices measured wind speeds or pressures an individual adjustment dependent on these possible, for which in general each wing has its own hydraulic servomotor is provided. No mechanical means are necessary for this, but the measuring pulses of the individual wind measuring devices are in the electronic control device processed into adjustment pulses under the control mentioned, which are transmitted via the hydraulic Control device adjust the wings individually. It is possible through the electronic Control device continuously adjusts the setting angle of the blades and the wind turbine those measured with the wind measuring devices, increasing upwards and decreasing downwards Wind speeds or pressures adapt so that the from Wind turbine output power is increased or rnaximal. So the wind turbine uses this different wind speeds or expressions fully or as best as possible. It does not release its kinetic energy below in the slower flowing air the other part of the wind turbine at the top, in the faster-flowing air, picks up; each wing is on its own - according to the occurring wind or air speed vector adjustable. However, it is also possible to different, upwardly increasing wind speeds or pressures in the to process electronic control device so that via the hydraulic control device the setting angle of the blades continuously, cyclically, during each rotation of the wind turbine can be changed from a minimum to a maximum and back to the minimum uneven running of the wind turbine or a degree of irregularity in the torque loss to reduce or eliminate.
Ferner kann bei einer einseitigen Bö in Abhängigkeit von den unterschiedlichen, mit den Windmeßvorrichtungen gemessenen Windgeschwindigkeiten bzw. -drücken eine Flügelverstellung, z. B. in di-e Nullstellung, erfolgen. Die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten oder -drücke könnnen auch durch Bodenerhebungen und Bauwerke und durch von Menschenhand geschaffene Anderungen der Geländestruktur bedingt sein.Furthermore, with a one-sided gust, depending on the different, with the wind measuring devices measured wind speeds or pressures a Wing adjustment, e.g. B. in the zero position. The different wind speeds or pressures can also be caused by elevations and structures and by human hands created changes in the structure of the terrain.
Das Vorgehen in all diesen Fällen (Anspruch 2) ist bei jeder Flügelzahl durchführbar, z. B. auch bei drei Flügeln, und ferner wird die Verstellung nicht durch Winddruck bzw. Luftkräfte auf die Flügel und ohne eine mechanische Verstelleinrichtung im Nabengebiet bewirkt. Es gibt hier ferner kein genanntes Windradschwenken.The procedure in all these cases (claim 2) is for each number of wings feasible, e.g. B. also with three wings, and furthermore the adjustment is not by wind pressure or air forces on the wings and without a mechanical adjustment device causes in the hub area. There is also no mentioned wind turbine pivoting here.
Es können die Flügel über die elektronische Regeleinrichtung und die hydraulische Steuereinrichtung außerdem noch in Abhängigkeit von den verschiedenen Windstärken gleichmäßig verstellbar sein (z.B. für Drehzahlregelung und/oder Leistungsregelung), Was den Anspruch 3 betrifft, so sind im Fall der Flügel die Windmeßvorrichtungen insbesonders an den äußeren Flügel enden vorgesehen. Eine genannte Trageinrichtung besteht insbesondere aus Stangen oder einer Stangenkonstruktion oder -anordnung. Auch jeder der genannten Meßmasten kann für die Windmeßvorrichtungen eine Trageinrichtung, insbesondere die eben genannter Art, aufweisen. In allen Fällen können die Windmeßvorrichtungen bei dem im Anspruch 2 genannten Querschnitt an Außenenden oder mittleren Stellen von Radien vorgesehen oder an der Peripherie verteilt vorgesehen sein oder aber auch längs des vertikalen Durchmessers oder längs Radien verteilt vorgesehen sein, wobei Mittelwerte der Meßimpulse zu den Verstellimpulsen verarbeitet werden. In denjenigen Fällen des Anspruches 3, in denen die Windmeßvorrichtungen nicht an den Flügeln vorgesehen sind, kann eine beim Windradumlauf kontinuierliche Verstellung des Flügels durch in der elektronischen Regeleinrichtung über die Windmeßimpulse berechnete Zwischenimpulse erzielt werden. Ein Windraddrehstellungsmesser - siehe den Anspruch 5 - ist insbesondere im Zusammenhang mit den Meßimpulsen der Windmeßvorrichtungen dieser letztgenannten Fälle vorgesehen.It can control the wing via the electronic control device and the hydraulic control device also still depending on the various Wind strengths can be adjusted evenly (e.g. for speed control and / or power control), As regards claim 3, in the case of the wings, the wind measuring devices are especially provided at the outer wing ends. A named support device consists in particular of rods or a rod construction or arrangement. Each of the above-mentioned measuring masts can also have a support device for the wind measuring devices, in particular of the type just mentioned. In all cases, the wind measuring devices in the cross section mentioned in claim 2 at the outer ends or in the middle provided by radii or provided distributed on the periphery or else also be provided distributed along the vertical diameter or along radii, mean values of the measurement pulses being processed to form the adjustment pulses. In those cases of claim 3 in which the wind measuring devices are not at the Blades are provided, a continuous adjustment during the rotation of the wind turbine of the wing through in the electronic control device via the wind measurement impulses calculated intermediate pulses can be achieved. A wind turbine position meter - see claim 5 - is in particular in connection with the measuring pulses of the wind measuring devices in these latter cases.
Die Windmeßvorrichtungen können z. B. Winddruckmeßdosen oder Prall vorrichtungen sein. Sie können z. B. auch Prandtlsche Staurohre, mit Differenzdruckmeßdosen, oder Windrädchen (Anemometer) sein. Ein Prandtl sches Staurohr kann mit radialem Abstand in einem Außenrohr vorgesehen sein. Das Außenrohr kann vor dem Prandtlschen Staurohr, insbesonders am. Außenrohreintritt, ein Strömungsgleichrichtergitter aufweisen. Die Windmeßvorrichtung, z. B.The wind measuring devices can, for. B. Wind pressure cells or impact be fixtures. You can e.g. B. also Prandtl Pitot tubes with differential pressure cells, or pinwheels (anemometer). A Prandtl pitot tube can be combined with radial Distance can be provided in an outer tube. That Outer tube can in front of the Prandtl pitot tube, especially at the outer tube inlet, a flow straightener grille exhibit. The wind measuring device, e.g. B.
eine Prandtistaurohr-AuBenrohr-Einheit, kann, wenn am Flügel, insbesonders Flügelende, vorgesehen, um die Flügellängsachse oder dergleichen in die oder die passende Wind- bzw. Luftströmungsrichtung drehbar oder dreh- und steuerbar angeordnet sein.a Prandtistaur tube outer tube unit, if on the wing, in particular Wing tip, provided around the wing longitudinal axis or the like in the or the suitable wind or air flow direction rotatably or rotatably and controllably arranged be.
Der Dehnmeßstreifen gemäß dem Anspruch 4 befi-ndet sich vorzugsweise dicht unter der Außenoberfläche des Flügels und mißt die Dehnung des sich durch den Wind biegenden Flügels. Bei der Einzelverstellung der Flügel wird insbesondere gemäß den Anspruch 6 vorgegangen. Zu den übrigen Unteransprüchen wird insbesondere auf die Beschreibu ng der Zeichnung verwiesen.The strain gauge according to claim 4 is preferably located just below the outer surface of the wing and measures the elongation of the itself wing bending the wind. With the individual adjustment of the wing is in particular proceeded according to claim 6. The remaining subclaims are in particular refer to the description of the drawing.
Die elektronische Regeleinrichtung, die hydraulische Steuereinrichtung und die Steuerflüssigkeitsliefereinrichtung können z.B. in der Nabe des Windrads -untergebracht sein und mit ihr umlaufen oder nicht umlaufen, wobei für genannte Zwecke je Flügel ein genanntes Servoventil oder für sämtliche Flügel ein gemeinsames genanntes Servoventil vorgesehen sein kann. Diese drei Einrichtungen können aber auch z.B. im Maschinengehäuse oder dergleichen, das den von der Nabe her angetriebenen elektrischen Generator der Windkraftanlage aufnimmt, oder im Turm der Windkraftanlage untergebracht sein. Dabei ist z.B. ein gemeinsames genanntes Servoventil für sämtliche Flügel vorgesehen. Druckleitung und Rückleitung für die Steuerflüssigkeit können koaxial durch eine Hohlwelle des Generators und über Gelenke verlaufen. Die elektrischen Kabel zur elektronischen Regeleinrichtung können über Schleifringe geführt- werden. Es können Prandtlsche Staurohre am Umfang des Turms in einer Horizontalebene angeordnet sein. Eine Netz-, Batterie-oder Hilfsgeneratorenergie zum Starten der Regelungs-und Steuerungsanlage kann durch ein Kabel- und Schleifringsystem und durch die genannte Hohlwelle geführt werden.The electronic control device, the hydraulic control device and the control fluid supply means can be in, for example, the hub of the wind turbine -be accommodated and circulate with it or not circulate, being mentioned for Purposes a named servo valve for each wing or a common one for all wings said servo valve can be provided. However, these three institutions can also e.g. in the machine housing or the like, which is driven by the hub electric generator of the wind turbine takes up, or in the tower of the wind turbine be housed. For example, there is a common named servo valve for all Wing provided. Pressure line and return line for the control fluid can run coaxially through a hollow shaft of the generator and over joints. The electric Cables to the electronic control device can be routed via slip rings. It can Prandtl Pitot tubes on the circumference of the tower in a horizontal plane be arranged. A mains, battery or auxiliary generator power to start the Regulation and control system can be through a cable and slip ring system and through the said hollow shaft are guided.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelungs- und Steuerungsanlage schematisch bzw. als Schaltbild dargestellt.In the drawing is an embodiment of the invention Regulation and control system shown schematically or as a circuit diagram.
Diese Anlage weist bestimmte Meßvorrichtungen (siehe später), eine elektronische Regeleinrichtung oder -einheit 20, eine aus drei gleichen, hydraulischen Einzelsteuereinrichtungen I für eine Einzel verstellung der Flügel eines dreiflügel igen Windrads eines Windkraftwerks bestehende, hydraulische Steuereinrichtung - nur eine dieser Einzelsteuereinrichtungen I ist dargestellt - und eine Einrichtung II zur Lieferung der Steuerflüssigkeit für die hydraulische Steuereinrichtung auf. Die drei hydraul ischen Einzelsteuereinrichtungen I und die nur ein Mal vorgesehene, aus der elektronischen Regeleinrichtung 20 und der Steuerflüssigkeitsliefereinrichtung II bestehende, elektrohydraulische Einrichtung oder Einheit sind in einem Gehäuse 39 der umlaufenden Nabe des Windrads untergebracht und laufen mit dem Gehäuse 39 bzw. mit dieser Nabe um.This plant has certain measuring devices (see later), one electronic control device or unit 20, one of three equal, hydraulic ones Individual control devices I for individual adjustment of the leaves of a three-leaf existing hydraulic control device of a wind power plant's own wind turbine - only one of these individual control devices I is shown - and one device II to supply the control fluid for the hydraulic control device. The three hydraulic individual control devices I and the one provided only once, from the electronic control device 20 and the control fluid delivery device II existing, electro-hydraulic device or unit are in a housing 39 of the rotating hub of the wind turbine and run with the housing 39 or with this hub.
Impulsl eitungen sind langgestrichelt, Steuerflüssigkeitsleitungen durchgezogen dargestellt. Die Steuerflüssigkeit ist insbesonders Ul.Impulse lines are dashed lines, control fluid lines shown solid. The control fluid is especially Ul.
Die Steuerflüssigkeitsliefereinrichtung II weist für die Steuerflüssigkeit eine hydraulische Pumpe (insbesondere Verdrängerkolbenpumpe ) 21 mit einem sie antreibenden Elektromotor 19, einen geschlossenen Sammelbehälter (Reser- voir) 22, einen Wärmetauscher 23, ein Entladungsventil 24 und einen Druckspeicher (Druckreservoir) 25- auf. Die Einzelsteuereinrichtung I weist ein Servoventil 26, zwei Einwegdrosselventile 27 und 28 und einen hydraul-ischen Stellmotor 29 (insbesondere mit Drehkolben; aber auch mit gerade hin- und hergehendem Kolben möglich auf.The control fluid delivery device II has for the control fluid a hydraulic pump (in particular a positive displacement piston pump) 21 with one that drives it Electric motor 19, a closed collecting container (reserve voir) 22, a heat exchanger 23, a discharge valve 24 and a pressure accumulator (pressure reservoir) 25- on. The individual control device I has a servo valve 26 and two one-way throttle valves 27 and 28 and a hydraulic servomotor 29 (in particular with a rotary piston; but also possible with the piston moving straight back and forth.
Von den drei zueinander um 120 versetzt angeordneten Flügeln 41 des Windrads sind nur zwei dargestellt und nur andeutungsweise - siehe ihre idealen Längsachsen 40 und 41.Of the three blades 41 of the Only two wind turbines are shown and only hinted at - see your ideal ones Longitudinal axes 40 and 41.
Vom Druckspeicher 25 zum Servoventil 26 führt für die Steuerflüssigkeit eine Leitung, in der sich in dieser Richtung aufeinanderfolgend ein Einwegventil 12 und ein Filter 38 befinden. Von dieser Druckleitung 13 zweigen zwischen dem Filter 38 und dem Servoventil 26 zwei Druckleitungen 13' ab, von denen eine Druckleitung 13' dargestellt ist und die zu den beiden anderen Servoventilen 26 führen; ähnlich sind drei Rückleitungen 14, 14', 14' vorgesehen. Es handelt sich jeweils um eine Parallelschaltung.From the pressure accumulator 25 to the servo valve 26 leads for the control fluid a line in which a one-way valve follows one another in this direction 12 and a filter 38 are located. From this pressure line 13 branch between the filter 38 and the servo valve 26 from two pressure lines 13 ', one of which is a pressure line 13 'is shown and which lead to the other two servo valves 26; similar three return lines 14, 14 ', 14' are provided. There is always one Parallel connection.
Ober die Servoventile 26 werden durch die Steuerflüssigkeit die Stellmotoren 29 gesteuert. Der Druckspeicher 25 ist durch ein Dru-ckkontrollventil (Sicherheitsventil, Oberdruckventil) 37 gesichert, über das in den Sammelbehälter 22 entleert wird. Im Fall einer Reparatur oder Inspektion kann der Druckspeicher 25 durch ein handbetätigtes Ventil 33 in den Sammelbehälter 22 entladen werden.The servomotors are driven by the control fluid via the servo valves 26 29 controlled. The pressure accumulator 25 is controlled by a pressure control valve (safety valve, Overpressure valve) 37 secured, via which it is emptied into the collecting container 22. In the case of a repair or inspection, the pressure accumulator 25 can be manually operated Valve 33 can be discharged into the collecting container 22.
Wird eine durch den Pfeil 30 angedeutete Netz-, Btterie-oder Hilfsgeneratorenergie eingeschaltet, so startet die elektronische Einrichtung 20 den Elektromotor 19 und somit die Pumpe 21. Die Leckflüssigkeit der Pumpe 21 wird in die vom Servoventil 26 durch den Wårmetauscher 23 zum sammelbehälter 22 führende Rückleitung 14 abgeleitet. Die Ansaugseite der Pumpe 21 wird mit der Steuerflüssigkeit aus dem'Sammelbehälter 22 durch ein Sieb 36 hindurch versorgt. In die Steuerflüssigkeit des Sammelhälters 22 ragt eine Elastomerblase 31 hinein, die mit Stickstoff unter geringem Druck (etwa 2 bar) gefüllt ist. Di-e Elastomerblase 31 verhindert ein Schwappen der Steuerflüssigkeit während des Umlaufens der Nabe, paßt sich dem Steuerflüssigkeitsvorrat an und sorgt für eine ununterbrochene Zufuhr der Steuerflüssigkeit in der Einrichtung II und zur hydraulischen Steuereinrichtung, und zwar ohne Luftbeimengung. Ein Thermoventil 32 des Wärmetauschers 23 kontrolliert die Temperatur der Steuerflüssigkeit durch Zu- und Abschalten des Wärmetauschers 23.Is a network, battery or auxiliary generator energy indicated by the arrow 30 switched on, the electronic device 20 starts the electric motor 19 and thus the pump 21. The leakage fluid of the pump 21 is in that of the servo valve 26 through the heat exchanger 23 to the collecting tank 22 leading return line 14 derived. The suction side of the pump 21 is supplied with the control fluid from the collecting tank 22 supplied through a sieve 36. Into the control fluid of the collecting tank 22 an elastomer bladder 31 protrudes into it, which is filled with nitrogen under low pressure (approx 2 bar) is filled. The elastomer bladder 31 prevents the control fluid from sloshing while the hub rotates, adapts to the control fluid supply and takes care of it for an uninterrupted supply of the control fluid in the device II and to the hydraulic control device, without the addition of air. A thermal valve 32 of the heat exchanger 23 controls the temperature of the control fluid Switching the heat exchanger on and off 23.
Wird die Pumpe 21 gestartet, so pumpt sie die Steuerflüssigkeit nahezu ohne Druckbelastung wieder in den Sammelbehälter 22 zurück, solange das Entladungsventil 24 die Rückleitung 14 nicht geschlossen hat. Ist nun nach abgeschlossener Start- oder Anlaufphase die Rückleitung 14 zum Sammelbehälter 22 durch das Entladungsventil 24, z.B. durch einen Impuls der elektronischen Regeleinrichtung 20, geschlossen, so wird der Druckspeicher 25, dessen Elastomerblase 17 mit Stickstoff (N2) unter hohem Druck (> 50 bar), der auf den Druck des hydraulischen Systems zugeschnitten ist, gefüllt ist, durch die Pumpe 21 auf den vorgesehenen Steuerflüssigkeitsdruck gebracht. Der Elektromotor 19 und somit die Pumpe 21 ist über die Regeleinrichtung 20 durch einen nicht dargestellten Steuerflüssigkeitsdruckschalter bzw. -regler des Druckspeichers 25 ein- und ausschaltbar. Die Pumpe 21 wird nach dem Unterdrucksetzen des Druckspeichers 25 also durch Befehl dieses Druckschalters bzw. -reglers automatisch abgestellt. Sinkt der Druck im Druckspeicher 25, stellt dieser. Druckschalter bzw. -regler die Pumpe 21 automatisch wieder an.When the pump 21 is started, it almost pumps the control fluid without pressure load back into the collecting container 22 as long as the discharge valve 24 the return line 14 has not closed. Is now after the start or the start-up phase, the return line 14 to the collecting container 22 through the discharge valve 24, e.g. by an impulse from the electronic control device 20, closed, so the pressure accumulator 25, the elastomer bladder 17 with nitrogen (N2) under high pressure (> 50 bar) tailored to the pressure of the hydraulic system is, is filled, by the pump 21 to the intended control fluid pressure brought. The electric motor 19 and thus the pump 21 is via the control device 20 by a control fluid pressure switch or regulator, not shown of the pressure accumulator 25 can be switched on and off. The pump 21 is after pressurization of the pressure accumulator 25 so automatically by command of this pressure switch or regulator switched off. If the pressure in the pressure accumulator 25 drops, represents this. The pressure switch or regulator automatically switches the pump 21 on again.
Nach einer bestimmten Zeit, gerechnet vom Einschalten der Pumpe 21 ab, schaltet nach dem ebengenannten Abschalten der Pumpe 21 ein Zeitschaltmachanismus (Schaltuhr) 34 die drei Servoventile 26 synchron ein, damit die drei Stellmotoren 29 mit vollem vorgesehenem Steuerflüssigkeitsdruck betätigt werden können. Die drei Servoventile 26 erhalten Verstell- bzw. Schaltimpulse (verstärkte Signale) von der e-lektronischen Regeleinrichtung 20, die zu diesen Impulsen bzw. Signalen Meßimpulse verarbeitet, die sie ihrerseits von den erwähnten bestimmten Meßvorrichtungen erhält. Diese Meßvorrichtungen sind folgende: Mehrere an verschiedenen Stellen an einem Querschnitt des das Windrad betreibenden Luftstroms befindliche Prandtlsche Staurohre 43, jeweils mit Differenzdruckmeßdose 44 des Staurohrs, drei Dehnmeßstreifen 45 - jeweils ein Dehnmeßstreifen 45 an jedem Flügel 41 - im Gebiet des höchstbelasteten Flügelquerschnitts (insbesondere am Flügelende), drei Beschleunigungsmesser (oder -meßdosen) 10 - jeweils ein Beschleunigungsmesser 10 an jedem Flügel 41 - insbesondere im Gebiet des Flügel endes -, wobei der Beschleunigungsmesser 10 die in Flügellängsrichtung wirkende Zentrifugalbeschleunigung des Flügels und/oder die bei Flügelbiegung durch Windbeschleunigung (Bö) auftretende Beschleunigung des Flügelendes mißt, drei der Verstell-Rückkopplung (-Feedback) dienende, mit dem jeweiligen Flügel 41 mitdrehbare Drehwiderstände 11 - jeweils ein Drehwiderstand 11 für jeden Flügel-, die auch als Drehstellu-ngsmesser für die Flügel 41 dienen können, oder entsprechende Weggeber, ein Windraddrehzahlmesser 18 und ein Windraddrehstellungsmesser, der nicht dargestellt ist.After a certain time, calculated from the time the pump 21 is switched on off, a timer mechanism switches off after the pump 21 has just been switched off (Timer) 34 the three servo valves 26 synchronously, so that the three servomotors 29 can be actuated with the full intended control fluid pressure. The three Servo valves 26 receive adjustment or switching pulses (amplified signals) from the Electronic control device 20, the measurement pulses for these pulses or signals processed, which it in turn receives from the particular measuring devices mentioned. These measuring devices are as follows: Several in different places in one Cross-section of the air flow operating the wind turbine in the Prandtl pitot tubes 43, each with a differential pressure cell 44 of the pitot tube, three strain gauges 45 - One strain gauge 45 on each wing 41 - in the area of the most heavily loaded Wing cross-section (especially at the wing tip), three accelerometers (or -meßdosen) 10 - one accelerometer 10 on each wing 41 - in particular in the area of the wing end -, the accelerometer 10 being in the longitudinal direction of the wing acting centrifugal acceleration of the wing and / or the wing bending by Wind acceleration (gust) measures the acceleration of the wing tip, three the adjustment feedback (feedback) serving, rotatable with the respective wing 41 Rotary resistors 11 - one rotary resistor 11 for each wing - also called Rotary position meter for the wing 41 can be used, or corresponding displacement transducers, a wind turbine tachometer 18 and a wind turbine tachometer, not shown is.
Gibt z. B. eine Meßdose 44 ein falsches Signal, beispielsweise wegen Vereisung des betreffenden Prandtlschen Staurohrs 43, dann können die Flügel 41 z. B. von den Dehnmeßstreifen 45 und/oder den Beschleunigungsmessern 10 her verstellt werden. Andererseits kann ein richtiges Meßdosen-Signal z. B. von dem Dehnmeßstreifen-Signal in der elektronischen Einrichtung 20 so korrigiert werden, daß die höchstzulässige Flügelbiegung nicht überschritten wird.Is z. B. a load cell 44 a wrong signal, for example because of If the Prandtl pitot tube 43 in question is iced up, the wings 41 z. B. adjusted by the strain gauges 45 and / or the accelerometers 10 ago will. On the other hand, a correct load cell signal z. B. from the strain gauge signal are corrected in the electronic device 20 so that the maximum permissible Sash bending is not exceeded.
Die drei Stellmotoren 29 werden durch die elektronische Einrichtung 20 über die Servoventile 26 gesteuert. In jeder der hydraulischen Einzelsteuereinrichtungen I gelangt die Steuerflüssigkeit aus der Druckleitung 13 (13') über das Servoventil 26 je nach gewünschter Drehrichtung des Flügels 41 bzw. also Schaltung des Servoventils 26 in die Leitung 15 oder 16 und dann in den Stellmotor 29, um ihn zu betätigen, und die Rücklaufflüssigkeit durch die Leitung 16 bzw. 15 und das Servoventil 26 in die Rückleitung 14 (-14'). Dem Stellmotor 29 wird dabei zur Erzielung einer gewünschten Drehstellung des Flügels 41 durch das Servoventil 26 ein bestimmtes Steuerflüssigkeitsvolumen zugeteilt; der Flügeldrehwinkel ist also eine Funktion des dem Stellmotor 29 zugeteilten Steuerflüssigkeitsvolumens. Der Stellmotor 29 weist eine eingebaute, automatische Nullrückkehr auf. Bei einem hydraul ischen und/oder elektronischen und/oder sonstigen Versagen geht der Stellmotor 29 bzw. gehen die -Stellmotoren 29 auf eine Stellung zurück, die die Nuil- oder Fahnenstellung des Flügels 41 bzw. der Flügel 41 ergibt.The three servomotors 29 are controlled by the electronic device 20 controlled via the servo valves 26. In each of the hydraulic individual control devices I the control fluid comes from the pressure line 13 (13 ') via the servo valve 26 depending on the desired direction of rotation of the wing 41 or the switching of the servo valve 26 into the line 15 or 16 and then into the servomotor 29 to actuate it, and the return fluid through line 16 or 15 and servo valve 26 into the return line 14 (-14 '). The servomotor 29 is used to achieve a desired Rotary position of the wing 41 by the servo valve 26 a certain control fluid volume allocated; the wing rotation angle is therefore a function of the dem Servomotor 29 allocated control fluid volume. The servomotor 29 has a built-in, automatic zero return. In the case of a hydraulic and / or electronic and / or other failure, the servomotor 29 or the servomotors go 29 to a position that the Nuil- or flag position of the wing 41 or the wing 41 results.
Der Stellmotor 29 steht über eine Kupplung 35 mit der Achse des Flügels 41 in Verbindung.The servomotor 29 is connected to the axis of the wing via a coupling 35 41 in connection.
Die Einwegdrosselventfle (Durchflußmengenbegrenzer oder -regler) 27 und 28 befinden sich in den Leitungen 15 und 16 und sind einstellbar. Sie regeln die Flügelverstellgeschwindigkeit und somit die Flügelverstellzeit.The one-way throttle valve (flow limiter or regulator) 27 and 28 are located in lines 15 and 16 and are adjustable. You regulate the sash adjustment speed and thus the sash adjustment time.
Wenn das Servoventil -26 zu weit öffnet und dadur-ch der Stellmotor 29 zu schnell verstellt würde, dann beschränkt das Einwegdrosselventil 27 bzw. 28 den Zufluß zum Stellmotor 29. Durch die Einwegdrosselventile 27 und 28 wird erreicht, daß beim Stellmotor 29 und somit beim'Flügel 41 eine gewünschte maximale Verstellgeschwindigkeit nicht überschritten wird, damit der Flügel 41 nicht durch die 'Drehmomente und Massenkräfte unzulässig hoch tordiert wird.If the servo valve -26 opens too far and therefore the servo motor 29 would be adjusted too quickly, then restricts the one-way throttle valve 27 or 28 the inflow to the servomotor 29. The one-way throttle valves 27 and 28 achieve that with the servomotor 29 and thus with the wing 41 a desired maximum adjustment speed is not exceeded, so that the wing 41 is not affected by the 'torques and inertial forces is twisted inadmissibly high.
Claims (11)
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| DE19803009922 DE3009922A1 (en) | 1980-03-14 | 1980-03-14 | Wind power generating station with servo control of blades - uses measuring instrument of safety monitoring system producing pulses processed electronically |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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| DE19803009922 Withdrawn DE3009922A1 (en) | 1980-03-14 | 1980-03-14 | Wind power generating station with servo control of blades - uses measuring instrument of safety monitoring system producing pulses processed electronically |
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