EP1797318A1 - Method and device for controlling the pitch angles of the rotor blades of wind power stations - Google Patents

Method and device for controlling the pitch angles of the rotor blades of wind power stations

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EP1797318A1
EP1797318A1 EP05806765A EP05806765A EP1797318A1 EP 1797318 A1 EP1797318 A1 EP 1797318A1 EP 05806765 A EP05806765 A EP 05806765A EP 05806765 A EP05806765 A EP 05806765A EP 1797318 A1 EP1797318 A1 EP 1797318A1
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EP
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pressure
pitch angle
rotor blade
ratio
pressure measurement
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Ceased
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EP05806765A
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Inventor
Peter Volkmer
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Igus - Innovative Technische Systeme GmbH
Original Assignee
Igus - Innovative Technische Systeme GmbH
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Publication date
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/301—Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/301—Pressure
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the pitch angles of rotor blades on wind power plants, wherein the pitch angle is controlled to maximize the yields and to prevent overloads on the rotor blades.
  • the invention also relates to a device for controlling the pitch angle of rotor blades on wind turbines with means for adjusting the pitch angle.
  • the rotor blades In wind power plants, the rotor blades usually have a cross section on which the cross-section of wing profiles is similar.
  • This cross section (profile) has a concave curvature on a cross-sectional longitudinal side, which forms the suction side of the rotor blade and a substantially convex cross-sectional longitudinal side, which forms the pressure side of the rotor blade.
  • the cross-sectional center line which accordingly follows the cross-sectional longitudinal direction, is enclosed by both cross sections.
  • the rotor blades In order to generate a rotational movement, the rotor blades must experience a force component which is tangential to the axis of rotation of the rotor, which is caused by an angle which the rotor blades occupy with respect to the axis of rotation of the rotor, since this causes the buoyancy forces and thus the propulsive forces be determined.
  • This angle referred to as the pitch angle or pitch for short, is measured in a conventional manner between the cross-sectional centerline and a normal to the axis of rotation.
  • the pitch angle setting of the rotor blades is responsible for the yields achieved with the wind power plant.
  • the control of the Pitch angle adjustment via characteristic curves, eg. As a function of or in connection with the wind speed measured at the nacelle, with the rotational speed and / or the torque of the drive shaft and / or the electrical power.
  • the object of the invention is therefore to maximize the propulsive force on rotor blades and to avoid overloads on the rotor blades.
  • the invention is also achieved by a device with the Merkma ⁇ len of claim 9.
  • the subclaims 10 and 11 show a favorable embodiment of the device.
  • the procedural solution of the Aufbe too provides that a first pressure measurement on the pressure side (Über ⁇ pressure measurement) and a second pressure measurement on the suction side of a rotor blade (vacuum measurement) is made. From this, at least one ratio between the first and the second pressure measurement is determined. This ratio can be determined variously, for example as a pressure difference or as a time derivative thereof, as will be explained further below. Then, a pitch angle adjustment is performed by a control function which is functionally dependent on the ratio of the first and second pressure measurements formed. This makes it possible to increase the efficiency of the wind turbine by adjusting the pitch angle and / or to avoid overloads. One possibility is to express the ratio between first and second pressure measurement as pressure difference.
  • the ratio is formed from the absolute values of the first and second pressure measurements.
  • the control function is functionally dependent on the time profile of the at least one ratio. This makes it possible, for example, that the pitch angle of such ratio can be optimally adjusted.
  • the strength of the time course, d. H. from the time derivative of the at least one ratio represent a significant quantity.
  • the control function it is expedient for the control function to be functionally dependent on the strength of the time profile of the at least one ratio.
  • the pitch angle is adjusted until a pressure difference which corresponds to the maximum lift is established.
  • the invention also makes it possible to avoid overloads. In this case, it is possible, in particular, in time
  • Load limits are exceeded. This can conveniently be done by the occurrence of a
  • the first and second pressure measurement (positive pressure and negative pressure measurement) is performed several times at several measuring points of the rotor blade. Possible local measuring errors or local peculiarities of a measuring point can thus be averaged out or even eliminated. Thus, the occurrence of local peculiarities on the rotor blade can thus be determined.
  • the arrangement-side solution of the problem provides that at least two pressure measuring points are arranged on a rotor blade, which are connected via a measuring and control unit with the means for adjusting the pitch angle. These pressure measuring points can be located on the pressure side and on the suction side of the rotor blade, or at least be connected to these sides of the rotor blade.
  • a measuring point contains a passing through the shell of the rotor blade channel and a pressure transducer, which is arranged on the inside of the rotor blade at the inside opening of the respective channel. This makes it possible to arrange the pressure transducer on the inside of the Rotoblatt, where it is easily accessible, for example, for maintenance purposes.
  • a measuring point contains a passing through the shell of the rotor blade channel, an adjoining hose and arranged at a random location in the rotor blade pressure transducer. This makes it possible to arrange the pressure transducer in the places that have a particularly easy accessibility in Rotoblatt.
  • Essential for the buoyancy forces F A and thus for the An ⁇ driving forces or propulsive forces F v on the rotor blade 1 are the flow conditions resulting from the flow corresponding to the pitch 2 of the rotor blade 1, between the Queritessmit ⁇ telline 3 and a perpendicular to the axis of rotation 4 ,
  • the propulsive forces F v and the buoyancy forces F A result in a radial force component F R.
  • the flow conditions and thus the buoyancy forces F A can be well by the measurement of the pressures on the pressure side 5 and by the measurement of Assess negative pressures on the suction side 6 on the rotor blade 1.
  • the triangle shown in the drawing indicates the relationship between wind speed w, rotational speed u and resulting speed v R.
  • the pitch 2 of the rotor blade 1 is controlled via the measurement of the flow conditions by measuring the pressure conditions according to the invention so that the rotor blade 1 exhibits an aerodynamically optimum effect, a maximum yield can be achieved with direct aerodynamic action control, which is better is, as the indirect pitch control on Kennlinien ⁇ fields and better than the non-characteristic for the rotor blades wind measurement on the nacelle.
  • the measurement of the pressure distribution takes place over several distributed over the surface of the rotor blades 1 arranged pressure measuring points not shown.
  • the simplest embodiment of the measuring points is the following: Along the rotor blade 1 small channels passing through the shell of the rotor blade 1 are introduced on the pressure side 5 and on the suction side 6. On the inside of the shell of the rotor blade 1, the externally applied pressure is measured with attached pressure sensors.
  • the required optimum pressure ratios for the control algorithm according to the invention for achieving maximum yields and limit pressure values are used in the other sizes such.

Abstract

The invention relates to a method and a device for controlling the pitch angles of rotor blades on wind power stations, the pitch angle being controlled to maximize yields and prevent excess loads on the rotor blades. The aim of the invention is to maximize the propulsive power on rotor blades. Said aim is achieved by taking a first measurement of the pressure prevailing on the pressure side (5) and a second measurement of the pressure prevailing on the suction side (6) of a rotor blade (1), determining the difference in pressure between the first and second pressure measurement, and adjusting the pitch angle in accordance with the ratio between the first and second pressure measurement.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Pitchwinkel der Method and device for controlling the pitch angle of the
Rotorblätter von WindkraftanlagenRotor blades of wind turbines
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Pitch¬ winkel von Rotorblättern an Windkraftanlagen, wobei der Pitch- winkel zur Maximierung der Erträge und zur Verhinderung von Überlasten an den Rotorblättern gesteuert wird.The invention relates to a method for controlling the pitch angles of rotor blades on wind power plants, wherein the pitch angle is controlled to maximize the yields and to prevent overloads on the rotor blades.
Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Steuerung der Pitchwinkel von Rotorblättern an Windkraftanlagen mit Mitteln zur Einstellung der Pitchwinkel.The invention also relates to a device for controlling the pitch angle of rotor blades on wind turbines with means for adjusting the pitch angle.
Bei Windkraftanlagen weisen die Rotorblätter üblicherweise einen Querschnitt auf der dem Querschnitt -von Tragflächenprofi¬ len gleicht. Dieser Querschnitt (Profil) weist eine konkave Wölbung an einer Querschnittslängsseite auf, die die Sogseite des Rotorblattes bildet und eine im wesentlichen konvexe Quer- schnittslängsseite auf, die die Druckseite des Rotorblattes bildet. Von beiden Querschnitten eingeschlossen wird die Quer¬ schnittsmittellinie, die dementsprechend der Querschnittslängs¬ richtung folgt.In wind power plants, the rotor blades usually have a cross section on which the cross-section of wing profiles is similar. This cross section (profile) has a concave curvature on a cross-sectional longitudinal side, which forms the suction side of the rotor blade and a substantially convex cross-sectional longitudinal side, which forms the pressure side of the rotor blade. The cross-sectional center line, which accordingly follows the cross-sectional longitudinal direction, is enclosed by both cross sections.
Zur Erzeugung einer Drehbewegung müssen die Rotorblätter eine zur Drehachse des Rotors tangentiale Kraftkomponente - die Vortriebs- oder Antriebskraft - erfahren, die durch einen Win¬ kel den die Rotorblätter bezüglich der Drehachse des Rotors einnehmen, bewirkt wird, da damit die Auftriebskräfte und damit die Vortriebskräfte bestimmt werden. Dieser Winkel, wird als Pitchwinkel oder kurz Pitch bezeichnet und in üblicher Weise zwischen der Querschnittsmittellinie und einer Senkrechten zur Drehachse gemessen.In order to generate a rotational movement, the rotor blades must experience a force component which is tangential to the axis of rotation of the rotor, which is caused by an angle which the rotor blades occupy with respect to the axis of rotation of the rotor, since this causes the buoyancy forces and thus the propulsive forces be determined. This angle, referred to as the pitch angle or pitch for short, is measured in a conventional manner between the cross-sectional centerline and a normal to the axis of rotation.
Es ist bekannt, dass die Pitchwinkeleinstellung der Rotorblät¬ ter verantwortlich ist für die mit der Windkraftanlage erreich- ten Erträge. Dazu erfolgt die Steuerung der Pitchwinkeleinstellung über Kennlinien, z. B. in Abhängigkeit oder im Zusammenhang mit der an der Gondel gemessenen Wind¬ geschwindigkeit, mit der Drehzahl und/oder dem Drehmoment der Antriebswelle und/oder der elektrischen Leistung.It is known that the pitch angle setting of the rotor blades is responsible for the yields achieved with the wind power plant. For this purpose, the control of the Pitch angle adjustment via characteristic curves, eg. As a function of or in connection with the wind speed measured at the nacelle, with the rotational speed and / or the torque of the drive shaft and / or the electrical power.
Diese Kennliniensteuerung zeigt sich dahingehend problematisch, dass sie stark unterschiedlichen Windverhältnissen zwischen der oberen und unteren Lage der Rotorblätter insbesondere in Folge deren erheblicher Länge bei großen Windkraftanlagen nicht die optimale Einstellung des Pitchwinkels gefunden wird, da die wesentliche Messgroße »Windgeschwindigkeit' nur punktuell an der Gondel gemessen wird.This characteristic control proves to be problematic in that it is not the optimal setting of the pitch angle is found to greatly different wind conditions between the upper and lower layers of the rotor blades, in particular as a result of their considerable length in large wind turbines, since the main measure » wind speed" only selectively to the nacelle is measured.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Vortriebskraft an Rotorblättern zu maximieren und Überlastfälle an den Rotor¬ blättern zu vermeiden.The object of the invention is therefore to maximize the propulsive force on rotor blades and to avoid overloads on the rotor blades.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren entsprechend des Anspru¬ ches 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 8 zeigen günstige Aus- führungsvarianten des Verfahrens.This object is achieved by a method according to Anspru¬ Ches 1. The dependent claims 2 to 8 show favorable embodiments of the method.
Die Erfindung wird auch durch eine Einrichtung mit den Merkma¬ len des Anspruches 9 gelöst. Die Unteransprüche 10 und 11 zei- gen eine günstige Ausführungsform der Einrichtung.The invention is also achieved by a device with the Merkma¬ len of claim 9. The subclaims 10 and 11 show a favorable embodiment of the device.
Die verfahrensseitige Lösung der Aufgebenstellung sieht dabei vor, dass eine erste Druckmessung auf der Druckseite (Über¬ druckmessung) und eine zweite Druckmessung auf der Sogseite eines Rotorblattes (Unterdruckmessung) vorgenommen wird. Dar- aus wird mindestens ein Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Druckmessung bestimmt. Dieses Verhältnis kann verschie¬ denartig ermittelt werden, beispielsweise als Druckdifferenz oder als zeitliche Ableitung davon, wie nachfolgend weiter ausgeführt wird. Sodann wird eine Pitchwinkeleinstellung durch eine Regelfunktion vorgenommen, die von dem gebildeten Verhält¬ nis aus erster und zweiter Druckmessung funktionell abhängig ist. Damit wird es möglich, durch die Pitchwinkeleinstellung den Wirkungsgrad der Windkraftanlage zu erhöhen und/oder Über¬ lastungsfälle zu vermeiden. Eine Möglichkeit besteht darin, das Verhältnis zwischen erster und zweiter Druckmessung als Druckdifferenz auzudrücken.The procedural solution of the Aufgebenstellung provides that a first pressure measurement on the pressure side (Über¬ pressure measurement) and a second pressure measurement on the suction side of a rotor blade (vacuum measurement) is made. From this, at least one ratio between the first and the second pressure measurement is determined. This ratio can be determined variously, for example as a pressure difference or as a time derivative thereof, as will be explained further below. Then, a pitch angle adjustment is performed by a control function which is functionally dependent on the ratio of the first and second pressure measurements formed. This makes it possible to increase the efficiency of the wind turbine by adjusting the pitch angle and / or to avoid overloads. One possibility is to express the ratio between first and second pressure measurement as pressure difference.
Insbesondere ist es möglich, dass das Verhältnis aus den Absolutwerten von erster und zweiter Druckmessung gebildet wird.In particular, it is possible for the ratio to be formed from the absolute values of the first and second pressure measurements.
Da der zeitliche Verlauf des Verhältnisses für das Verhalten der Rotorblätter signifikant sein kann, da sich beispielsweise die Druckverhältnisse wärend einer Umdrehung des Rotorblattes ändern, ist vorgesehen, dass die Regelfunktion in funktioneller Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des zumindest einen Verhältnisses steht. Damit wird es beispielsweise möglich, dass der Pitchwinkel derartigen Verhältnisses optimal angepasst werden kann.Since the time profile of the ratio for the behavior of the rotor blades can be significant, since, for example, the pressure conditions change during one revolution of the rotor blade, it is provided that the control function is functionally dependent on the time profile of the at least one ratio. This makes it possible, for example, that the pitch angle of such ratio can be optimally adjusted.
Beispielsweise zur Vermeidung des Überlastfalles kann die Stärke des zeitlichen Verlaufes, d. h. von der zeitlichen Ableitung des zumindest einen Verhältnisses, eine signifikante Größe darstellen. In diesem Falle ist es zweckmäßig, wenn die Regelfunktion in funktioneller Abhängigkeit von der Stärke des zeitlichen Verlaufes des zumindest einen Verhältnisses steht.For example, to avoid the overload case, the strength of the time course, d. H. from the time derivative of the at least one ratio, represent a significant quantity. In this case, it is expedient for the control function to be functionally dependent on the strength of the time profile of the at least one ratio.
Insbesondere zur Optimierung der Wirksamkeit der Windkraftanlage ist es zweckmäßig, wenn der Pitchwinkel verstellt wird, bis sich eine Druckdifferenz, die dem maximalen Auftrieb entspricht, einstellt.In particular, in order to optimize the effectiveness of the wind power plant, it is expedient if the pitch angle is adjusted until a pressure difference which corresponds to the maximum lift is established.
Durch die Erfindung wird es auch möglich, Überlastungen zu vermeiden. Hierbei ist es insbesondere möglich, rechtzeitig beiThe invention also makes it possible to avoid overloads. In this case, it is possible, in particular, in time
Auftreten möglicher Überlasten zu reagieren, ohne dassOccurrence of possible overloads without reacting
Belastungsgrenzen überschritten werden üssen. Dies kann zweckmäßigerweise dadurch geschehen, dass bei Auftreten einerLoad limits are exceeded. This can conveniently be done by the occurrence of a
Überlast der Pitchwinkel so verstellt wird, dass die zulässige Last eingehalten wird.Overload the pitch angle is adjusted so that the permissible load is maintained.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, dass die erste und zweite Druckmessung (Überdruck- und Unterdruckmessung) mehrfach an mehreren Messstellen des Rotorblattes vorgenommen wird. Etwaige lokale Messfehler oder lokale Besonderheiten einer Messstelle können somit ausgemittelt oder gar eliminiert werden. Auch kann somit das Auftreten lokaler Besonderheiten am Rotorblatt fest¬ gestellt werden.Furthermore, it may be expedient that the first and second pressure measurement (positive pressure and negative pressure measurement) is performed several times at several measuring points of the rotor blade. Possible local measuring errors or local peculiarities of a measuring point can thus be averaged out or even eliminated. Thus, the occurrence of local peculiarities on the rotor blade can thus be determined.
Die anordnungsseitige Lösung der Aufgabenstellung sieht vor, dass auf einem Rotorblatt mindestens zwei Druckmessstellen angeordnet sind, die über eine Mess- und Steuereinheit mit den Mitteln zur Einstellung der Pitchwinkel verbunden sind. Diese Druckmessstellen können sich an der Druckseite und an der Sog¬ seite des Rotorblattes befinden, oder zumindest mit diesen Seiten des Rotorblattes verbunden sein.The arrangement-side solution of the problem provides that at least two pressure measuring points are arranged on a rotor blade, which are connected via a measuring and control unit with the means for adjusting the pitch angle. These pressure measuring points can be located on the pressure side and on the suction side of the rotor blade, or at least be connected to these sides of the rotor blade.
In zweckmäßiger Weise ist vorgesehen, dass eine Messstelle einen durch die Schale des Rotorblattes hindurch gehenden Kanal und einen Druckgeber enthält, der auf der Rotorblatt-Innenseite an der innenseitigen Öffnung des jeweiligen Kanales angeordnet ist. Damit wird es möglich, den Druckgeber auf der Innenseite des Rotoblattes anzuordnen, wo er leicht zugänglich ist, beispielsweise zu Wartungszwecken.Conveniently, it is provided that a measuring point contains a passing through the shell of the rotor blade channel and a pressure transducer, which is arranged on the inside of the rotor blade at the inside opening of the respective channel. This makes it possible to arrange the pressure transducer on the inside of the Rotoblatt, where it is easily accessible, for example, for maintenance purposes.
Alternativ dazu ist es günstig dass eine Messstelle einen durch die Schale des Rotorblattes hindurch gehenden Kanal, einen sich daran anschließenden Schlauch und einen an einer wahlfreien Stelle im Rotorblatt angeordneten Druckgeber enthält. Damit wird es möglich, den Druckgeber an den Stellen anzuordnen, die eine besonders leichte Zugänglichkeit im Rotoblatt aufweisen.Alternatively, it is favorable that a measuring point contains a passing through the shell of the rotor blade channel, an adjoining hose and arranged at a random location in the rotor blade pressure transducer. This makes it possible to arrange the pressure transducer in the places that have a particularly easy accessibility in Rotoblatt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, die die einzelnen wirksamen physikalischen Größen wiedergibt.The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing, which shows the individual effective physical quantities.
Wesentlich für die Auftriebskräfte FA und damit für die An¬ triebskräfte oder Vortriebskräfte Fv am Rotorblatt 1 sind die StrömungsVerhältnisse, die sich aus der Anströmung entsprechend dem Pitch 2 des Rotorblattes 1, zwischen der Querschnittsmit¬ tellinie 3 und einer Senkrechten zur Drehachse 4 ergeben. Aus den Vortriebskräften Fv und den Auftriebskräften FA ergibt sich eine radiale Kraftkomponente FR. Die StrömungsVerhältnisse und damit die Auftriebskräfte FA lassen sich gut durch die Messung der Überdrücke auf der Druckseite 5 und durch die Messung der Unterdrücke auf der Sogseite 6 am Rotorblatt 1 beurteilen.Essential for the buoyancy forces F A and thus for the An¬ driving forces or propulsive forces F v on the rotor blade 1 are the flow conditions resulting from the flow corresponding to the pitch 2 of the rotor blade 1, between the Querschnittsmit¬ tellinie 3 and a perpendicular to the axis of rotation 4 , The propulsive forces F v and the buoyancy forces F A result in a radial force component F R. The flow conditions and thus the buoyancy forces F A can be well by the measurement of the pressures on the pressure side 5 and by the measurement of Assess negative pressures on the suction side 6 on the rotor blade 1.
Das in der Zeichnung dargestellte Dreieck gibt das Verhältnis aus Windgeschwindigkeit w, Umlaufgeschwindigkeit u und resul¬ tierender Geschwindigkeit vR an.The triangle shown in the drawing indicates the relationship between wind speed w, rotational speed u and resulting speed v R.
Wird der Pitch 2 des Rotorblattes 1 über die Messung der Strö¬ mungsverhältnisse durch die erfindungsgemäße Messung der Druck¬ verhältnisse so gesteuert, dass das Rotorblatt 1 eine aerodyna¬ misch optimale Wirkung zeigt, kann mit direkt aerodynamischen WirkungsSteuerung ein maximaler Ertrag erzielt werden, der besser ist, als die indirekte Pitch-Steuerung über Kennlinien¬ felder und besser als die für die Rotorblätter nicht charakte¬ ristische Windmessung and der Gondel.If the pitch 2 of the rotor blade 1 is controlled via the measurement of the flow conditions by measuring the pressure conditions according to the invention so that the rotor blade 1 exhibits an aerodynamically optimum effect, a maximum yield can be achieved with direct aerodynamic action control, which is better is, as the indirect pitch control on Kennlinien¬ fields and better than the non-characteristic for the rotor blades wind measurement on the nacelle.
Die Messung der Druckverteilung erfolgt über mehrere über die Oberfläche der Rotorblätter 1 verteilt angeordnete nicht näher dargestellte Druckmessstellen.The measurement of the pressure distribution takes place over several distributed over the surface of the rotor blades 1 arranged pressure measuring points not shown.
Die einfachste Ausführungsform der Messstellen ist folgende: Längs des Rotorblattes 1 sind auf der Druckseite 5 und auf der Sogseite 6 kleine durch die Schale des Rotorblattes 1 hindurch gehende Kanäle eingebracht. Auf der Innenseite der Schale des Rotorblattes 1 wird mit angesetzten Druckgebern der außen an¬ liegende Druck gemessen.The simplest embodiment of the measuring points is the following: Along the rotor blade 1 small channels passing through the shell of the rotor blade 1 are introduced on the pressure side 5 and on the suction side 6. On the inside of the shell of the rotor blade 1, the externally applied pressure is measured with attached pressure sensors.
Entsprechend der für das Rotorblatt 1 verwendeten Profile und auf Grundlage von beispielsweise experimentell oder rechnerisch ermittelten Werten werden die erforderlichen optimalen Druck- Verhältnisse für den erfindungsgemäßen Regelungsalgorithmus zur Erzielung maximaler Erträge und auch Grenzdruckwerte verwendet, in den weitere Größen wie z. B. die Windgeschwindigkeit und die Drehzahl eingehen. Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Pitchwinkel der Rotorblätter von WindkraftanlagenAccording to the profiles used for the rotor blade 1 and based on, for example, experimentally or computationally determined values, the required optimum pressure ratios for the control algorithm according to the invention for achieving maximum yields and limit pressure values are used in the other sizes such. B. enter the wind speed and speed. Method and device for controlling the pitch angles of the rotor blades of wind turbines
BezugsseichenlistβBezugsseichenlistβ
1 Rotorblatt1 rotor blade
2 Pitch2 pitch
3 Querschnittsmittellinie3 cross-sectional centerline
4 Senkrechte zur Drehachse 5 Druckseite4 perpendicular to the axis of rotation 5 pressure side
6 Sogseite6 suction side
FA AuftriebskraftF A buoyancy
Fv Antriebs- oder Vortriebskraft FR radiale Kraftkomponente w Windgeschwindigkeit u Umlaufgeschwindigkeit v resultierende Geschwindigkeit F v Driving or driving force F R radial force component w wind speed u orbital velocity v resulting velocity

Claims

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung der Pitchwinkel der Rotorblätter von WindkraftanlagenPatentansprüche Method and device for controlling the pitch angles of the rotor blades of wind turbines Patent claims
1. Verfahren zur Steuerung der Pitchwinkel von Rotorblättern an Windkraftanlagen, wobei der Pitchwinkel zur Maximierung der Erträge und zur Verhinderung von Überlasten an den Ro¬ torblättern gesteuert wird, dadurch gekennz ei chnet , dass eine erste Druckmessung auf der Druckseite (5) (Überdruckmessung) und eine zweite Druckmessung auf der Sogseite (6) eines Rotorblattes (1) (Unterdruckmessung) vorgenommen wird, mindestens ein Ver¬ hältnis zwischen der ersten und der zweiten Druckmessung bestimmt wird und eine Pitchwinkeleinstellung durch eine Regelfunktion vorgenommen wird, die von dem gebildeten Verhältnis aus erster und zweiter Druckmessung funktionell abhängig ist.1. A method for controlling the pitch angle of rotor blades on wind turbines, wherein the pitch angle is controlled to maximize the yields and to prevent overloads on the Ro¬ torblättern, characterized gekennz egg chnet that a first pressure measurement on the pressure side (5) (pressure measurement) and a second pressure measurement is performed on the suction side (6) of a rotor blade (1) (negative pressure measurement), at least one ratio between the first and second pressure measurements is determined, and a pitch angle adjustment is performed by a control function based on the ratio formed first and second pressure measurement is functionally dependent.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei chnet , dass das Verhältnis zwischen erster und zweiter Druckmessung als Druckdifferenz ausgedrückt wird.2. Method according to claim 1, characterized in that the ratio between the first and second pressure measurements is expressed as a pressure difference.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus den Absolutwerten von erster und zweiter Druckmessung gebildet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the absolute values of the first and second pressure measurement is formed.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelfunktion in funktioneller Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des zumindest einen Verhältnisses steht. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the control function is in functional dependence on the time course of the at least one ratio.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelfunktion in funktioneller Abhängigkeit von der Stärke des zeitlichen Verlaufes, d. h. von der zeitlichen Ableitung des zumindest einen Verhältnisses steht.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the control function in functional dependence on the strength of the time course, d. H. is the time derivative of the at least one ratio.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzei chnet , dass der Pitchwinkel verstellt wird, bis sich eine Druckdifferenz, die dem maximalen Auftrieb entspricht, einstellt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized gekennzei chnet, that the pitch angle is adjusted until a pressure difference, which corresponds to the maximum lift adjusts.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten einer Überlast der Pitchwinkel so verstellt wird, dass die zulässige Last eingehalten wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that when an overload occurs, the pitch angle is adjusted so that the allowable load is maintained.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennz ei chnet , dass die erste und zweite Druck¬ messung (Überdruck- und Unterdruckmessung) mehrfach an mehreren Messstellen des Rotorblattes vorgenommen wird.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized gekennz egg chnet, that the first and second pressure measurement (positive pressure and negative pressure measurement) is performed several times at several measuring points of the rotor blade.
9. Einrichtung zur Steuerung der Pitchwinkel von Rotorblät¬ tern an Windkraftanlagen mit Mitteln zur Einstellung der Pitchwinkel, dadurch gekennzei chnet , dass auf einem Rotorblatt (1) mindestens zwei Druckmessstellen an¬ geordnet sind, die über eine Mess- und Steuereinheit mit den Mitteln zur Einstellung der Pitchwinkel verbunden sind.9. Device for controlling the pitch angle of Rotorblät¬ tern to wind turbines with means for adjusting the pitch angle, characterized gekennzei chnet that on a rotor blade (1) at least two pressure measuring points are arranged an¬, via a measuring and control unit with the means for Setting the pitch angle are connected.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennz ei chnet , dass eine Messstelle einen durch die Schale des Rotorblattes (1) hindurch gehenden Kanal und einen Druckgeber enthält, der auf der Rotorblatt- Innenseite an der innenseitigen Öffnung des jeweiligen Kanales angeordnet ist.10. The device according to claim 9, characterized gekennz egg chnet that contains a measuring point through the shell of the rotor blade (1) passing channel and a pressure transducer, which is arranged on the inside of the rotor blade at the inside opening of the respective channel.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennz ei chnet , dass eine Messstelle einen durch die Schale des Rotorblattes (1) hindurch gehenden Kanal, einen sich daran anschließenden Schlauch und einen an einer wahlfreien Stelle im Rotorblatt angeordneten Druckgeber enthält. 11. The device according to claim 9, characterized gekennz egg chnet that a measuring point by a shell of the rotor blade (1) passing channel, an adjoining hose and an a random position in the rotor blade arranged pressure transducer contains.
EP05806765A 2004-10-09 2005-10-10 Method and device for controlling the pitch angles of the rotor blades of wind power stations Ceased EP1797318A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

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