JP7130033B2 - 風力発電装置及び風力発電装置の運転方法 - Google Patents
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Description
・風力発電装置はロータハブとそのブレード角が調節可能な複数のロータブレードを備えた空気力学的ロータを有し、空気力学的ロータは可変の回転数で運転可能であり、
・風力発電装置は、発電機電力を生成するための、空気力学的ロータに連結された発電機を有し、
・発電機は可変の発電機トルクで運転可能であり、
該方法は、
・風による風力発電装置への荷重を決定すること、但し、荷重を決定することは、
ロータハブにおける歪測定によって、ハブ曲げモーメントを生成する少なくとも1つの力を検出すること、但し、ハブ曲げモーメントはロータ位置に依存して最大ハブ曲げモーメントと最小ハブ曲げモーメントの間で変化し、最大ハブ曲げモーメントは荷重として決定されること、
を含む、
・決定された荷重と予め設定可能な荷重限界値を比較すること、
・予め設定可能な荷重限界値への荷重の到達又は超過に応じて、荷重運転モードにおいて回転数及び発電機電力の少なくとも1つを減少すること、
を含むことを特徴とする(形態1)。
本発明の第2の視点により、風から電力を生成するための風力発電装置が提供される。
該風力発電装置は、
・ロータハブとそのブレード角が調節可能な複数のロータブレードを有する空気力学的ロータ、但し、空気力学的ロータは可変の回転数で運転されるよう構成されており、
・空気力学的ロータに連結された発電機、但し、発電機は電力を生成するよう構成されており、発電機は可変の発電機トルクで運転されるよう構成されており、
・風により風力発電装置に作用し、ハブ曲げモーメントを生成する荷重を決定するよう構成された検出装置、但し、ハブ曲げモーメントはロータ位置に依存して最大ハブ曲げモーメントと最小ハブ曲げモーメントの間で変化し、最大ハブ曲げモーメントは荷重として決定される、及び、
・予め設定可能な荷重限界値への荷重の到達又は超過に応じて、風力発電装置を運転する荷重運転モードにおいて回転数及び発電機電力の少なくとも1つを荷重に応じて減少するよう構成された、制御装置
を含む(形態9)。
(形態1)上記本発明の第1の視点参照。
(形態2)形態1の方法において、荷重の決定は、荷重を表す少なくとも1つの測定に基づき、又はロータブレードにおける又はロータハブ及び/又は複数のロータブレードの少なくとも1つの翼根における歪測定に基づき、システム技術的推定アルゴリズムによって実行されることが好ましい。
(形態3)形態1又は2の方法において、荷重限界値は、支配的定格風速の際の通常運転モードにおいて基準荷重として検出される荷重に依存して決定されることが好ましい。
(形態4)形態1~3の何れかの方法において、
回転数及び/又は発電機電力は、検出された荷重に依存して減少されること、又は、
・荷重が回転数及び発電機電力の減少によって目標値又は目標値よりも小さい値としての荷重限界値に制御されるよう、
減少されることが好ましい。
(形態5)形態1~4の何れかの方法において、回転数及び発電機電力は、
・複数のロータブレードの夫々のブレード角が風の方向から逸されるよう、
・発電機トルクが発電機定格トルクを上回らないよう、
・発電機トルクが風速の増大に伴って減少されるよう、
減少されることが好ましい。
(形態6)形態1~5の何れかの方法において、
・回転数は決定された荷重に依存して減少され、
・発電機電力は荷重運転モードのための回転数-電力特性曲線に依存して減少されること、但し、
・荷重運転モードのためのこの回転数-電力特性曲線は、発電機定格電力を達成できない程に風が弱い場合の部分負荷運転モードのための回転数-電力特性曲線とは異なることが好ましい。
(形態7)形態6に記載の方法において、荷重運転モードのための回転数-電力特性曲線は、少なくとも部分回転数領域において、夫々、部分負荷運転モードのための回転数-電力特性曲線よりもより大きい電力値を有することが好ましい。
(形態8)形態1~7の何れかの方法において、発電機電力の供給のために、
・発電機によって生成された電流が整流され、第1直流電圧中間回路へ供給され、
・整流された電流が第1直流電圧中間回路から第2直流電圧中間回路へ供給されること、但し、
・第1直流電圧中間回路と第2直流電圧中間回路の間には、第1直流電圧中間回路の第1直流電圧を第2直流電圧中間回路の第2電圧へ昇圧するための、昇圧コンバータが配置されており、
・第2直流電圧中間回路の電流は、電気供給ネットへの給電のために、インバータによって交流電流に変換されること、但し、
・昇圧コンバータは第1直流電圧を、切替回転数を下回る回転数についてのみ、第2直流電圧へ昇圧し、この場合、第2直流電圧は第1直流電圧より大きく、
・切替回転数は部分負荷運転モードの場合、荷重運転モードの場合よりもより大きいことが好ましい。
(形態9)上記本発明の第2の視点参照。
(形態10)形態9の風力発電装置において、該風力発電装置は形態1~8の何れかの方法を実行するよう構成されていることが好ましい。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。
[付記1]風から電力を生成するための風力発電装置の運転方法。
・風力発電装置はロータハブとそのブレード角が調節可能な複数のロータブレードを備えた空気力学的ロータを有し、空気力学的ロータは可変の回転数で運転可能である。
・風力発電装置は、発電機電力を生成するための、空気力学的ロータに連結された発電機を有する。
・発電機は可変の発電機トルクで運転可能である。
該方法は、以下のステップ:
・風による風力発電装置への荷重を示す荷重変数を決定すること、及び、
・荷重運転モードにおいて回転数及び/又は発電機電力を荷重変数に依存して減少すること、
を含む。
・荷重変数を決定するために又は荷重変数として、風力発電装置に作用する少なくとも1つの力変数が使用される。
[付記2]上記の方法において、
ハブ曲げモーメント、シャフト曲げモーメント、軸曲げモーメント及び/又はタワーヘッド曲げモーメントが検出される。及び、
ハブ曲げモーメント、シャフト曲げモーメント、軸曲げモーメント及び/又はタワーヘッド曲げモーメントは、荷重変数の決定のために又は荷重変数として使用される。
[付記3]上記の方法において、風力発電装置に作用する力変数の検出のためにないしハブ曲げモーメントの検出のために、少なくとも1回の歪測定がロータハブ及び/又は少なくとも1つのロータブレードにおいて、とりわけ翼根の表面又は傍において、とりわけ各ロータブレードにおいてないし各翼根の表面ないし傍において、実行される。
[付記4]上記の方法において、荷重変数の決定は、荷重を表す少なくとも1つの測定に基づき、とりわけロータブレードにおける、とりわけロータハブ及び/又は複数のロータブレードの少なくとも1つの翼根における歪測定に基づき、システム技術的推定アルゴリズムによって実行される。
[付記5]上記の方法において、荷重限界値は、支配的定格風速の際の通常運転モードにおいて基準荷重として検出される荷重変数に依存して決定されること、とりわけ荷重限界値は基準荷重の少なくとも2倍の値に決定される。
[付記6]上記の方法において、回転数及び/又は発電機電力は、検出された荷重に依存して減少される、とりわけ、
・荷重変数が荷重限界値を上回らないよう、及び/又は、
・荷重変数が回転数及び発電機電力の減少によって目標値又は目標値よりも小さい値としての荷重限界値に制御されるよう、
減少される。
[付記7]上記の方法において、回転数及び発電機電力は、
・荷重変数が荷重限界値を上回らないよう、
・複数のロータブレードの夫々のブレード角が風の方向から逸されるよう、
・発電機トルクが発電機定格トルクを上回らないよう、
・発電機トルクが風速の増大に伴って減少されるよう、
減少される。
[付記8]上記の方法において、
・回転数は決定された荷重変数に依存して減少され、
・発電機電力は荷重運転モードのための回転数-電力特性曲線に依存して減少される。但し、
・荷重運転モードのためのこの回転数-電力特性曲線は、発電機定格電力を達成できない程に風が弱い場合の部分負荷運転モードのための回転数-電力特性曲線とは異なる。
[付記9]上記の方法において、荷重運転モードのための回転数-電力特性曲線は、少なくとも部分回転数領域において、とりわけ定格回転数の10%~90%の回転数領域において、夫々、部分負荷運転モードのための回転数-電力特性曲線よりもより大きい電力値を有する。
[付記10]上記の方法において、発電機電力の供給のために、
・発電機によって生成された電流が整流され、第1直流電圧中間回路へ供給され、
・整流された電流が第1直流電圧中間回路から第2直流電圧中間回路へ供給される。但し、
・第1直流電圧中間回路と第2直流電圧中間回路の間には、場合により第1直流電圧中間回路の第1直流電圧を第2直流電圧中間回路の第2電圧へ昇圧するための、昇圧コンバータが配置されており、
・第2直流電圧中間回路の電流は、電気供給ネットへの給電のために、インバータによって交流電流に変換される。但し、
・昇圧コンバータは第1直流電圧を、切替回転数を下回る回転数についてのみ、第2直流電圧へ昇圧し、この場合、第2直流電圧は第1直流電圧より大きく、
・切替回転数は部分負荷運転モードの場合、荷重運転モードの場合よりもより大きい。
[付記11]上記の方法において、
・ハブ曲げモーメントはロータ位置に依存して最大ハブ曲げモーメントと最小ハブ曲げモーメントの間で変化する。及び、
・荷重変数は最大ハブ曲げモーメントに依存して決定される。及び/又は、
・荷重変数は最大ハブ曲げモーメントと最小ハブ曲げモーメントとの差に依存して決定される。及び/又は、
・荷重変数として夫々最大ハブ曲げモーメントが考慮される。又は、
・荷重変数として夫々最大ハブ曲げモーメントと最小ハブ曲げモーメントとの差が考慮される。
[付記12]風から電力を生成するための風力発電装置。
該風力発電装置は、
・ロータハブとそのブレード角が調節可能な複数のロータブレードを有する空気力学的ロータ、但し、空気力学的ロータは可変の回転数で運転可能であり、
・発電機電力を生成するための、空気力学的ロータに連結された発電機、但し、発電機は可変の発電機トルクで運転可能であり、
・風による風力発電装置への荷重を示す荷重変数を決定するための検出装置、及び、
・荷重運転モードにおいて回転数及び/又は発電機電力を荷重変数に依存して減少するよう構成された、制御装置
を含む。
・検出装置は、荷重変数を決定するために又は荷重変数として、風力発電装置に作用する少なくとも1つの力変数を使用するよう、構成されている。
[付記13]上記の風力発電装置において、該風力発電装置は上記の何れかの方法を実行するよう構成されている。
[付記14]上記の風力発電装置において、
・風力発電装置に作用する力変数を検出するためにないしハブ曲げモーメントを検出するために、少なくとも1つの力測定手段が設けられている。及び、
・少なくとも1つの力測定手段の測定値に依存して荷重変数を決定するために、この測定値を検出装置へ伝送するための、少なくとも1つの力測定手段から検出装置への少なくとも1つの接続手段が設けられている。とりわけ、少なくとも1つの力測定手段は、
・ロータブレードに、とりわけロータハブに及び/又は各ロータブレードにないし各翼根の表面若しくは傍に、少なくとも1つの歪ゲージを含む。
Claims (10)
- 風から電力を生成するための風力発電装置の運転方法であって、
・風力発電装置(200)はロータハブとそのブレード角(α)が調節可能な複数のロータブレード(201、202、203)を備えた空気力学的ロータを有し、空気力学的ロータは可変の回転数で運転可能であり、
・風力発電装置(200)は、発電機電力を生成するための、空気力学的ロータに連結された発電機を有し、
・発電機は可変の発電機トルクで運転可能であり、
該方法は、
・風による風力発電装置(200)への荷重を決定すること、但し、荷重を決定することは、
ロータハブにおける歪測定によって、ハブ曲げモーメントを生成する少なくとも1つの力を検出すること、但し、ハブ曲げモーメントはロータ位置に依存して最大ハブ曲げモーメントと最小ハブ曲げモーメントの間で変化し、最大ハブ曲げモーメントは荷重として決定されること、
を含む、
・決定された荷重と予め設定可能な荷重限界値を比較すること、
・予め設定可能な荷重限界値への荷重の到達又は超過に応じて、荷重運転モードにおいて回転数及び発電機電力の少なくとも1つを減少すること、
を含むこと、
を特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
荷重の決定は、荷重を表す少なくとも1つの測定に基づき、又はロータブレードにおける又はロータハブ及び/又は複数のロータブレード(201、202、203)の少なくとも1つの翼根における歪測定に基づき、システム技術的推定アルゴリズムによって実行されること
を特徴とする方法。 - 請求項1又は2に記載の方法において、
荷重限界値は、支配的定格風速の際の通常運転モードにおいて基準荷重として検出される荷重に依存して決定されること
を特徴とする方法。 - 請求項1~3の何れかに記載の方法において、
回転数及び/又は発電機電力は、検出された荷重に依存して減少されること、又は、
・荷重が回転数及び発電機電力の減少によって目標値又は目標値よりも小さい値としての荷重限界値に制御されるよう、
減少されること
を特徴とする方法。 - 請求項1~4の何れかに記載の方法において、
回転数及び発電機電力は、
・複数のロータブレード(201、202、203)の夫々のブレード角(α)が風の方向から逸されるよう、
・発電機トルクが発電機定格トルクを上回らないよう、
・発電機トルクが風速の増大に伴って減少されるよう、
減少されること
を特徴とする方法。 - 請求項1~5の何れかに記載の方法において、
・回転数は決定された荷重に依存して減少され、
・発電機電力は荷重運転モードのための回転数-電力特性曲線に依存して減少されること、但し、
・荷重運転モードのためのこの回転数-電力特性曲線は、発電機定格電力を達成できない程に風が弱い場合の部分負荷運転モードのための回転数-電力特性曲線とは異なること
を特徴とする方法。 - 請求項6に記載の方法において、
荷重運転モードのための回転数-電力特性曲線は、少なくとも部分回転数領域において、夫々、部分負荷運転モードのための回転数-電力特性曲線よりもより大きい電力値を有すること
を特徴とする方法。 - 請求項1~7の何れかに記載の方法において、
発電機電力の供給のために、
・発電機によって生成された電流が整流され、第1直流電圧中間回路へ供給され、
・整流された電流が第1直流電圧中間回路から第2直流電圧中間回路へ供給されること、但し、
・第1直流電圧中間回路と第2直流電圧中間回路の間には、第1直流電圧中間回路の第1直流電圧を第2直流電圧中間回路の第2電圧へ昇圧するための、昇圧コンバータが配置されており、
・第2直流電圧中間回路の電流は、電気供給ネットへの給電のために、インバータによって交流電流に変換されること、但し、
・昇圧コンバータは第1直流電圧を、切替回転数を下回る回転数についてのみ、第2直流電圧へ昇圧し、この場合、第2直流電圧は第1直流電圧より大きく、
・切替回転数は部分負荷運転モードの場合、荷重運転モードの場合よりもより大きいこと
を特徴とする方法。 - 風から電力を生成するための風力発電装置であって、
該風力発電装置は、
・ロータハブとそのブレード角(α)が調節可能な複数のロータブレードを有する空気力学的ロータ、但し、空気力学的ロータは可変の回転数で運転されるよう構成されており、
・空気力学的ロータに連結された発電機、但し、発電機は電力を生成するよう構成されており、発電機は可変の発電機トルクで運転されるよう構成されており、
・風により風力発電装置(200)に作用し、ハブ曲げモーメントを生成する荷重を決定するよう構成された検出装置、但し、ハブ曲げモーメントはロータ位置に依存して最大ハブ曲げモーメントと最小ハブ曲げモーメントの間で変化し、最大ハブ曲げモーメントは荷重として決定される、及び、
・予め設定可能な荷重限界値への荷重の到達又は超過に応じて、風力発電装置を運転する荷重運転モードにおいて回転数及び発電機電力の少なくとも1つを荷重に応じて減少するよう構成された、制御装置
を含む、
風力発電装置。 - 請求項9に記載の風力発電装置において、
該風力発電装置は請求項1~8の何れかに記載の方法を実行するよう構成されていること
を特徴とする風力発電装置。
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