WO2009036998A2 - Verfahren zum anfahren eienr windenergieanlage - Google Patents

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WO2009036998A2 PCT/EP2008/007973 EP2008007973W WO2009036998A2 WO 2009036998 A2 WO2009036998 A2 WO 2009036998A2 EP 2008007973 W EP2008007973 W EP 2008007973W WO 2009036998 A2 WO2009036998 A2 WO 2009036998A2
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  • either the temperature of a gear bearing, in particular the temperature of a gear bearing raceway, or the temperature of a gear shaft, in particular the temperature of the shaft with the highest number of revolutions, the so-called fast shaft, can be measured.
  • a distance dimension describing the accuracy of fit of at least one transmission component can be used as at least one of the physical measured variables.
  • the measurement of the accuracy of fit can be realized by means of an optical measuring element.
  • a limitation of the mechanical energy fed into the transmission can take place by the braking of the system.
  • manipulated variables can be generated, which control at least one brake system, which can act on the input and / or output side of the transmission.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Getriebes, wobei das Getriebe der Energieübertragung in einer Windenergieanlage dient, welches die Erfassung von wenigstens einem Messwert oder mehreren Messwerten wenigstens einer physikalischen Größe oder mehrerer physikalischer Größen mit wenigstens einem Messglied oder mehreren Messgliedern, mit dem/denen ein Betriebspunkt direkt oder indirekt bestimmt wird, die Bestimmung wenigstens einer oder mehrerer auf den erfassten Messwerten basierenden Reglerausgangsgröße/ Reglerausgangsgrößen in einem Regelglied, die Ansteuerung wenigstens eines Stellgliedes oder mehrerer Stellglieder durch die erzeugte Reglerausgangsgröße/ die erzeugten Reglerausgangsgrößen und Beeinflussung einer Regelstrecke durch das Stellglied/ die Stellglieder umfasst und wobei die Regelung erfolgt, sofern das Getriebe aus dem Stillstand heraus in Betrieb genommen wird und sich der Betriebspunkt des Getriebes unterhalb des Arbeitspunktes befindet.

Description

Verfahren zum Anfahren einer Windenergieanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Getriebes, wobei das Getriebe der Energieübertragung in einer Windenergieanlage dient, welches die Erfassung von wenigstens einem Messwert oder mehreren Messwerten wenigstens einer physikalischen Größe oder mehrerer physikalischer Größen mit wenigstens einem Messglied oder mehreren Messgliedern, mit dem/denen ein Betriebspunkt direkt oder indirekt bestimmt wird, die Bestimmung wenigstens einer oder mehrerer auf den erfassten Messwerten basierenden Reglerausgangsgröße/ Reglerausgangsgrößen in einem Regelglied, die Ansteuerung wenigstens eines Stellgliedes oder mehrerer Stellglieder durch die erzeugte Reglerausgangsgröße/ die erzeugten Reglerausgangsgrößen und Beeinflussung einer Regelstrecke durch das Stellglied/ die Stellglieder umfasst und wobei die Regelung erfolgt, sofern das Getriebe aus dem Stillstand heraus in Betrieb genommen wird und sich der Betriebspunkt des Getriebes unterhalb des Arbeitspunktes befindet.
Windenergieanlagen (WEA) werden heutzutage an immer mehr Standorten betrieben. In diesem Zusammenhang werden mittlerweile auch Regionen und Lagen für die Errichtung von WEAs erschlossen, die durch die vorherrschenden Witterungsund Umgebungsbedingungen nur eingeschränkt für deren Betrieb geeignet sind. Um an derartigen Standorten dennoch einen wirtschaftlichen und sicheren Betrieb der WEA gewährleisten zu können, müssen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um die WEA vor Beschädigungen, Überlastung und erhöhtem Verschleiß zu schützen .
Eine diesbezüglich bekannte Maßnahme zum Schutz der WEA vor extremen Betriebssituationen, die zu einer Überlastung oder Beschädigung der WEA führen können oder den Verschleiß einzelner Komponenten der WEA über ein wirtschaftlich nicht
CONFIRMATION COPY sinnvolles Maß erhöhen, ist das Anhalten, also die Außerbetriebsetzung der WEA. Ist eine die WEA gefährdende Situation vorüber, wird die WEA wieder angefahren und nimmt somit ihren Betrieb wieder auf.
Eine weiteres Verfahren zum Schutz der WEA wird in DE 10 2006 034 106 offenbart. Die Rotationsgeschwindigkeit und/oder die Leistung der WEA wird reduziert (ohne die WEA anzuhalten) , wenn eine ungünstige Bedingung, welche übermäßige Belastungen auf die WEA ausübt, festgestellt wird. Im Detail beinhaltet das Verfahren den Schritt, die Rotorgeschwindigkeit und/oder die Generatorleistung zu drosseln, sollte wenigstens ein Messwert die voreingestellten Grenzen überschreiten. Weiterhin wird offenbart, dass es mit diesem Verfahren möglich sei, die WEA zu verlangsamen oder die Ausgangsleistung zu reduzieren, sollte es innerhalb der Maschinerie zu erhöhten Temperaturen kommen .
In EP 1132614 wird ein Regelungssystem zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von WEAs offenbart, durch das die Abregelung der WEA nur in dem Maße erfolgt, wie es auf Grund der lokalen Standort- oder Witterungsverhältnisse zum aktuellen Zeitpunkt erforderlich ist, um eine optimale Wirtschaftlichkeit der WEA zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist der Schutz des leistungsübertragenden Getriebes einer Windenergieanlage vor Beschädigung, Überlastung und/oder erhöhtem Verschleiß.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Anfahren eines Getriebes, wobei das Getriebe der Energieübertragung in einer WEA dient und wobei die WEA über wenigstens einen Rotor oder mehrere Rotoren verfügt, wobei jeder Rotor über eine Nabe und wenigstens ein Rotorblatt oder mehrere Rotorblätter verfügt. Im Folgenden sei durch den Begriff „wenigstens" sowohl das singuläre als auch multiple Vorhandensein eines Merkmals indiziert.
Das Getriebe zur Energieübertragung in einer WEA verfügt auf einer Antriebsseite über wenigstens einen Antriebsstrang und auf einer Abtriebsseite über wenigstens einen Abtriebsstrang, wobei das Getriebe einen Betriebspunkt und einen Arbeitspunkt aufweist, wobei die Erfassung von wenigstens einem Messwert wenigstens einer physikalischen Größe mit wenigstens einem Messglied, mit dem/denen ein Betriebspunkt direkt oder indirekt bestimmt wird, umfasst, das die Bestimmung wenigstens einer auf den erfassten Messwerten basierenden Reglerausgangsgröße in einem Regelglied umfasst, das die Ansteuerung wenigstens eines Stellgliedes durch die erzeugte Reglerausgangsgröße/ die erzeugten Reglerausgangsgrößen umfasst und das die Beeinflussung einer Regelstrecke durch das Stellglied/ die Stellglieder umfasst, wobei die Regelung erfolgt, sofern das Getriebe aus dem Stillstand heraus in Betrieb genommen wird und sich der Betriebspunkt des Getriebes unterhalb des Arbeitspunktes befindet.
Dabei dient das Getriebe der Energieübertragung und/oder der Umwandlung von Drehzahlen bzw. Drehmomenten in WEAs. Der Begriff des Getriebes umfasst sämtliche zu einem Getriebe und/oder dem Betrieb eines Getriebes zugehörigen Komponenten, sowie zugehörige Schmier- und Betriebsmittel. Die Getriebekomponente umfasst sowohl alle bewegten und unbewegten mechanischen Bestandteile eines Getriebes, als auch sämtliche für den Betrieb des Getriebes benötigten Hilfsmittel wie Schmier- und Betriebsmittel.
Das Getriebe kann sowohl als einstufiges als auch als mehrstufiges Getriebe ausgeführt sein, wobei ein mehrstufiges Getriebe durch die Kombination von gleichartigen und/oder verschiedenartigen Getriebebauformen realisiert sein kann.
In einer bevorzugten Realisierung kann ein Getriebe in Planetenbauform Verwendung finden, wobei das Planetengetriebe ein Hohlrad, ein Sonnenrad, wenigstens ein Planetenrad und wenigstens einen zugehörigen Planetenträger aufweisen kann. In einer besonders bevorzugten Realisierungsform kann das Getriebe aus zwei oder mehreren gekoppelten Planetengetrieben bestehen, wobei eine besonders favorisierte Ausführung eines derartigen, mehrstufigen Getriebes aus zwei gekoppelten Planetengetrieben, denen eine Stirnradgetriebestufe nachgeschaltet sein kann, bestehen kann.
Die Energieübertragung und/oder die Umwandlung von Drehzahlen bzw. Drehmomenten durch das Getriebe kann dadurch erfolgen, dass auf der Antriebsseite des Getriebes in wenigstens einen Antriebsstrang eine mechanische Energie eingespeist wirdund auf der Abtriebsseite aus mindestens einem Abtriebsstrang abgenommen werden. In einer bevorzugten Ausprägung kann die Einspeisung der mechanischen Energie über jeweils eine Antriebswelle, die direkt oder indirekt mit wenigstens einem Rotor der WEA gekoppelt ist, erfolgen. In einer weiteren bevorzugten Realisierungsform kann die Einspeisung der mechanischen Energie direkt durch den Rotor der WEA, der direkt oder indirekt mit einem Hohlrad einer antriebsseitigen Planetengetriebestufe verbunden sein kann, erfolgen. In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Realisierungsform kann die Einspeisung der mechanischen Energie auch dahingehend erfolgen, dass der Rotor der WEA direkt oder indirekt mit dem Planetenträger einer antriebsseitigen Planetengetriebestufe verbunden ist .
Die in das Getriebe eingespeiste mechanische Energie wird durch das Getriebe umgewandelt und kann auf der Abtriebsseite von wenigstens einem Abtriebsstrang abgenommen werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann zwischen An- und Abtriebsstrang eine Transformation der Drehzahl erfolgen.
In einer diesbezüglich besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Transformation der Drehzahl dahingehend erfolgen, dass die Drehzahl durch das Getriebe erhöht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann eine Einspeisung der auf der Abtriebsseite abgenommenen mechanischen Energie in einen Generator erfolgen.
Das Getriebe weist einen im Folgenden als Arbeitspunkt bezeichneten Betriebszustand auf, der dadurch definiert sein kann, dass sowohl die Temperatur, als auch die Passgenauigkeit der Getriebekomponenten den Spezifikationen für den Betrieb des Getriebes mit der Nennleistung, für die das Getriebe ausgelegt ist .
Der Begriff der Temperatur kann in diesem Kontext sowohl die Temperatur des Getriebes, als auch die Temperatur der einzelnen Getriebekomponenten und/ oder der zugehörigen Betriebs- und Schmiermittel umfassen.
Darüber hinaus weist das Getriebe einen im Folgenden als Betriebspunkt bezeichneten Betriebszustand auf, der den derzeitigen Betriebszustand des Getriebes beschreibt. Auch der Betriebspunkt lässt sich durch die Temperatur und/ oder die Passgenauigkeit der Getriebekomponenten definieren und kann sowohl über als auch unterhalb des Arbeitspunktes liegen.
Die Passgenauigkeit P der Getriebekomponenten ist maßgeblich von deren temperaturbedingter Ausdehnung abhängig und kann somit als eine Funktion f beschrieben werden, die von einer Temperatur T abhängt und näherungsweise proportional zu dieser Temperatur T ist, sofern die Temperatur T unterhalb der entsprechenden Temperatur TA im Arbeitspunkt liegt. p : f ( T) ~ T I r < rΛ
Somit kann der Betriebspunkt durch die Temperaturen des Getriebes, der Getriebekomponenten und der zugehörigen Betriebs- und Schmiermittel und die die Passgenauigkeit der Getriebekomponenten beschreibenden Funktion f(T) definiert werden, sofern die Temperatur T unterhalb der entsprechenden Temperatur TA des Arbeitspunktes liegt.
Der Betriebspunkt kann somit durch die Temperaturen des Getriebes, der Getriebekomponenten und/ oder der zugehörigen Betriebs- und Schmiermittel und die die Passgenauigkeit der Getriebekomponenten ausdrückende Funktion f (T) beschrieben werden, sofern die Temperatur T unterhalb der entsprechenden Temperatur TA des Arbeitspunktes liegt.
Ist wenigstens eine physikalische Größe, die direkt oder indirekt auf die Temperatur zurückzuführen ist, bekannt, kann hieraus der Betriebspunkt des Getriebes bestimmt werden.
Diese physikalischen Größen können mit wenigstens einem Messglied gemessen werden, so dass aus den resultierenden Messwerten der Betriebspunkt direkt oder indirekt ermittelt werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es sich bei wenigstens einer der physikalischen Messgrößen um die Temperatur eines Getriebeschmiermittels handeln. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es sich bei wenigstens einer der physikalischen Messgrößen um eine Messgröße handeln, die die Qualität des verwendeten Schmiermittels beschreibt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Viskosität des Schmiermittels gemessen werden, wobei die Messung in einer ganz besonders bevorzugten Ausprägung durch einen Stimmgabelsensor erfolgen kann. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann wenigstens eine der physikalischen Messgrößen die Temperatur einer Getriebekomponente sein. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen kann entweder die Temperatur eines Getriebelagers, insbesondere die Temperatur einer Getriebelagerlauffläche, oder die Temperatur einer Getriebewelle, insbesondere die Temperatur der Welle mit der höchsten Umdrehungszahl, der sogenannten schnellen Welle, gemessen werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein die Passgenauigkeit wenigstens einer Getriebekomponente beschreibendes Abstandsmaß als wenigstens eine der physikalischen Messgrößen herangezogen werden. In einer besonders bevorzugten Ausprägungsform der Erfindung kann die Messung der Passgenauigkeit mittels eines optischen Messgliedes realisiert sein.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausprägungsform der Erfindung kann die Messung der Passgenauigkeit mittels eines Dehnungsmeßstreifens ausgeführt werden.
Die derart bestimmten, den Betriebspunkt beschreibenden physikalischen Größen können mit entsprechenden, den Arbeitspunkt charakterisierenden Größen in Relation gesetzt werden, um die relative Lage des Betriebspunktes bezüglich des Arbeitspunktes festzustellen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann dies durch eine Recheneinheit erfolgen, die die ermittelten Messwerte mit entsprechenden, in einem Festwertspeicher abgelegten und den Arbeitspunkt charakterisierenden Werten vergleicht und eine binäre Entscheidung über die Lage des Betriebspunktes in Bezug auf den Arbeitspunkt liefert.
Wird eine WEA aus dem Stillstand heraus, insbesondere bei niedrigen Umwelttemperaturen, in Betrieb genommen, wird die Temperatur des Getriebes i.d.R. einen Wert aufweisen, welcher deutlich unterhalb der durch den getriebespezifischen Arbeitspunkt des Getriebes indizierten Temperatur liegt. In diesem Fall wirken auf das Getriebe, im Vergleich zum Betrieb des Getriebes im Arbeitspunkt, erhöhte Belastungen. Diese sind u.a. dadurch begründet, dass die Getriebekomponenten aufgrund ihrer niedrigen Temperatur nicht die für den Nennbetrieb spezifizierte Passgenauigkeit aufweisen und/ oder die Schmierung der Getriebekomponenten aufgrund der temperaturbedingt erhöhten Viskosität des/der Getriebeschmiermittel nicht ausreichend ist.
Sind die Bedingungen der Inbetriebnahme der WEA aus dem Stillstand heraus und der Lage des Betriebspunktes unterhalb des Arbeitspunktes erfüllt, sieht das erfindungsgemäße Verfahren eine Regelung vor. Diese Regelung sorgt einerseits für Betriebsbedingungen, die in der WEA und insbesondere im Getriebe möglichst keine Beschädigungen, und Überlastungen und möglichst keinen erhöhten, unwirtschaftlichen Verschleiß zulassen und/ oder andererseits dafür Sorge zu tragen, den Arbeitspunkt des Getriebes möglichst schnell zu erreichen. Zu diesem Zweck werden in wenigstens einem Regelglied aus wenigstens einem der erfassten Messwerte und/ oder hieraus ableitbaren Größen Reglerausgangsgrößen bestimmt, die der Ansteuerung wenigstens eines Stellgliedes dienen. Die derart angesteuerten Stellglieder wiederum beeinflussen eine Regelstrecke dahingehend, dass das Regelungsziel des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht wird.
Eine dies realisierende Möglichkeit kann darin bestehen, dass die Regelstrecke wenigstens eine Komponente des Getriebes und/oder dessen Umgebung erwärmt und dadurch der Arbeitspunkt zügiger erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausprägung des Verfahrens kann dies dadurch geschehen, dass die im Getriebe auftretende Reibung und die damit einhergehende Erwärmung genutzt wird, das Getriebe und/ oder die Umgebung des Getriebes zu erwärmen. In dieser Ausprägungsform wird dem System keine zusätzliche Energie zugeführt. Daher sollen diese und alle weiteren Formen der Erwärmung, bei denen keine zusätzliche Energiezufuhr stattfindet, im Folgenden als passive Erwärmung bezeichnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausprägung des Verfahrens wird das Getriebe und/ oder die Umgebung des Getriebes durch wenigstens einen Radiator erwärmt. In diesem Zusammenhang umfasst die Begrifflichkeit des Radiators sämtliche konstruktive Möglichkeiten der Beheizung des Getriebes, und/ oder dessen Umgebung, bei denen dem System zusätzliche Energie zum Zwecke der Erwärmung zugeführt wird. Alle derartigen Beheizungen sollen im Folgenden durch den Begriff der aktiven Erwärmung umfasst sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Regelstrecke wenigstens einen Radiator enthalten, der wenigstens eines der Getriebeschmiermittel erwärmt, bis das Getriebeschmiermittel eine durch den Arbeitspunkt definierte Temperatur erreicht hat .
Eine weitere Möglichkeit, das Regelungsziel des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erreichen, liegt in der Begrenzung der im Getriebe transformierten mechanischen Energie und der damit verringerten Belastung des Getriebes begründet. Diese Begrenzung kann sowohl auf der Antriebs- als auch auf der Abtriebsseite des Getriebes erfolgen. Die durch den Rotor direkt oder indirekt in das Getriebe eingespeiste Energie wird durch den Anstellwinkel der Rotorblätter bestimmt und kann durch eine Änderung der Anstellwinkel der Rotorblätter beeinflusst und somit auch begrenzt werden. In einer bevorzugten Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Regelstrecke wenigstens eine Einrichtung zur Veränderung des Anstellwinkels wenigstens eines Rotorblattes aufweisen. Aus den Messgrößen können entsprechende Stellgrößen bestimmt werden, die die entsprechenden Stellglieder dahingehend ansteuern, dass die eingespeiste mechanische Energie entsprechend den verfahrensgemäßen Erfordernissen begrenzt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausprägungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Umsetzung der Energiebegrenzung durch Ansteuerung ggf. schon in der WEA vorhandener „Pitch"- oder „Active Stall"-Einrichtungen erfolgen .
In einer weiteren bevorzugten Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wenigstens eine in der Regelstrecke enthaltene Einrichtung zur Windnachführung der WEA angesteuert werden. Hierzu können entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens Stellgrößen erzeugt werden, die den Rotor zum Wind dahingehend (fehl-) ausrichten, dass die eingespeiste Leistung begrenzt wird. In einer diesbezüglich besonders bevorzugten Ausprägung kann kann die Umsetzung der Energiebegrenzung durch eine Ansteuerung des Azimuthantriebes der WEA erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Begrenzung der in das Getriebe eingespeisten mechanischen Energie durch die Bremsung des Systems erfolgen. Zu diesem Zweck können Stellgrößen erzeugt werden, die wenigstens ein Bremssystem ansteuern, welches auf der An- und/ oder Abtriebsseite des Getriebes wirken kann.
Eine diesbezüglich besonders zu favorisierende Variante kann durch die entsprechende Ansteuerung des Wechselrichters (brake chopper) der WEA realisiert werden.
Alle zuvor beschriebenen Regelstrecken werden entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Stellglieder beeinflusst, die wiederum durch entsprechende Stellgrößen angesteuert werden. Diese werden anhand geeigneter Vorschriften unter Heranziehung wenigstens eines Messwertes wenigstens einer physikalischen Größe entsprechend einer geeigneten Vorschrift durch ein Regelglied gebildet. In einer bevorzugten Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es sich bei dem Regelglied um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) handeln, wobei in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung die Vorschriften zur Bestimmung der Steuergröße oder Steuergrößen im Speicher der SPS abgelegt sein können.
Eine weitere, bevorzugte Ausgestaltung kann das Regelglied als Logikbaustein ausgeführt sein, wobei eine besonders bevorzugte Ausführung mittels eines Field Programmable Gate Array (FPGA) realisiert sein kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausprägungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bestimmung der Reglerausgangsgrößen aus den Messwerten anhand wenigstens einer geeigneten Kennlinie bzw. anhand von kennlinienbeschreibenden Berechnungsvorschriften erfolgen. In einer diesbezüglich besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich dabei um eine Kennlinie, welche die in das Getriebe einzuspeisende, maximale Energie in Abhängigkeit von der Temperatur des Getriebes bei konstanter Belastung des Getriebes oder konstanten Reibungsverlusten im Getriebe angibt .
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt
Figur 1: den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen WEA
Figur 2: den dem Verfahren zugrunde liegenden grundlegenden Regelkreis
Figur 3: die verfahrensgemäße Regelung des Ausführungsbeispiels
Figur 4 : den verfahrensgemäße Bestimmung der Regelerausgangsgrößen des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße WEA dargestellt, wobei in Figur Ia die WEA aus einem Rotor 101 und einem Träger 103 besteht, der horizontal drehbar auf einem Turm 105 gelagert ist und über einen Azimuthantrieb 107 verstellbar ist.
In Figur Ib ist eine Schnittzeichnung durch den Rotor 101 und den Träger 103 dargestellt. Der Rotor 101 besteht aus einer Nabe 111, an der drei, jeweils in ihrem Anstellwinkel durch jeweils einen entsprechenden Pitchantrieb 113 verstellbare Rotorblätter 115 befestigt sind (in der Abbildung ist nur das Rotorblatt innerhalb der Schnittebene dargestellt) . Der Rotor 101 ist über eine horizontale Welle 117 mit einem zweistufigen Planetengetriebe 119 verbunden, das wiederum abtriebsseitig über eine zweite Welle 121 mit einem Generator 123 verbunden ist. Das Getriebe 119 dient in diesem Zusammenhang der Anpassung der Rotordrehzahl an die vom Generator 123 benötigte Drehzahl .
Um das Getriebe der zuvor beschriebenen Anordnung vor einer Überlastung und/oder unwirtschaftlichem Verschleiß während der Inbetriebnahme aus dem Stillstand heraus zu schützen, findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung, dem die in Figur 2 dargestellte, Regelung zugrunde liegt.
Anhand einer Messgröße 217 einer physikalischen Größe 215 wie der Temperatur, die durch ein Messglied 207 gemessen wird, wird durch ein Regelglied 201 eine Reglerausgangsgröße 211 erzeugt. Mittels der Reglerausgangsgröße 211 wird ein Stellglied 203 angesteuert, welches eine Stellgröße 213 erzeugt, die eine Regelstrecke 205 beeinflusst. Die hierdurch resultierenden Veränderungen beeinflussen wiederum die physikalische Größe 215, so dass ein geschlossener Regelkreis vorliegt .
Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Figuren 3 und 4 erläutert .
Wird die WEA und somit das Getriebe aus dem Stillstand heraus in Betrieb genommen, werden in einem ersten Verfahrensschritt zwei Temperaturen 301 und 303 gemessen, wobei es sich bei der ersten Temperatur 301 um die Temperatur des Getriebeschmiermittels im Schmiermittelsumpf des Getriebes handelt, die mittels eines Temperaturfühlers bestimmt wird. Die zweite Temperatur 303 wird in der Lagerschale des Lagers der abtreibenden Welle, der sogenannten schnellen Welle, durch einen weiteren Temperaturfühler gemessen. Anhand dieser Messwerte werden durch eine Programmroutine eines Regelgliedes 311, das in diesem Ausführungsbeispiel als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgeführt ist, verschiedene Reglerausgangsgrößen erzeugt, die die Stellglieder 321,322 und 323 ansteuern. In diesem Zusammenhang steuert die erste Reglerausgangsgröße ein Stellglied 321 an, welches eine Stellgröße erzeugt, die der Ansteuerung einer Regelstrecke 331 dient, die die drei Pitchantriebe 113 zur Verstellung der Rotorblätter enthält. Die zweite Reglerausgangsgröße dient der Ansteuerung eines zweiten Stellgliedes 322, welches eine Regelstrecke 332 beeinflußt, die den Azimuthantrieb 107 beinhaltet. Die dritte Reglerausgangsgröße 313 nimmt Einfluss auf ein drittes Stellglied 323, das der Beeinflussung einer Regelstrecke 333 dient, die einen Radiator zur Erwärmung des Schmiermittels enthält .
Die Erzeugung der Reglerausgangsgrößen in der SPS 311 ist in Figur 4 näher erläutert .
In einem ersten Schritt 401 des Verfahrens erfolgt eine Überprüfung, ob eine Inbetriebnahme der WEA aus dem Stillstand heraus erfolgt. Ist dies der Fall, so wird in einem zweiten Verfahrensschritt 403 ermittelt, ob der momentane Betriebspunkt unterhalb des Arbeitspunktes des Getriebes liegt. Ist diese Bedingung erfüllt, so ist vom Auftreten einer erhöhten Belastung des Getriebes auszugehen, die durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verhindert werden soll. Zu diesem Zweck wird in einem weiteren Verfahrensschritt 405 anhand der gemessenen Temperaturen 301 und 303 bestimmt, auf welchen maximalen Leistungswert die eingespeiste mechanische Leistung zu beschränken ist. Aus diesem Wert wird dann einerseits in einem weiteren Verfahrensschritt 409 eine Reglerausgangssgröße zur Ansteuerung der Pitchantriebe 113 bestimmt und an die Stellglieder 331 ausgegeben 415. Andererseits wird der Wert zur Leistungsbegrenzung herangezogen, um in einem Verfahrensschritt 411 eine Reglerausgangsgröße zu bestimmen, die nach ihrer Ausgabe 417 an das Stellglied 332 der entsprechenden Regelstrecke 332 des Azimuthantriebes 107 weitergeleitet wird.
Neben der Begrenzung der eingespeisten Leistung weist das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Zweig 407-419 auf, der dem schnelleren Erreichen des Arbeitspunktes dienen soll. Zu diesem Zweck werden die gemessenen Temperaturen 301 und 303 herangezogen, um zu überprüfen, ob eine aktive Erwärmung des Getriebes zum Erreichen des Abeitspunktes notwendig ist. Hierfür wird in einem Verfahrensschritt 407 die momentan benötigte Heizleistung des Radiators im Schmiermittelsumpf bestimmt. Diese wird im weiteren Verlauf herangezogen, um eine entsprechende Reglerausgangsgröße 413 zu bestimmen, die über eine entsprechende Schnittstelle 419 an das Stellglied 323 weitergeleitet wird. Das Stellglied 323 beeinflusst wiederum die entsprechende Regelstrecke 333 dahingehend, dass die Temperaturen 301 und 303 ansteigen.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens schützt die WEA einerseits vor Beschädigungen und erhöhtem Verschleiß durch übermäßige Belastungen in der Anlaufphase. Andererseits wird der Arbeitspunkt des Getriebes möglichst schnell erreicht, so dass die Begrenzung der eingespeisten Energie nur für einen kurzen Zeitraum notwendig ist und die WEA schnell einen wirtschaftlich günstigen Betriebsbereich erreicht.

Claims

Patentansprüche :
1. Ein Verfahren zum Anfahren eines Getriebes zur Leistungsübertragung in einer Windenergieanlage, wobei die Windenergieanlage über wenigstens einen Rotor verfügt, der eine Nabe und wenigstens ein Rotorblatt aufweist, wobei das Getriebe auf einer Antriebsseite über wenigstens einen Antriebsstrang und auf einer Abtriebsseite über wenigstens einen Abtriebsstrang verfügt, wobei das Getriebe einen Betriebspunkt und einen Arbeitspunkt aufweist, das folgende Schritte umfasst:
— Erfassung von wenigstens einem Messwert wenigstens einer physikalischen Größe mit wenigstens einem Messglied, mit dem ein Betriebspunkt direkt oder indirekt bestimmt wird,
— Bestimmung wenigstens einer auf den erfassten Messwerten basierenden Reglerausgangsgröße in einem Regelglied,
— Ansteuerung wenigstens eines Stellgliedes durch die erzeugte Reglerausgangsgröße/ die erzeugten Reglerausgangsgrößen,
— Beeinflussung einer Regelstrecke durch das Stellglied/ die Stellglieder, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung erfolgt, sofern das Getriebe aus dem Stillstand heraus in Betrieb genommen wird und sich der Betriebspunkt des Getriebes unterhalb des Arbeitspunktes befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrecke wenigstens eine Komponente des Getriebes und/oder die Umgebung des Getriebes passiv oder aktiv erwärmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrecke wenigstens eine Komponente des Getriebes und/oder die Umgebung des Getriebes direkt und/oder indirekt durch die im Getriebe auftretende Reibung passiv erwärmt.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrecke wenigstens eine Komponente des Getriebes und/oder die Umgebung des Getriebes aktiv direkt oder indirekt erwärmt.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrecke die in dem Getriebe transformierte, mechanische Energie begrenzt.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrecke wenigstens eine Einrichtung oder mehrere Einrichtungen zur Veränderung des Anstellwinkels der Rotorblätter aufweist/aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine „Pitch-" und/oder „Active Stall" Einrichtung handelt .
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrecke wenigstens eine Einrichtung oder mehrere Einrichtungen zur Windnachführung der Windenergieanlage aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrecke wenigstens ein Bremssystem aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Reglerausgangsgrößen aus den Messwerten anhand einer Kennlinie/von Kennlinien oder einer kennlinienbeschreibenden Berechnungsvorschrift erfolgt.
11. Eine Windenergieanlage umfasst wenigstens einen Rotor, der jeweils eine Nabe und wenigstens ein Rotorblatt aufweist, umfasst wenigstens ein Getriebe zur Leistungsübertragung, umfasst wenigstens ein Regelungssystem, umfasst ein oder mehrere Messglieder, die mit dem Regelglied verbunden sind und Messwerte wenigstens einer physikalischen Größe aufnehmen, aus dem ein Betriebspunkt/ Betriebspunkte des Getriebes/ der Getriebe direkt oder indirekt bestimmt wird/werden, umfasst wenigstens ein Stellglied, das durch die erzeugten Reglerausgangsgrößen angesteuert wird, umfasst wenigstens eine Regelstrecke, die durch das Stellglied/ die Stellglieder beeinflusst werden, die das Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1-10 umsetzt.
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