空中风能产出系统的操作方法及相应的系统技术方案

一种空中风能产出系统的操作方法，所述系统包括地面站、具有机翼的适航滑翔机、以及将滑翔机与地面站连接的系绳，所述系统配置且布置为使用暴露于风的机翼产生的升力进行空中风能产出，其中，第一操作阶段与第二操作阶段交替重复，在第一操作阶段中，增加自由长度的系绳，包括使所述滑翔机飞离所述地面站，在第二操作阶段中，减少自由长度的系绳，包括使所述滑翔机飞向所述地面站。根据本发明专利技术的操作方法的特征在于，监测风况，其中在风况低于预定的最小条件时，滑翔机在第二操作阶段的至少一部分期间经由所述系绳被朝向所述地面站拉动，从而增加所述滑翔机的速度，其中，附加的速度在随后的第二操作阶段期间用于提升所述滑翔机的高度。

Operating Method and Corresponding System of Air Wind Energy Output System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空中风能产出系统的操作方法及相应的系统
本专利技术涉及一种用于空中风能产出系统的操作方法，所述系统包括地面站、具有机翼的空中滑翔机、以及将所述滑翔机与所述地面站连接的系绳，所述地面站包括用于储存多余长度的系绳的可旋转卷轴和与所述卷轴有效连接的旋转电机，其中，所述系统在常规操作模式中以重复的操作周期操作，所述操作周期包括产出阶段，其中系绳的自由长度增加，其包括使所述滑翔机飞行远离所述地面站，并使用暴露于风的所述滑翔机的机翼产生的升力经由所述系绳驱动所述旋转电机来产出能量，并且，所述操作周期还包括卷回阶段，其中系绳的自由长度减少，其包括使所述滑翔机飞向所述地面站。本专利技术还涉及用于空中风能产出的相应系统。
技术介绍
利用例如从EP2631468A1中已知的这种系统，通常通过在第一操作阶段期间控制滑翔机以遵循高升力飞行轨迹来产出电力，这导致系绳上的高负荷，其可以用来驱动地面站处的电机。在第二操作阶段期间，滑翔机通常被控制以遵循低升力飞行轨迹，地面站处的电机卷回多余长度的系绳，从而消耗比在第一操作阶段产出的电力少得多的电力。与传统的风力涡轮机类似，空中风能产出系统通常用于自动操作，需要高水平的操作安全性。由于经济原因，这些系统还需要在大范围的风况下可操作，具有优化的效率和较少的停机时间。本专利技术的目的是提供一种空中风能产出系统的操作方法，使其确保操作安全性和经济可行性。
技术实现思路
这一目的通过一种空中风能产出系统的操作方法实现，所述系统包括地面站、具有机翼的空中滑翔机、以及将所述滑翔机与所述地面站连接的系绳，所述地面站包括用于储存多余长度的系绳的可旋转的卷轴，以及与所述卷轴有效连接的旋转电机，其中，所述系统在常规操作模式中以重复的操作周期操作，所述操作周期包括产出阶段，其中系绳的自由长度增加，其包括使所述滑翔机飞离所述地面站，并使用暴露于风的所述滑翔机的机翼产生的升力经由所述系绳驱动所述旋转电机来产出能量，并且，所述操作周期还包括卷回阶段，其中系绳的自由长度减少，其包括使所述滑翔机飞向所述地面站。其中，根据本专利技术的方法的特征在于，监测风况，并且，当监测的风况下降到低于预定的下风况阈值时，所述系统的操作改变为弱风操作模式，和/或当监测的风况上升高于预定的上风况阈值时，所述系统的操作模式改变为强风操作模式。这里，术语“风况”特别是指适合于表征风的状况的一个或多个参数。这些参数可以包括但不限于风速、风向或阵风的频率、持续时间和峰值风速。就本专利技术而言，滑翔机或翱翔机尤其是固定翼的、重于空气的飞行器，其中，机载控制装置允许滑翔机具有围绕其纵向轴线、横向轴线和竖直轴线的完全飞行操纵性。就本专利技术而言，这三个主轴形成笛卡尔坐标系，其中所述坐标系的原点被定义在滑翔机的重心处。本专利技术的一个方面提供不同的操作模式：常规操作，其中优先考虑为最大化能量产出；弱风和/或强风操作，其中优先考虑为降低风险以确保安全。因此，本专利技术允许在这些操作模式期间单独地优化操作，这在实现自动操作例程时尤其有益。在本专利技术的优选实施例中，所述常规操作模式的所述操作周期包括在产出阶段和之后的卷回阶段之间的第一过渡阶段，和/或其中，所述常规操作模式的所述操作周期包括在卷回阶段和之后的产出阶段之间的第二过渡阶段。具有第一过渡阶段增强了操作安全性，例如因为可在任何时间终止产出阶段，而不受启动卷回阶段的边界条件的约束。第二过渡阶段使滑翔机的飞行操作能够平稳地转移到启动下一个产出阶段的最佳条件，而不受卷轴和/或旋转电机的操作的约束。当在所述第一过渡阶段和/或所述第二过渡阶段期间改变操作模式时，这是更有益的。当在所述第一过渡阶段期间改变操作模式时，预期最稳定的系统操作。当在所述产出阶段期间，预期最大能量产量，控制所述滑翔机的飞行以获得最大升力，且控制所述系绳的张力以获得最大功率输出，特别是经由所述旋转电机的转矩控制。特别地，术语“功率输出”是指通过旋转电机分别传递给电力或电能的瞬时功率。为了避免系统过载或减轻对系统结构和/或操作的其他危害，进一步优选的是，通过暂时降低所述系统的电力产出效率来降低所述系统的功率输出。这里，效率是指实际上通过系统收集并转换成电力的能量占风中存在的能量的分数。根据本专利技术暂时降低系统效率的一种方法是，通过保持所述系绳的张力高于预定的张力阈值，其中，所述张力阈值特别是风况和/或系统设计参数和/或系统状态参数的函数。这例如可以通过调节旋转电机的反转矩来实现，该旋转电机特别是或者可以是转矩可控的。在弱风况下增加系绳的张力可以以功率输出为代价增加滑翔机的空速，这尤其有利于确保滑翔机的超临界空速。根据本专利技术暂时降低系统效率的另一种方法是，通过保持所述滑翔机的升力低于预定的升力阈值，其中，所述升力阈值特别是风况和/或系统设计参数和/或系统状态参数的函数。例如，这可以通过减小滑翔机在飞行中的迎角来实现。如果通过滑翔机设计预见，也可以通过改变机翼的有效空气动力学轮廓来减小升力，例如借助于襟翼(如果有的话)。将升力保持在阈值以下可以避免滑翔机结构上的临界载荷。另外，可有效避免过度供电。减少升力的替代方案是增加滑翔机的阻力，例如通过空气制动器(如果可用的话)。根据本专利技术暂时降低系统效率的另一种方法是，通过增加所述滑翔机的飞行轨迹的仰角和/或尺寸。这改变了风相对于滑翔机的飞行路径的至少一部分的角度，这可减小理论上可用于提取的风中的最大能量。通常，提升仰角使得系统操作(尤其是飞行控制)对阵风更具鲁棒性。增加轨迹的尺寸的另一个方面是减小了转弯半径，这使得安全飞行操作的要求降低。更优选的是，所述弱风操作模式包括重复的操作周期，该操作周期包括第一阶段，其中系绳的自由长度增加，其包括使所述滑翔机飞离所述地面站，并且，所述操作周期还包括第二阶段，其中系绳的自由长度减少，其包括使所述滑翔机飞向所述地面站，其中，在所述第二操作阶段的至少一部分期间，所述滑翔机经由所述系绳被朝向所述地面站拉动，从而增加所述滑翔机的速度，其中，附加的速度用于在随后的第二操作阶段期间提升滑翔机的高度。因此，当风况不足以产出至少支撑滑翔机自身重量所需的升力时，本专利技术能够使滑翔机在空中停留。这避免了使滑翔机降落，这是危险的操作，需要复杂的技术措施和/或操作人员的人工干预。使滑翔机悬空的另一个方面是，一旦风况足够，可以恢复常规操作，避免对于事先启动滑翔机的需要。本专利技术的另一优选实施例的特征在于，所述强风操作模式包括重复的操作周期，该操作周期包括产出阶段，其中系绳的自由长度增加，其包括提升所述滑翔机的高度，从而使用暴露于风的所述滑翔机的机翼产生的升力经由所述系绳驱动所述旋转电机来产出能量，且所述操作周期还包括卷回阶段，其中系绳的自由长度减少，其包括降低所述滑翔机的高度，其中，除了高度变化之外，所述滑翔机基本上保持静止。这样，本专利技术即使在以下风况下也能够产出能量，该风况对于系统的常规操作模式是禁止的，因为横风飞行中发生的高负载。为了进一步减弱风险，所述强风操作模式优选地包括控制所述滑翔机的飞行以悬停静止，特别是当风况高于预定的临界风况阈值时，其中，具体地，所述临界风况阈值高于所述上风况阈值。已经提出了将滑翔机保持在空中的益处。然而，在最强风况下处于空中仍然具有潜在的危险性。因此，优选连续地监测风况，其中所述滑翔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空中风能产出系统的操作方法，所述系统包括地面站、具有机翼的空中滑翔机、以及将所述滑翔机与所述地面站连接的系绳，所述地面站包括用于储存多余长度的所述系绳的可旋转的卷轴和与所述卷轴有效连接的旋转电机，其中，所述系统在常规操作模式中以重复的操作周期操作，所述操作周期包括产出阶段，其中，系绳的自由长度增加，包括使所述滑翔机飞离所述地面站，并使用暴露于风的所述滑翔机的机翼产生的升力经由所述系绳驱动所述旋转电机产出能量，并且，所述操作周期还包括卷回阶段，其中，系绳的自由长度减少，包括使所述滑翔机飞向所述地面站，其特征在于，监测风况，并且，当监测的风况下降到低于预定的下风况阈值时，所述系统的操作改变为弱风操作模式，和/或当监测的风况上升到高于预定的上风况阈值时，所述系统的操作改变为强风操作模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.19 DE 102016012490.31.一种空中风能产出系统的操作方法，所述系统包括地面站、具有机翼的空中滑翔机、以及将所述滑翔机与所述地面站连接的系绳，所述地面站包括用于储存多余长度的所述系绳的可旋转的卷轴和与所述卷轴有效连接的旋转电机，其中，所述系统在常规操作模式中以重复的操作周期操作，所述操作周期包括产出阶段，其中，系绳的自由长度增加，包括使所述滑翔机飞离所述地面站，并使用暴露于风的所述滑翔机的机翼产生的升力经由所述系绳驱动所述旋转电机产出能量，并且，所述操作周期还包括卷回阶段，其中，系绳的自由长度减少，包括使所述滑翔机飞向所述地面站，其特征在于，监测风况，并且，当监测的风况下降到低于预定的下风况阈值时，所述系统的操作改变为弱风操作模式，和/或当监测的风况上升到高于预定的上风况阈值时，所述系统的操作改变为强风操作模式。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述常规操作模式的所述操作周期包括在产出阶段和之后的卷回阶段之间的第一过渡阶段，和/或，其中，所述常规操作模式的所述操作周期包括在卷回阶段和之后的产出阶段之间的第二过渡阶段。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一过渡阶段和/或所述第二过渡阶段期间，优选在所述第一过渡阶段期间，改变操作模式。4.如权利要求1或3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述产出阶段期间，控制所述滑翔机的飞行以获得最大升力，且控制所述系绳的张力以获得最大功率输出，特别是经由所述旋转电机的转矩控制。5.如权利要求1或4中任一项所述的方法，其特征在于，通过暂时降低所述系统的电力产出的效率，降低所述系统的功率输出。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过保持所述系绳的张力高于预定的张力阈值暂时降低系统效率，其中，所述张力阈值具体是风况和/或系统设计参数和/或系统状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：SPJ恩格伦，G利西特拉，PD威廉，
申请(专利权)人：安派克斯能源私人有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL