用于运行风能设备的方法以及用于开环控制和/或闭环控制风能设备的装置和具有转子和经由转子驱动的用于产生电功率的发电机的相应的风能设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于运行风能设备的方法，所述风能设备具有转子和经由转子驱动的用于产生电功率的发电机，其中根据本发明专利技术提出，利用调整的运行管理，进而利用对于风能设备重要的空气密度来预设风能设备的转子的调整的转速，用于产生要输出的电功率，其中为了产生优化的要输出的电功率，调整的转速在空气密度降低时是提高的转速或者在空气密度提高时是降低的转速，其中附加地或替选地，‑利用对于风能设备重要的空气密度为转子的预设的调整的转速测定风能设备的声发射，并且尤其基于测定的声发射利用对于风能设备重要的空气密度来修正调整的转速。

Methods for operating wind energy equipment, devices for open-loop control and/or closed-loop control of wind energy equipment and corresponding wind energy equipment with rotors and generators driven by rotors for generating electric power

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运行风能设备的方法以及用于开环控制和/或闭环控制风能设备的装置和具有转子和经由转子驱动的用于产生电功率的发电机的相应的风能设备
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于运行风能设备的方法，所述风能设备具有转子和经由转子驱动的用于产生电功率的发电机。在方法中，测定对于风能设备重要的环境变量，所述环境变量包括至少一个对于风能设备重要的空气密度，并且此外测定发电机转子(转子)的转速，并且预设发电机的要输出的电功率。在方法中，为了产生要输出的功率根据运行管理来调节风能设备。优选地，借助于发电机的励磁电流来调节发电机。运行管理说明在转子的转速和要输出的功率之间的关联。
技术介绍
在此，运行管理根据对于风能设备重要的空气密度来调整。这种方法已经在申请人这方面在EP1368566B1中已知。此外原则上已知的是，考虑在风能设备运行时对于风能设备重要的空气密度，以进一步地考虑转子叶片处的质量流密度。DE19844258A1提出，在带有具有可调整的转子叶片的可由风驱动的转子的风能设备中，与转子连接的发电机用于产生电能，其中发电机的功率输出在可变的转子转速下是可能的。在运行管理系统中提出，在预设的风速范围之内，在调整转子叶片角度的条件下以调控方式构成转子转速。根据文章NationalAcademyPress,1991,“AssessmentofResearchNeedsforWindTurbineRotorMaterialsTechnology–Chapter6ActiveControlinWindTurbines-ControlProblemforWindTurbines(风力发电机转子材料技术研究需求评估-第6章风力发电机组主动控制-风力发电机控制问题)”——第91至108页(http://www.nap.edu/read/1824/chapter/8#96)--尤其第96页——提出，测量转子叶片处的质量流密度和压力，以便在相对顺畅地调整转子叶片的范围中借助相应的控制来应对面临的紊流。在JP2008/309488A中提出一种控制装置，所述控制装置基于风的风力密度、风能和积分的风能来调整发电机的转速，以便能够实现均衡的功率输出，在此在考虑风能密度的条件下也一起考虑空气密度。类似地，这也在EP2264313B1中考虑，其中如在JP2008/309488中那样使用质量流传感器。德国专利商标局在本PCT申请的优先权申请中检索到如下现有技术：WO2012/149984A1和WO2014/078773A1。当前，在假设标准大气的条件下执行用于风能设备(WEA)的功率计算。在此使用的用于空气密度ρ_Luft的正常密度ρ_norm为ρ_norm＝1.225kg/m3，即根据国际民航组织(ICAO)对标准大气(ISA)的规定。因此，风能设备的设计按照根据IEC(InternationalEngineeringCode，国际工程代码)的预定的温度范围进行。EP1918581A2例如提出，在冷的气候条件下通过如下方式确定空气密度：测量环境的温度和压力，这能够用于，降低作用于风能设备的负载。然而，在大的高度和/或具有平均提高的温度的所在地，该假设至少不再定量地相符。在大的高度的所在地处，基于所使用的正常密度ρ_norm，出现密度中的朝向设计条件的直至大约20％的较小的值的相当大的偏差，因此在这种情况下相当大的偏差原则上也对常规处理方式提出疑问。关于风功率适用：在此，A为流过的面积，η为发电机效率并且cp为功率系数。功率系数在下文中假设为常数。如果功率P以及方程的其他变量保持恒定，那么对于叶片尖部速度遵循那么因此叶片尖部速度vtip与密度ρ的立方根成反比，及功率与密度ρ在其他变量恒定的情况下直接成比例。这已经由申请人在开始提到的EP1368566中具体已知。在那里，不同于在现有技术中，明确地提出，在风能设备的控制设备中保存功率特征曲线，所述功率特征曲线允许风能设备的控制装置，从与风速相关的测定的转子转速中测定相关联的发电机功率。已知的是，如果风的能量过小，那么发电机的转子不能够施加所产生的发电机转矩，进而转子转速能够由于过高的发电机转矩而下降。作为解决方案在EP1368566B1中提出，考虑风能设备在海平面之上的安装地点的高度考虑功率特征曲线中的较小的空气密度。由此，能够将与转子转速进而与特定的叶尖速比λ相关联的、要由风能设备产生的功率相应地调整，即降低，使得发电机转矩由于通过控制设备调节的励磁电流不超过经由转子提供的转矩。这引起，经由功率特征曲线确定的效率保持不变并且能够从风中提取最大能量。在这原则上有利的同时，仍证实为同样重要的是，优化风能设备(WEA)的年收益(AEP——AnnualEnergyProduction，年发电量)。这尤其适用于较小的空气密度的上述情况，由于所述空气密度，可用的风功率较小，期望的是，补偿这种小的可用的风功率，尤其不对风能设备和环境造成负面影响。
技术实现思路
本专利技术基于此，其目的是，提出用于运行风能设备的方法和装置以及与此相应的风能设备，所述风能设备具有转子和经由转子驱动的用于产生电功率的发电机。本专利技术基于如下目的，消除或减少上述问题中的至少一个。尤其地，在考虑对于风能设备重要的空气密度的条件下，补偿因此少的可用的风功率，尤其以可靠的和/或改进的方式。尤其地，本专利技术的目的是，在这种方法或相应的用于开环控制和/或闭环控制的装置或相应的风能设备中，根据对于风能设备重要的——与正常条件相比——较小的空气密度调整运行管理，使得能够优化、尤其能够改进发电机的要输出的电功率。优选地，这应在风能设备的升高的AEP(AnnualEnergyProduction，年发电量)的范围中理解，其中优选地对环境的影响和/或对风能设备的过度负载仍应保持得小。尤其地，本专利技术的目的是，提出一种用于开环控制和/或闭环控制风能设备的相应的装置以及提出一种相应的风能设备，所述风能设备考虑所述问题。涉及方法的目的通过本专利技术借助权利要求1的方法来实现。基于开始提到类型的根据权利要求1的前序部分的方法，根据本专利技术继续提出：-利用调整的运行管理进而利用对于风能设备重要的空气密度来预设风能设备的转子的调整的转速，用于产生要输出的电功率，其中为了产生优化的要输出的电功率，调整的转速是在空气密度降低时提高的转速。对第一变型形式替选地或附加地，按照根据本专利技术的第二变型形式还-利用对于风能设备重要的空气密度，针对转子的预设的转速或调整的转速测定风能设备的声发射，和-修正预设的转速(在替选方案的情况下)或调整的转速(在附加的措施的情况下)。优选地，限制预设的转速(在替选方案的情况下)或提高的转速(在附加的措施的情况下)。优选地，修正基于利用对于风能设备重要的空气密度测定的声发射进行。本专利技术关于第一变型形式基于如下考虑，能够根据对于风能设备重要的空气密度来调整运行管理。根据本专利技术的构思，这应引起，选择转子的调整的转速，以产生发电机的优选优化的要输出的电功率。这表示，在对于风能设备重要的相对降低的空气密度的情况下，调整的转速相对于关于标准大气的正常密度的(正常)转速提高。本专利技术此外关于第二变型形式已经已知，对于转子的转速或在风能设备的转子的调整的转速的措本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运行风能设备的方法，所述风能设备具有转子和经由所述转子驱动的用于产生电功率的发电机，所述方法具有如下步骤：‑测定对于所述风能设备重要的环境变量，所述环境变量包括至少一个对于所述风能设备重要的空气密度，‑测定所述转子的转速，‑预设所述发电机的要输出的电功率，‑根据运行管理，在调节所述发电机的励磁电流的条件下调节所述风能设备、尤其所述发电机，以产生所述要输出的功率，所述运行管理给出在所述转子的转速和所述要输出的电功率之间的关联，其中‑根据对于所述风能设备重要的空气密度来调整所述运行管理，其特征在于，‑(I)利用调整的运行管理进而利用对于所述风能设备重要的空气密度来预设所述风能设备的所述转子的调整的转速，以产生要输出的电功率，其中为了产生优化的要输出的电功率，所述调整的转速在空气密度降低时是提高的转速，其中附加地或替选地‑(II)利用对于所述风能设备重要的空气密度为所述转子的预设的转速或调整的转速测定所述风能设备的声发射，尤其重要的声压，和‑尤其基于测定的声发射，尤其重要的声压，利用对于所述风能设备重要的空气密度，修正所述预设的转速或调整的转速。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.16 DE 102016124703.01.一种用于运行风能设备的方法，所述风能设备具有转子和经由所述转子驱动的用于产生电功率的发电机，所述方法具有如下步骤：-测定对于所述风能设备重要的环境变量，所述环境变量包括至少一个对于所述风能设备重要的空气密度，-测定所述转子的转速，-预设所述发电机的要输出的电功率，-根据运行管理，在调节所述发电机的励磁电流的条件下调节所述风能设备、尤其所述发电机，以产生所述要输出的功率，所述运行管理给出在所述转子的转速和所述要输出的电功率之间的关联，其中-根据对于所述风能设备重要的空气密度来调整所述运行管理，其特征在于，-(I)利用调整的运行管理进而利用对于所述风能设备重要的空气密度来预设所述风能设备的所述转子的调整的转速，以产生要输出的电功率，其中为了产生优化的要输出的电功率，所述调整的转速在空气密度降低时是提高的转速，其中附加地或替选地-(II)利用对于所述风能设备重要的空气密度为所述转子的预设的转速或调整的转速测定所述风能设备的声发射，尤其重要的声压，和-尤其基于测定的声发射，尤其重要的声压，利用对于所述风能设备重要的空气密度，修正所述预设的转速或调整的转速。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气密度作为重要的环境变量是相对于标准大气的正常密度降低的空气密度，并且根据对于所述风能设备降低的空气密度来调整所述运行管理。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，-基于利用对于所述风能设备重要的空气密度测定的声发射，尤其重要的声压，所述修正的转速相对于所述调整的转速更进一步地提高，或者-所述修正的转速相对于所述调整的转速不更进一步地提高，并且所述风能设备在声发射还更低或保持不变的情况下，尤其在重要的声压还更低或保持不变的情况下运行。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，基于利用对于所述风能设备重要的空气密度测定的声发射，尤其重要的声压，限制所述调整的转速。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-所述运行管理包括转速-功率运行特征曲线(n/P运行特征曲线)，其中-根据对于所述风能设备重要的空气密度来预设调整的运行特征曲线，并且为了产生要输出的功率，基于所述调整的转速-功率运行特征曲线在所述运行管理中调节所述风能设备，其中-将预设的调整的当前转速在所述运行管理中预设并且之后借助于开环控制和/或闭环控制来调节。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空气密度是在风能设备的地点处的当前的空气密度，连续地测量并且动态地调整所述空气密度，和/或是在所述风能设备的地点处通常占优的空气密度，所述空气密度一次或重复地测量并且静态地调整。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从测量的环境值中确定所述空气密度，其中所述环境值也包括对于所述风能设备重要的空气温度。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从测量的环境值中确定所述空气密度，其中所述环境值也可选地包括空气压力和相对空气湿度或绝对空气湿度。9.根据上...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫·梅辛，克里斯蒂安·弗兰克·纳皮耶腊拉，克里斯托夫·谢伊特，迪米特里奥斯·贝基罗普洛斯，
申请(专利权)人：乌本产权有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE