用于控制风力涡轮机的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于控制风力涡轮机的方法，风力涡轮机具有带有至少两个转子叶片(30、31)的转子(130)、用于围绕转子叶片的各自的纵轴线按第一转子阶数以循环方式单独地控制转子叶片的1P单叶片控制器(210)以及在额定工作点上彼此相邻的部分载荷范围(T)和全载荷范围(V)，该方法具有下列步骤中的至少一个步骤：‑如果风力涡轮机的第一运行变量的值超过了运行变量具有风力涡轮机在第一运行点处的预定的下阈值，特别是通过逐渐增加1P单叶片控制器来激活(S25)1P单叶片控制器，所述第一运行点处在部分载荷范围或全载荷范围中或者是额定工作点；和/或‑如果风力涡轮机的第一或第二运行变量的值超过了预定的上阈值，特别是通过逐渐减小1P单叶片控制器来禁用(S45)1P单叶片控制器，这个运行变量在风力涡轮机的中止风速之下、特别是在风力涡轮机的第二运行点处具有预定的上阈值，第二运行点处在全载荷区域中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制风力涡轮机的方法和系统
本专利技术涉及用于控制风力涡轮机的方法和系统以及用于执行该方法的计算机程序产品。
技术介绍
由EP2500562A2已知一种组合式1P和2P单叶片控制器，在该组合式1P和2P单叶片控制器中，风力涡轮机的转子的转子叶片除了共同调节外，也围绕它们的相应的纵轴线以循环方式单独地调节。
技术实现思路
本专利技术的任务是，改进风力涡轮机的运行、特别是风力涡轮机的功率和/或负载或使用寿命。该任务通过一种带有权利要求1的特征的方法解决。权利要求8、9要求保护用于执行在此所说明的方法的系统或计算机程序产品。从属权利要求涉及有利的扩展设计方案。按照本专利技术的一种实施方案，风力涡轮机具有：-带有至少两个、优选三个或三个以上的转子叶片的转子，-部分载荷范围和全载荷范围，它们在额定工作点上彼此相邻，以及-1P单叶片控制器，其特别是除了共同的叶片控制外，围绕转子叶片的各自的纵轴线按第一转子阶数以循环方式(分别)单独地控制至少两个、优选所有的转子叶片或者设置或使用于此，特别是输出相应的叶片角控制信号或叶片角设置信号。在一种实施方案中，转子、特别是转子轴，以能围绕旋转轴线转动的方式支承在机舱内，机舱在一种实施方案中以能围绕偏航轴转动、特别是以能借助至少一个致动器控制的方式布置在风力涡轮机的塔架处。在一种实施方案中，转子的或者转子轴的旋转轴线或纵轴线与重力方向形成了一个至少70°和/或至多110°的角，在一种实施方案中则与偏航轴线形成了一个至少75°和/或至多105°的角。换句话说，转子在一种实施方案中是水平的转子和/或机舱能围绕垂线转动或(主动地)调节。在这种风力涡轮机中可以特别有利地使用本专利技术。在一种实施方案中，部分载荷范围从大于零的接通风速或接通功率起延伸至额定工作点、特别是额定风速或额定功率，全载荷范围则相应地在一种实施方案中从额定工作点延伸至中止风速或中止功率。额定工作点在一种实施方案中由风力涡轮机的或转子的额定风速和/或额定转速、额定功率或额定转矩限定。风力涡轮机的额定工作点或额定转速或额定功率或者额定转矩在一种实施方案中是风力涡轮机在至少1小时内最大可以实现的和/或在部分载荷范围和全载荷范围内彼此相邻的运行点或转速或功率或转矩。在一种实施方案中，第一转子阶数对应转子围绕其旋转轴线的转速、特别是当前的转速。通过1P单叶片控制器，以循环方式通过转动优选对应正弦函数或余弦函数等控制转子叶片。因此在一种实施方案中可以有利地至少部分补偿载荷并且因此特别是降低了风力涡轮机的负载或延长了风力涡轮机的使用寿命，所述载荷在与周围环境固定或塔架固定的(惯性或坐标)系统中是恒定不变的并且相应地针对用所述转子转速旋转的转子叶片或者在随之旋转的、具有所述转子转速或第一转子阶数的(转子或坐标)系统中出现。按照本专利技术的一种实施方案，如果(检测到)风力涡轮机的特别是与风速相关的第一运行变量的值超过了预定的下阈值，那么在一种实施方案中则通过逐渐增加1P单叶片控制器激活这种1P单叶片控制器，其中，这个第一运行变量在风力涡轮机的第一运行点处具有所述预定的下阈值，第一运行点处在部分载荷范围内或全载荷范围内或者是额定工作点。按照本专利技术的一种实施方案，如果(检测到)风力涡轮机的这个第一运行变量的或者不同于这个第一运行变量的、特别是与风速相关的第二运行变量的值超过了预定的上阈值，则在一种实施方案中通过逐渐减小1P单叶片控制器来禁用1P单叶片控制器，其中，这个(第一或第二)运行变量在风力涡轮机的中止风速之下、在一种实施方案中则在风力涡轮机第二运行点处具有所述预定的上阈值，第二运行点处在全载荷范围内。因此在一种实施方案中，1P单叶片控制器从在部分载荷范围内的或者在将部分载荷范围和全载荷范围分开的额定工作点处的第一运行点或部分载荷运行点起才被激活和/或在风力涡轮机的中止风速之下、特别是从在全载荷范围内的第二运行点或全载荷运行点起，特别是仅在接通风速和中止风速或接通功率和中止功率之间的(提供电能的)运行范围的在一种实施方案中具有额定工作点的那一部分中，已经被(再次)禁用。因此可以在一种实施方案中分别、特别是以组合方式有利地减小转子叶片或(单)转子叶片控制器的轴承和/或驱动器的负载并且因此特别是减小风力涡轮机的负载或延长风力涡轮机的使用寿命。在一种实施方案中，风力涡轮机除了1P单叶片控制器外也具有nP单叶片控制器，其围绕转子叶片的各自的纵轴线按第n个转子阶数以循环方式(分别)单独地控制至少两个、优选所有的转子叶片或者设置或使用于此，特别是输出相应的叶片角控制信号或叶片角设定信号，其中，n是大于1的整数并且在一种优选的实施方案中等于2和/或等于转子的转子叶片的(总)数减去1。因此np单叶片控制器在一种实施方案中特别是在三叶片式转子中是所谓的2P单叶片控制器，如在EP2500562A2中基本上公开的那样，可以补充性地参考该文献并且该文献的内容被完全吸收到本公开文本中。在一种实施方案中，第n个转子阶数因此对应转子围绕其旋转轴线的转速的、特别是当前的转速的n倍。通过这种nP单叶片控制器，转子叶片在一次转动内优选对应正弦函数或余弦函数等以多个或n个循环进行控制。因此在一种实施方案中可以有利地至少部分补偿载荷并且因此特别是(进一步)减小风力涡轮机的负载或(进一步)延长风力涡轮机的使用寿命，所述载荷尤其是这样的载荷，其通过N个转子叶片促成或增强并且相应地在与周围环境固定的或塔架固定的、具有第N个转子阶数或N倍的转子转速的(惯性或坐标)系统中并且针对以所述转子转速旋转的转子叶片或者在随之旋转的、具有第(N-1)个转子阶数或(N-1)倍的转子转速的(转子或坐标)系统中出现。在一种实施方案中，如果(检测到)风力涡轮机的运行变量的值、特别是与风速相关的第一、第二或不同于它们的第三运行变量的值超过了预定的下极限值，那么在一种实施方案中通过逐渐增加这种nP单叶片控制器来激活这种附加的nP单叶片控制器。按照本专利技术的一种实施方案，如果(检测到)风力涡轮机的第一、第二、第三或不同于它们的第四个特别是与风速相关的运行变量的值超过了预定的上极限值，那么在一种实施方案中通过逐渐减小这种nP单叶片控制器备选或附加地禁用附加的nP单叶片控制器。因此在一种实施方案中，nP单叶片控制器从相应的运行变量超过下极限值的运行点起才被激活和/或在相应的运行变量超过了上极限值的运行点起、特别是仅在接通风速和中止风速或者接通功率或中止功率之间的(提供电能的)运行范围的在一种实施方案中具有额定工作点的那一部分中就已经(再次)被禁用。因此在一种实施方案中可以有利地减小转子叶片或(单)转子叶片控制器的轴承和/或驱动器的负载并且因此特别是(进一步)减小风力涡轮机的负载或(进一步)延长风力涡轮机的使用寿命。在一种实施方案中，第一、第二、第三和/或第四运行变量(分别)取决于-发电机矩，-转速，-功率，-转子叶片围绕它们的各自的纵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机具有：/n-带有至少两个转子叶片(30、31)的转子(130)；/n-1P单叶片控制器(210)，用于围绕转子叶片的各自的纵轴线按第一转子阶数以循环方式单独地控制转子叶片；以及/n-部分载荷范围(T)和全载荷范围(V)，它们在额定工作点上彼此相邻，/n所述方法具有下列步骤中的至少一个步骤：/n-如果风力涡轮机的第一运行变量的值超过了预定的下阈值，特别是通过逐渐增加1P单叶片控制器来激活(S25)1P单叶片控制器，这个运行变量在风力涡轮机的第一运行点处具有预定的下阈值，第一运行点处在部分载荷范围或全载荷范围内或者是额定工作点；和/或/n-如果风力涡轮机的第一或第二运行变量的值超过了预定的上阈值，特别是通过逐渐减小1P单叶片控制器来禁用(S45)1P单叶片控制器，这个运行变量在风力涡轮机的中止风速之下、特别是在风力涡轮机的第二运行点处具有预定的上阈值，第二运行点处在全载荷范围内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190110 DE 102019000097.81.一种用于控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机具有：
-带有至少两个转子叶片(30、31)的转子(130)；
-1P单叶片控制器(210)，用于围绕转子叶片的各自的纵轴线按第一转子阶数以循环方式单独地控制转子叶片；以及
-部分载荷范围(T)和全载荷范围(V)，它们在额定工作点上彼此相邻，
所述方法具有下列步骤中的至少一个步骤：
-如果风力涡轮机的第一运行变量的值超过了预定的下阈值，特别是通过逐渐增加1P单叶片控制器来激活(S25)1P单叶片控制器，这个运行变量在风力涡轮机的第一运行点处具有预定的下阈值，第一运行点处在部分载荷范围或全载荷范围内或者是额定工作点；和/或
-如果风力涡轮机的第一或第二运行变量的值超过了预定的上阈值，特别是通过逐渐减小1P单叶片控制器来禁用(S45)1P单叶片控制器，这个运行变量在风力涡轮机的中止风速之下、特别是在风力涡轮机的第二运行点处具有预定的上阈值，第二运行点处在全载荷范围内。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和/或第二运行变量取决于发电机转矩、转速(ω)、功率(Pel)、转子叶片围绕它们的各自的纵轴线的共同的控制角(βkoll)、特别是在预定的时间段内的平均的风速、叶片弯矩、转子推力(F)和/或额定值。


3.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一运行点在达到风力涡轮机的额定功率时处于其额定转速至少65％和/或至多110％、特别是至多99％，和/或其额定转矩的至少35％和/或至多65％和/或其推力的至少55％和/或至多85％的载荷范围内。


4.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二运行点处于转子叶片具有在0°和10°之间或者在13°和37°之间的叶片角和/或所述风力涡轮机在达到其额定功率时具有其推力的至少45％和/或至多75％的载荷范围。


5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述风力涡轮机的额定转矩的至少5％和/或至多45％和/或特别是共同的叶片角的至少2°的区...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯维尼亚·沃特曼，蒂莫·普雷斯，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE