專利名稱：根據(jù)轉(zhuǎn)速用于風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)矩和節(jié)距控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)轉(zhuǎn)速用于風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)矩和節(jié)距控制/調(diào)節(jié)的方法。該方法用于節(jié)距控制的風(fēng)力裝置根據(jù)轉(zhuǎn)速確定用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的最佳基準(zhǔn)值。
背景技術(shù)：
風(fēng)力裝置在有風(fēng)狀況下由控制系統(tǒng)從起動(dòng)風(fēng)轉(zhuǎn)速起動(dòng)，并且又在高風(fēng)速下關(guān)閉，即關(guān)閉的風(fēng)轉(zhuǎn)速，以防止機(jī)械過(guò)載。風(fēng)速例如由風(fēng)速計(jì)檢測(cè)或者從轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和所產(chǎn)生的動(dòng)力計(jì)算得到。
以可變轉(zhuǎn)速操作的節(jié)距控制的風(fēng)力裝置是已知的。在節(jié)距控制期間，對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片節(jié)距關(guān)于其縱軸線進(jìn)行調(diào)節(jié)。在不同的葉片節(jié)距，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片從風(fēng)聚集不同的轉(zhuǎn)矩。
對(duì)于風(fēng)力裝置的控制/調(diào)節(jié)，已知的是在兩種操作模式之間區(qū)別。第一種操作模式表示為部分載荷操作，其中，通過(guò)設(shè)定轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。第二種操作模式是滿載荷操作，其中，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)距來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
為了獲得風(fēng)力裝置的最佳動(dòng)力輸出，部分載荷范圍內(nèi)的風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)速被設(shè)定在轉(zhuǎn)子的圓周轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之間的最佳比(λopt)。因此，轉(zhuǎn)子葉片以一葉片角度設(shè)定，該角度產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生最高驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在部分載荷范圍內(nèi)由發(fā)電機(jī)和/或轉(zhuǎn)換器上產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)矩設(shè)定。
如果，在標(biāo)稱風(fēng)速下，通過(guò)進(jìn)一步增大發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩在發(fā)電機(jī)上達(dá)到了最大反轉(zhuǎn)矩，那么轉(zhuǎn)速可能不再被維持在操作點(diǎn)。因此避免了系統(tǒng)的過(guò)載，因?yàn)槿~片的空氣動(dòng)力效率降低并且所述葉片從最佳節(jié)距移出。這個(gè)過(guò)程的專業(yè)術(shù)語(yǔ)也是“調(diào)節(jié)(pitch)”。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因而在達(dá)到最大發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩之后受到葉片的節(jié)距的影響。
從EP1007844 B1中已知一種可變速度的風(fēng)力裝置，其具有繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)發(fā)電機(jī)。為了操作這種已知的風(fēng)力裝置，已知一種轉(zhuǎn)矩控制器以及與轉(zhuǎn)矩控制器無(wú)關(guān)地操作的節(jié)距控制器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目標(biāo)是提供一種根據(jù)轉(zhuǎn)速用于風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)矩和節(jié)距控制的方法，其給出了特別高的輸出。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目標(biāo)由具有權(quán)利要求1所述特征的方法實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施例構(gòu)成了從屬權(quán)利要求的主題。
根據(jù)本發(fā)明的方法用來(lái)根據(jù)轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)矩和節(jié)距。在這一點(diǎn)上，根據(jù)預(yù)定的特征曲線進(jìn)行控制。特征曲線根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速預(yù)定用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的基準(zhǔn)值，即用于適于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的基準(zhǔn)值。那么用于發(fā)電機(jī)的基準(zhǔn)值就由相應(yīng)的控制系統(tǒng)設(shè)定或調(diào)節(jié)。為了獲得所需要的基準(zhǔn)值，控制系統(tǒng)改變電動(dòng)機(jī)所接收的動(dòng)力和轉(zhuǎn)子葉片的節(jié)距?？刂葡到y(tǒng)也可以構(gòu)造為自動(dòng)控制系統(tǒng)。在風(fēng)力裝置上的部分載荷操作且在第一段的轉(zhuǎn)矩被調(diào)節(jié)到第一轉(zhuǎn)速(n1)。第二段鄰接第一段，并且其中，還是在部分載荷操作，轉(zhuǎn)矩從第一預(yù)定轉(zhuǎn)速(n1)被調(diào)節(jié)到第二轉(zhuǎn)速(n2)。在滿載荷操作時(shí)且在第三段，節(jié)距被調(diào)節(jié)用于大于第二轉(zhuǎn)速(n2)的轉(zhuǎn)速。在滿載荷操作且在第四段，節(jié)距被調(diào)節(jié)用于轉(zhuǎn)速大于第三轉(zhuǎn)速(n3)并且小于第二轉(zhuǎn)速(n2)的速度。如果已經(jīng)在先根據(jù)特征曲線的第四段進(jìn)行了控制，在部分載荷操作且在第五段，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩用于轉(zhuǎn)速小于第三轉(zhuǎn)速(n3)的速度。根據(jù)本發(fā)明的方法具有在部分載荷操作時(shí)的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，其僅在在先已經(jīng)根據(jù)第四段進(jìn)行控制時(shí)才觸發(fā)。具有根據(jù)本發(fā)明的方法，因此，在滿載荷操作時(shí)，在第二轉(zhuǎn)速(n2)與第三轉(zhuǎn)速(n3)之間的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)行節(jié)距調(diào)節(jié)，而不是改變到部分載荷操作。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步下降，則在部分載荷操作下根據(jù)第五段調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，控制系統(tǒng)以線性方式返回到第二或第一段，優(yōu)選地是在達(dá)到最小節(jié)距時(shí)。
特別優(yōu)選地，如果轉(zhuǎn)子葉片的節(jié)距超過(guò)預(yù)定值，那么就進(jìn)行根據(jù)特征曲線第四段的控制。因此，具有根據(jù)本發(fā)明的方法，在滿載荷操作下，以介于n2與n3之間的轉(zhuǎn)速監(jiān)視是否超過(guò)了預(yù)定最小的節(jié)距。如果超過(guò)了該節(jié)距，轉(zhuǎn)子葉片中仍然呈現(xiàn)足夠的動(dòng)“能”以避免立即返回到部分載荷操作。而且，在小于第二轉(zhuǎn)速n2的轉(zhuǎn)速時(shí)，因此還進(jìn)行節(jié)距的調(diào)節(jié)。特征曲線在第四段處被分支。最小節(jié)距優(yōu)選地大于0.5°且小于5°。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，節(jié)距的尺寸在1°和3°之間。
如果，對(duì)于小于n2的轉(zhuǎn)速，仍然存在著足夠大的節(jié)距，控制系統(tǒng)仍然處于滿載荷操作并且進(jìn)行節(jié)距的調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)然后返回到部分載荷操作。為此，轉(zhuǎn)矩優(yōu)選地降低并且轉(zhuǎn)速增大直到呈現(xiàn)第二段的轉(zhuǎn)速。從具有第四和第五特征曲線段的滿載荷操作返回到用于部分載荷的第二特征曲線段的特征曲線在下文中稱作第六特征曲線段。
特征曲線第四段中滿載荷操作的持續(xù)提供了優(yōu)點(diǎn)切換回到部分載荷操作僅在稍后出現(xiàn)并且因而風(fēng)力裝置能在滿載荷下操作更長(zhǎng)時(shí)間。
以本發(fā)明的方法，在特征曲線的第一段，在轉(zhuǎn)速增大情況下，轉(zhuǎn)矩增大，直到轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的轉(zhuǎn)速值n1。優(yōu)選地在特征曲線的第二段，在轉(zhuǎn)速增大情況下，轉(zhuǎn)矩比在第一段更迅速地升高。在第三段，轉(zhuǎn)矩被調(diào)節(jié)至恒定值。從第五轉(zhuǎn)速n5，方便地，在轉(zhuǎn)速增大情況下觸發(fā)轉(zhuǎn)矩的下降。借助于轉(zhuǎn)矩的下降，避免了風(fēng)力裝置在高轉(zhuǎn)速時(shí)的過(guò)載。
優(yōu)選地，在特征曲線的第四段，節(jié)距被調(diào)節(jié)到基本上恒定的轉(zhuǎn)矩值。方便地，在特征曲線的第五段，轉(zhuǎn)矩比在特征曲線的第一段更快速地升高，以使得低轉(zhuǎn)速下的風(fēng)力裝置可以從滿載荷操作移動(dòng)回到第一特征曲線。特征曲線在第二段中的升高(這意味著在轉(zhuǎn)速增加很小的情況下轉(zhuǎn)矩增加很大)用作在起動(dòng)后在超出部分載荷操作情況下盡可能快地達(dá)到滿載荷操作的目的，以使得能夠盡可能快地在滿載荷操作下驅(qū)動(dòng)風(fēng)力裝置。
具有根據(jù)本發(fā)明的方法，第三轉(zhuǎn)速n3大于第一轉(zhuǎn)速n1且第四轉(zhuǎn)速n4小于第一轉(zhuǎn)速n1。


下面將結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的方法。
僅有的一個(gè)附圖示出了用于具有特征域調(diào)整(characteristic fieldregulation)的風(fēng)力裝置的控制行為的一組特征曲線。
具體實(shí)施例方式
特征域調(diào)整具有標(biāo)識(shí)為10的第一段，其中，由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速12施加發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩14。在特征曲線段10的第一起動(dòng)段16，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速以線性方式增大。第一段的第二部分18與第一啟動(dòng)段16鄰近，其中，轉(zhuǎn)矩不以線性方式遵循轉(zhuǎn)速。因此，轉(zhuǎn)矩增大達(dá)到第一轉(zhuǎn)速值n1。在特征曲線的第一段的第二部分，根據(jù)從風(fēng)接收到的動(dòng)力的理想特征曲線執(zhí)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的調(diào)整。轉(zhuǎn)速和動(dòng)力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系從如下公式中得到 rrot表示轉(zhuǎn)子葉片的半徑，ngen表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，ügetr表示齒輪箱的傳動(dòng)比。λ(nrot)表示轉(zhuǎn)子根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的高速指數(shù)(high speed index)，ρluft表示空氣的密度，而cp(nrot)描述了轉(zhuǎn)子葉片根據(jù)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的動(dòng)力系數(shù)。
前述用于動(dòng)力的關(guān)系可以根據(jù)控制系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)連續(xù)地計(jì)算，或者根據(jù)轉(zhuǎn)速存儲(chǔ)在表格中。從風(fēng)接收的動(dòng)力與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力之間的物理關(guān)系的使用確保了，在轉(zhuǎn)速值n4和n1之間的范圍內(nèi)，總是施加最大的動(dòng)力輸出。
第二特征曲線段20鄰接第一轉(zhuǎn)速值。在特征曲線的第二段20，轉(zhuǎn)矩迅速增大到標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的值Mn。因此，轉(zhuǎn)速?gòu)闹祅1增大到第二轉(zhuǎn)速值n2。因此，第二轉(zhuǎn)速n2與用于風(fēng)力裝置的標(biāo)稱轉(zhuǎn)速nn相比可以是相同或小于該標(biāo)稱轉(zhuǎn)速nn的。在特征曲線的鄰接段22，呈現(xiàn)滿載荷操作，其中，執(zhí)行節(jié)距角度的調(diào)節(jié)。第三特征曲線段22適用于高于n2的轉(zhuǎn)速。超過(guò)第五轉(zhuǎn)速n5，施加于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩由節(jié)距調(diào)節(jié)而降低。風(fēng)力裝置的動(dòng)力與轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成比例，因此在特征曲線的第三段中高于n5時(shí)出現(xiàn)動(dòng)力的降低。
特征曲線的第四段24鄰接特征曲線的第三段22。相關(guān)轉(zhuǎn)速范圍的特征在于轉(zhuǎn)速值n2和n3。滿載荷操作出現(xiàn)在特征曲線的第四段中，此外，盡管在風(fēng)力裝置的起動(dòng)期間，在這些轉(zhuǎn)速上還沒(méi)有出現(xiàn)滿載荷運(yùn)行。
由于起出值n3之外的轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)矩沿著特征曲線的第五段減小。減小以基本上線性方式進(jìn)行。在轉(zhuǎn)速值n4，特征曲線返回到第一特征曲線段。在第四和第五特征曲線段，持續(xù)地監(jiān)視轉(zhuǎn)子葉片的節(jié)距是否仍然超過(guò)預(yù)定的最小值時(shí)，例如2°，僅僅是在理論上達(dá)到沿著第五特征曲線段的轉(zhuǎn)速值n4。如果沒(méi)有超過(guò)節(jié)距的最小值，即在滿載荷操作，節(jié)距在中間時(shí)期已經(jīng)減小到如此的程度以致于其低于最小值，控制系統(tǒng)沿著第六特征曲線段28或29返回，直到從第一和/或第二特征曲線再次達(dá)到該數(shù)值。因此，第五特征曲線段形成了曲線值的包絡(luò)線(envelope)，從此包絡(luò)線出發(fā)，控制系統(tǒng)從滿載荷操作到部分載荷操作經(jīng)由第六特征曲線段28返回。與其它特征曲線段相比，第六特征曲線段沒(méi)有固定在其絕對(duì)位置，而是由其負(fù)梯度和其在第五特征曲線段上的起點(diǎn)所限定。第五特征曲線段上的起點(diǎn)由用于節(jié)距的最小值所限定。在圖中，例如，示出了兩個(gè)特征曲線分支28和29，沿著這兩個(gè)分支進(jìn)行返回到部分載荷操作。
與根據(jù)本發(fā)明的方法一起使用的特征曲線具有滯后(hysteresis)，這導(dǎo)致風(fēng)力裝置的改善的動(dòng)力輸出。在這一點(diǎn)上，從第三特征曲線段22到第四特征曲線段24的轉(zhuǎn)變是很重要的。從而限定了，當(dāng)對(duì)于來(lái)自范圍[n3，n2]的一轉(zhuǎn)速，存在一調(diào)節(jié)角，該角大于限定的最小角時(shí)，發(fā)生按照第四特征曲線段24的控制。優(yōu)選地，限定了最小角為2°。因此，如果在轉(zhuǎn)速降低時(shí)仍然出現(xiàn)2°或更大的節(jié)距時(shí)，控制系統(tǒng)不會(huì)象純粹轉(zhuǎn)速控制那樣返回到特征曲線的第二段20，但是保持滿載荷操作并且轉(zhuǎn)換至第四段。其背景是系統(tǒng)使用在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)期間存儲(chǔ)的動(dòng)能以繼續(xù)產(chǎn)生一最大的轉(zhuǎn)矩。僅僅在已經(jīng)達(dá)到用于滿載荷操作的下限n3時(shí)，隨著轉(zhuǎn)矩降低，控制系統(tǒng)才按照第五段返回到部分載荷操作。用于返回到部分載荷操作的節(jié)距的最小值不一定與設(shè)置成分支成第四特征曲線段的最小角度相同。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)特征曲線，基于轉(zhuǎn)速控制/調(diào)節(jié)風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)矩和節(jié)距的方法，其中-在第一段(10)的部分載荷操作，轉(zhuǎn)矩被調(diào)節(jié)直到第一預(yù)定轉(zhuǎn)速(n1)，-在第二段(20)的部分載荷操作，轉(zhuǎn)矩從第一轉(zhuǎn)速(n1)被調(diào)節(jié)直到第二轉(zhuǎn)速(n2)，-在第三段(22)的滿載荷操作，轉(zhuǎn)子葉片的至少一個(gè)節(jié)距被調(diào)節(jié)用于大于第二轉(zhuǎn)速(n2)的轉(zhuǎn)速，-如果根據(jù)第三段(22)已經(jīng)在先進(jìn)行了控制，在第四段(24)的滿載荷操作，節(jié)距被調(diào)節(jié)，用于低于第二轉(zhuǎn)速(n2)并且大于第三轉(zhuǎn)速(n3)的轉(zhuǎn)速，-如果根據(jù)第四段(24)已經(jīng)在先進(jìn)行了控制，在第五段(26)的部分載荷操作，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩用于低于第三轉(zhuǎn)速(n3)的轉(zhuǎn)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在特征曲線的第四和第五段(26)，當(dāng)超過(guò)最小節(jié)距時(shí)，控制系統(tǒng)經(jīng)第六特征曲線段(28；29)返回到第一或第二特征曲線段(18，20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在第六特征曲線段(28；29)，轉(zhuǎn)矩根據(jù)轉(zhuǎn)速降低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，如果轉(zhuǎn)子葉片的節(jié)距超過(guò)在滿載荷操作下的預(yù)定最小值，那么特征曲線的第四段被觸發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，用于節(jié)距的預(yù)定最小值大于0.5°且小于5°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，用于節(jié)距的預(yù)定值大于1°且小于3°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，在特征曲線的第一段(10)，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速升高，直到轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速值(n2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于，在特征曲線的第二段(20)，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速比在第一段更迅速地升高。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的方法，其特征在于，在第三段，達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速(n5)時(shí)，進(jìn)行調(diào)節(jié)至恒定值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，在特征曲線的第三段，超過(guò)轉(zhuǎn)速(n5)時(shí)，轉(zhuǎn)速增大，轉(zhuǎn)矩降低。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一的方法，其特征在于，在特征曲線的第五段(26)，轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速比在第一段(10)更迅速地升高。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的方法，其特征在于，第三轉(zhuǎn)速(n3)低于第二轉(zhuǎn)速(n2)。
全文摘要
一種在風(fēng)力裝置中按照特征曲線根據(jù)轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)矩和節(jié)距控制/調(diào)節(jié)的方法，其中在第一段部分載荷操作，轉(zhuǎn)矩被調(diào)節(jié)達(dá)到第一預(yù)定轉(zhuǎn)速，在第二段部分載荷操作，轉(zhuǎn)矩從第一轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)達(dá)到第二轉(zhuǎn)速，在第三段完全載荷操作，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的至少一個(gè)節(jié)距以使得轉(zhuǎn)速大于第二轉(zhuǎn)速，在第四段完全載荷操作，調(diào)節(jié)節(jié)距以使得轉(zhuǎn)速小于第二轉(zhuǎn)速并且大于第三轉(zhuǎn)速，如果已經(jīng)在先根據(jù)第三段進(jìn)行了控制的話，如果已經(jīng)在先根據(jù)第四段進(jìn)行了控制的話，在第五段部分載荷操作時(shí)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩以使得轉(zhuǎn)速小于第三轉(zhuǎn)速。
文檔編號(hào)F03D7/02GK1982699SQ200610169319
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者W·卡巴茨克, K·里希特, T·舒伯特 申請(qǐng)人:諾德克斯能源有限公司