降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩的方法和裝置制造方法
【專利摘要】用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子（101）的俯仰力矩的方法，包括求得用于設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角（115）的操作變量的步驟，通過該方位角引起轉(zhuǎn)子（101）的通過作用到轉(zhuǎn)子（101）上的風(fēng)（110）引起的水平的傾斜迎流，以降低俯仰力矩的通過作用到風(fēng)能設(shè)備上的垂向的剪切風(fēng)引起的份額。
【專利說明】降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于降低對(duì)風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子進(jìn)行加載的俯仰力矩的方法和裝置。【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代的帶有水平軸線的風(fēng)能設(shè)備(WEA)擁有方位角調(diào)整系統(tǒng)，該系統(tǒng)將風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子平面圍繞其垂向軸線定向。
[0003]在此，轉(zhuǎn)子平面相對(duì)于平均風(fēng)向的垂直定向致力于使得風(fēng)能設(shè)備的部分載荷區(qū)域內(nèi)的能量最大化并且使得全負(fù)載范圍內(nèi)作用到轉(zhuǎn)子上的不對(duì)稱的負(fù)載最小化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)一種用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩的改善的方法和改善的裝置。
[0005]該任務(wù)通過按獨(dú)立權(quán)利要求所述的用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩的方法和裝置得到解決。
[0006]作用到風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子上的垂向剪切風(fēng)引起俯仰力矩作用到轉(zhuǎn)子上。該俯仰力矩可以通過轉(zhuǎn)子的水平的傾斜迎流來降低或者補(bǔ)償。由此能夠降低作用到風(fēng)能設(shè)備上的總負(fù)載。傾斜迎流可以通過對(duì)風(fēng)能設(shè)備的方位角的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。方位角的這種調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子在靜態(tài)的垂向剪切中能夠旋轉(zhuǎn)到少負(fù)載的位置中，該位置使得用于進(jìn)一步減少負(fù)載的IPC (獨(dú)立變槳距控制(Individual Pitch Control))或者類似措施的使用變少或者變得不需要。
[0007]用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩的方法包括以下步驟:
求得用于設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角的操作變量，通過該方位角由作用到轉(zhuǎn)子上的風(fēng)引起轉(zhuǎn)子的水平的傾斜迎流，從而降低俯仰力矩的由作用到風(fēng)能設(shè)備上的垂向的剪切風(fēng)產(chǎn)生的份額。
[0008]風(fēng)能設(shè)備可以涉及帶有水平軸線的風(fēng)能設(shè)備，該風(fēng)能設(shè)備擁有方位角調(diào)整系統(tǒng)。水平的軸線可以延伸通過風(fēng)能設(shè)備的機(jī)艙。在沿著水平軸線延伸的軸上可以固定風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子例如具有兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)布置在轉(zhuǎn)子平面內(nèi)的轉(zhuǎn)子葉片。借助于方位角調(diào)整系統(tǒng)可以調(diào)整風(fēng)能設(shè)備的方位角，例如圍繞垂向的軸線旋轉(zhuǎn)機(jī)艙。方位角的調(diào)整可以引起轉(zhuǎn)子平面圍繞垂向軸線的旋轉(zhuǎn)。由此能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子相對(duì)于作用到轉(zhuǎn)子上的風(fēng)的風(fēng)向進(jìn)行定向。轉(zhuǎn)子的水平的傾斜迎流可以理解為沖撞到轉(zhuǎn)子上的風(fēng)的水平份額傾斜地、也就是以不等于90°的角度碰到轉(zhuǎn)子平面上。由此，通過操作變量可以如此設(shè)定方位角，使得轉(zhuǎn)子相對(duì)于風(fēng)的水平份額傾斜地定向。該操作變量可以表示方位角。以這種方式可以設(shè)定最佳的方位角。操作變量也可以替代地表示用于設(shè)定方位角的閉環(huán)控制的被控變量。操作變量可以是方位角調(diào)整系統(tǒng)的輸入變量。通過該操作變量可以閉環(huán)控制或者開環(huán)控制方位角的設(shè)定。通過根據(jù)操作變量來設(shè)定方位角可以降低作用到轉(zhuǎn)子上的風(fēng)的垂向剪切風(fēng)的涉及風(fēng)能設(shè)備的整體負(fù)載的影響。垂向的剪切風(fēng)可以理解為風(fēng)的作用到轉(zhuǎn)子上的水平份額在不同的高度位置中具有不同的風(fēng)速。風(fēng)例如可以在更低的高度位置中例如在轉(zhuǎn)子的靠近底部的區(qū)域內(nèi)具有比在更高的高度位置中例如在轉(zhuǎn)子的遠(yuǎn)離底部的范圍內(nèi)更小的風(fēng)速。如果垂直碰到轉(zhuǎn)子平面的風(fēng)具有垂向的剪切風(fēng)，那么該垂向的剪切風(fēng)將俯仰力矩施加到轉(zhuǎn)子上。通過以下方法可以降低該俯仰力矩，即轉(zhuǎn)子平面傾斜于碰到轉(zhuǎn)子平面的風(fēng)定向，由此獲得了水平的傾斜迎流。該水平的傾斜迎流同樣可以將俯仰力矩施加到轉(zhuǎn)子上，該俯仰力矩可以反作用于通過垂向的剪切風(fēng)引起的俯仰力矩。在使用一個(gè)或多個(gè)傳感器信號(hào)的情況下可以求得所述操作變量。例如可以使用代表了在風(fēng)能設(shè)備上測(cè)量的負(fù)載的傳感器信號(hào)。可以額外地或者替代地使用傳感器信號(hào)，其代表了作用到轉(zhuǎn)子上的風(fēng)的特性，例如垂向的剪切風(fēng)。
[0009]在所述求得步驟中可以求得所述操作變量，從而通過俯仰力矩的由水平的傾斜迎流引起的份額降低俯仰力矩的由垂向的剪切風(fēng)引起的份額。由此能夠部分或者完全補(bǔ)償俯仰力矩的由垂向的剪切風(fēng)引起的份額。在使用合適的傳感器信號(hào)的情況下確定、假定或者估算俯仰力矩的由垂向的剪切風(fēng)引起的份額和俯仰力矩的由水平的傾斜迎流弓I起的份額，并且設(shè)定所述操作變量，從而相互平衡俯仰力矩的所述份額。也可以如此設(shè)定所述操作變量，使得從俯仰力矩的所述份額中產(chǎn)生的俯仰力矩最小化。
[0010]所述方法可以包括讀入信號(hào)的步驟，該信號(hào)代表引起俯仰力矩的參量或者由俯仰力矩影響的參量。在此，在所述求得步驟中在使用所述信號(hào)的情況下求得所述操作變量。在此，俯仰力矩可以理解為整體加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩或者俯仰力矩的通過垂向的剪切風(fēng)引起的份額。引起俯仰力矩的參量例如可以理解為作用到轉(zhuǎn)子上的風(fēng)的風(fēng)分布，通過該風(fēng)分布例如可以通過計(jì)算或者估算來確定俯仰力矩。由俯仰力矩影響的參量可以理解為在轉(zhuǎn)子或者在風(fēng)能設(shè)備上測(cè)量的參量。由此能夠非常精確地檢測(cè)俯仰力矩。也可以在使用多個(gè)信號(hào)的情況下求得所述操作變量，例如在使用至少一個(gè)信號(hào)的情況下，該信號(hào)表示引起俯仰力矩的參量，并且在使用至少一個(gè)其它信號(hào)的情況下，該信號(hào)表示由俯仰力矩影響的參量。通過使用多個(gè)用于求得所述操作變量的信號(hào)，可以非常精確地確定該操作變量。
[0011]所述方法在使用傳感器的情況下可以包括檢測(cè)信號(hào)的步驟。傳感器可以是風(fēng)能設(shè)備的部件或者布置在風(fēng)能設(shè)備上。傳感器可以替代地與風(fēng)能設(shè)備隔開地布置。也可以使用多個(gè)傳感器用來檢測(cè)多個(gè)用于求得所述操作變量的信號(hào)。也可以有利地使用一個(gè)反正已經(jīng)用在風(fēng)能設(shè)備上的傳感器。
[0012]此外，所述方法可以包括在使用所述操作變量的情況下設(shè)定方位角的步驟。設(shè)定步驟可以在使用已知的方位角調(diào)整系統(tǒng)的情況下實(shí)現(xiàn)。這種方位角調(diào)整系統(tǒng)可以包括方位角調(diào)整裝置，該方位角調(diào)整裝置例如包括多個(gè)在方位角軸承上的電驅(qū)動(dòng)器。
[0013]所述信號(hào)例如可以代表由布置在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部上的應(yīng)變傳感器、由布置在轉(zhuǎn)子上的加速度傳感器、由光線光柵傳感器、由距離傳感器、由渦流傳感器、由測(cè)風(fēng)塔或者由基于輻射的風(fēng)速計(jì)提供的信號(hào)。也可以使用多個(gè)傳感器或者不同的所述傳感器。
[0014]在此可以有利地動(dòng)用典型地反正設(shè)置在風(fēng)能設(shè)備中的傳感機(jī)構(gòu)。
[0015]在所述求得步驟中可以在實(shí)施開環(huán)控制方法的情況下或者在實(shí)施閉環(huán)控制方法的情況下求得所述操作變量。例如可以在使用由信號(hào)代表的參量與操作變量之間預(yù)先確定的關(guān)系的情況下實(shí)施開環(huán)控制方法。該預(yù)先確定的關(guān)系可以以特性曲線的形式或者查閱表保存在存儲(chǔ)器中。該預(yù)先確定的關(guān)系可以基于前面的測(cè)量順序求得。在閉環(huán)控制方法中例如可以根據(jù)俯仰力矩設(shè)定所述操作變量。以這種方式可以獨(dú)立于前面的系列測(cè)量降低俯仰力矩并且預(yù)先給出所述調(diào)整的動(dòng)態(tài)性。
[0016]在所述求得步驟中可以如此求得風(fēng)能設(shè)備的用于風(fēng)能設(shè)備的部分負(fù)載運(yùn)行的操作變量，使得風(fēng)能設(shè)備的功率最大化。相反，可以為風(fēng)能設(shè)備的全負(fù)載運(yùn)行如此求得所述操作變量，使得風(fēng)能設(shè)備的負(fù)載最小化。根據(jù)風(fēng)能設(shè)備是在部分負(fù)載運(yùn)行中還是在全負(fù)載運(yùn)行中運(yùn)行，可以將風(fēng)能設(shè)備的所提供的功率或者代表風(fēng)能設(shè)備負(fù)載的信號(hào)加入操作變量的求取中。以這種方式一方面可以優(yōu)化可提供的功率，并且另一方面可以將風(fēng)能設(shè)備的負(fù)載保持很小。負(fù)載可以理解為由作用到轉(zhuǎn)子上的俯仰力矩引起的負(fù)載。為了優(yōu)化功率，可以很有意義的是，所述轉(zhuǎn)子平面盡可能垂向于主風(fēng)方向定向。為了使負(fù)載最小化，相反可以很有意義的是，所述轉(zhuǎn)子平面傾斜于主風(fēng)方向定向。
[0017]在所述求得步驟中，可以在使用代表風(fēng)的主要風(fēng)方向、風(fēng)的速度、風(fēng)能設(shè)備的功率和/或風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的槳距角的值的情況下求得所述操作變量。例如可以借助于在轉(zhuǎn)子后面機(jī)艙上在輪轂高度附近的風(fēng)向標(biāo)或超聲波風(fēng)速計(jì)來實(shí)施風(fēng)向的測(cè)量。例如可以為此設(shè)置信號(hào)處理裝置以及開環(huán)控制裝置，該開環(huán)控制裝置例如自最后一次方位角調(diào)整起在3分鐘或10分鐘上平均求得所測(cè)量的風(fēng)向。通過使用這種值可以實(shí)現(xiàn)不通過較高的方位角調(diào)整活躍度來加載風(fēng)能設(shè)備的組件，或者調(diào)整活躍度的頻率類似于沒有按本發(fā)明的負(fù)載降低方法的風(fēng)能設(shè)備的頻率。
[0018]用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩的裝置包括以下特征:
用于求得用來設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角的操作變量的裝置，通過該方位角引起轉(zhuǎn)子的由作用到轉(zhuǎn)子上的風(fēng)引起的水平的傾斜迎流，以降低俯仰力矩的通過作用到風(fēng)能設(shè)備上的垂向的剪切風(fēng)引起的份額。
[0019]基于這種方案的方位角閉環(huán)控制策略的重要優(yōu)點(diǎn)是，所述方法在全負(fù)載范圍內(nèi)即使迎流不均勻也使得負(fù)載最小化。
[0020]所述方法尤其也在經(jīng)常出現(xiàn)垂向剪切時(shí)引起轉(zhuǎn)子上負(fù)載的最小化。另一重要的優(yōu)點(diǎn)是，開環(huán)控制或者閉環(huán)控制至少不排他地僅基于轉(zhuǎn)子平面后面的點(diǎn)上的風(fēng)測(cè)量。這是重要的，因?yàn)轱L(fēng)能設(shè)備的從轉(zhuǎn)子攪動(dòng)獲得的收益和載荷在整個(gè)轉(zhuǎn)子表面上產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子表面可能經(jīng)歷不均勻的迎流。
[0021]所描述的方案可以與方法組合地或者替代方法地使用，其可以降低轉(zhuǎn)子葉片上的周期負(fù)載，并且隨后此外也降低了主軸上、主軸承上、塔架頭上以及塔架腳上的負(fù)載。這種方法基于例如借助于葉片根部上的應(yīng)變片對(duì)負(fù)載的測(cè)量，以及在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間個(gè)別地調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片角度(獨(dú)立變槳距控制(Individual Pitch Control), IPC)。
[0022]所描述的方案也可以與方法組合地或者替代方法地使用，其中例如借助于皮托管探頭實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片上局部迎流的測(cè)量，并且通過轉(zhuǎn)子葉片上由后蓋引起的局部的流動(dòng)影響引起葉片空氣動(dòng)力性能的變化并且由此降低每個(gè)單個(gè)葉片上的負(fù)載，由此例如可以補(bǔ)償作用到轉(zhuǎn)子上恒定的俯仰力矩。
[0023]所描述的方案的優(yōu)點(diǎn)是，在不均勻的迎流中例如垂向剪切中，執(zhí)行器例如槳距驅(qū)動(dòng)器(Pitcht-Antriebe)與已知的方法不同，不必在轉(zhuǎn)子的每轉(zhuǎn)中進(jìn)行至少一次正弦的調(diào)整。因此，執(zhí)行器以及可能的槳距軸承(Pitchlager)可以更簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)，并且不需要麻煩的并且可能容易故障的裝置用于轉(zhuǎn)子葉片中的流動(dòng)影響。
[0024]所描述的方案實(shí)現(xiàn)了用于風(fēng)能設(shè)備的擴(kuò)展的方位角閉環(huán)控制用來優(yōu)化能量并且降低負(fù)載。所述方案與用于風(fēng)能設(shè)備的方位角開環(huán)控制不同，在方位角開環(huán)控制中使機(jī)艙“在風(fēng)中旋轉(zhuǎn)”，也就是說測(cè)量?jī)A斜迎流并且跟蹤機(jī)艙，從而根據(jù)可能性完全降低傾斜迎流。取而代之，除了傾斜迎流之外也可以測(cè)量垂向的剪切風(fēng)。這例如可以通過沿著沖擊方向的葉片彎曲來實(shí)現(xiàn)。垂向的剪切風(fēng)可以通過機(jī)艙的扭轉(zhuǎn)來補(bǔ)償。在此，機(jī)艙于是可能相對(duì)于真正的風(fēng)向處于輕微的誤差角度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面根據(jù)附圖示例性地詳細(xì)解釋本發(fā)明。附圖示出:
圖1是風(fēng)能設(shè)備的示意性俯視圖；
圖2是風(fēng)能設(shè)備的不意圖；
圖3是風(fēng)能設(shè)備的側(cè)視圖；
圖4是風(fēng)能設(shè)備的側(cè)視圖；以及
圖5是用于降低對(duì)風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子進(jìn)行加載的俯仰力矩的方法的流程圖。
[0026]附圖標(biāo)記列表 101 轉(zhuǎn)子 103 轉(zhuǎn)子軸 105 機(jī)艙 110 風(fēng)
115方位角
220發(fā)電機(jī)(可能在發(fā)電機(jī)前面具有傳動(dòng)裝置)
230塔架
235方位角驅(qū)動(dòng)器
240裝置
252應(yīng)變傳感器
254風(fēng)向標(biāo)
256塔
361俯仰力矩
363俯仰力矩。
【具體實(shí)施方式】
[0027]相同的或者類似的元件可以在下面的附圖中設(shè)有相同或者類似的附圖標(biāo)記。此夕卜，附圖、其描述以及權(quán)利要求包含大量組合特征。在此，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚的是，也可以單個(gè)考慮所述特征或者將其組合成其它在此沒有詳細(xì)描述的組合。
[0028]圖1示出了按本發(fā)明的一種實(shí)施例的風(fēng)能設(shè)備的示意性俯視圖，其也稱作風(fēng)力設(shè)備。示出了轉(zhuǎn)子101，該轉(zhuǎn)子通過水平布置的轉(zhuǎn)子軸103可旋轉(zhuǎn)地支承在機(jī)艙105中。轉(zhuǎn)子101例如可以具有三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，其中在圖1中示例性地示出了兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。在圖1中通過箭頭示出了作用到轉(zhuǎn)子101上的風(fēng)110的水平份額。通過風(fēng)110將轉(zhuǎn)子101置于旋轉(zhuǎn)之中或者保持旋轉(zhuǎn)。風(fēng)110具有垂向的剪切，如其下面根據(jù)圖3所示的一樣。通過垂向的剪切，將俯仰力矩施加到轉(zhuǎn)子101上。為了降低通過垂向的剪切引起的俯仰力矩，如此設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角115，從而通過風(fēng)110實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子101的水平的傾斜迎流。方位角115確定了轉(zhuǎn)子101的轉(zhuǎn)子平面的旋轉(zhuǎn)或者說機(jī)艙105圍繞垂向軸線的旋轉(zhuǎn)。由于所設(shè)定的方位角115，轉(zhuǎn)子101的轉(zhuǎn)子平面或者轉(zhuǎn)子表面由此相對(duì)于風(fēng)110的在圖2中所示的水平份額傾斜地定向。通過轉(zhuǎn)子101的傾斜迎流，將其它俯仰力矩施加到轉(zhuǎn)子101上。如此選擇方位角115，使得由轉(zhuǎn)子101的傾斜迎流產(chǎn)生的俯仰力矩反作用于由垂向的剪切引起的俯仰力矩。
[0029]如果風(fēng)能設(shè)備在第一運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，例如在全載荷下運(yùn)行，那么可以根據(jù)一種實(shí)施例如此設(shè)定所述方位角115，使得由垂向剪切引起的俯仰力矩根據(jù)可能性完全通過由轉(zhuǎn)子101的傾斜迎流引起的俯仰力矩進(jìn)行補(bǔ)償。由此，在第一運(yùn)行狀態(tài)下能夠使風(fēng)能設(shè)備上由風(fēng)110引起的載荷最小化，或者例如保持在預(yù)先給出的最大載荷之下。
[0030]如果風(fēng)能設(shè)備在第二運(yùn)行狀態(tài)中運(yùn)行，例如在部分載荷運(yùn)行中運(yùn)行，那么根據(jù)一種實(shí)施例可以如此設(shè)定所述方位角115，使得由垂向剪切引起的俯仰力矩不能補(bǔ)償或者只能按比例地通過由轉(zhuǎn)子101的傾斜迎流引起的俯仰力矩進(jìn)行補(bǔ)償。由此能夠在第二運(yùn)行狀態(tài)中優(yōu)化由風(fēng)能設(shè)備輸出的功率。
[0031]圖2示出了按本發(fā)明的一種實(shí)施例的風(fēng)能設(shè)備的示意圖。在此可以涉及根據(jù)圖1描述的風(fēng)能設(shè)備。該風(fēng)能設(shè)備具有轉(zhuǎn)子101，該轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子軸103可旋轉(zhuǎn)地支承在機(jī)艙105中。在該機(jī)艙105中布置了發(fā)電機(jī)220，該發(fā)電機(jī)可以通過轉(zhuǎn)子軸103直接地驅(qū)動(dòng)或者通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。通過發(fā)電機(jī)220能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子軸103的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用來產(chǎn)生電能。
[0032]風(fēng)110作用到轉(zhuǎn)子101上，如通過箭頭所示。在圖2中也不能看到如圖1所示風(fēng)110的水平份額傾斜地沖撞到轉(zhuǎn)子101上。在圖2中可以看到，風(fēng)110具有垂向的剪切。在此，風(fēng)110在轉(zhuǎn)子101下面的區(qū)域內(nèi)具有比在轉(zhuǎn)子101上面的區(qū)域內(nèi)更小的速度。
[0033]所述機(jī)艙105可旋轉(zhuǎn)地布置在塔架230上。該風(fēng)能設(shè)備具有方位角驅(qū)動(dòng)器235，通過該方位角驅(qū)動(dòng)器可以設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角。構(gòu)造所述方位角驅(qū)動(dòng)器235用來圍繞垂向的軸線、這里例如圍繞塔架230的縱軸線旋轉(zhuǎn)所述機(jī)艙105。根據(jù)所述實(shí)施例，通過方位角驅(qū)動(dòng)器235如此設(shè)定方位角，使得機(jī)艙105相對(duì)于風(fēng)110定向，從而將轉(zhuǎn)子101不直接地置于風(fēng)110中。由此獲得了轉(zhuǎn)子101的水平的傾斜迎流。
[0034]所述風(fēng)能設(shè)備具有用于降低加載到轉(zhuǎn)子101上的俯仰力矩的裝置240。構(gòu)造該裝置240用于求得設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角的操作變量并且通過接口提供到方位角驅(qū)動(dòng)器235上。構(gòu)造該方位角驅(qū)動(dòng)器235用來基于操作變量設(shè)定方位角。所述裝置240具有另一個(gè)用于接收至少一個(gè)信號(hào)的接口，該信號(hào)代表了引起作用到轉(zhuǎn)子101上的俯仰力矩的至少一部分的或者受到俯仰力矩的至少一部分的影響的參量。構(gòu)造所述裝置240用于在使用所述至少一個(gè)信號(hào)的情況下求得所述操作變量。可以由傳感器提供所述至少一個(gè)信號(hào)。該信號(hào)例如可以代表表征風(fēng)110的參量。此外，所述信號(hào)可以代表表征風(fēng)能設(shè)備的負(fù)載的、例如由作用到轉(zhuǎn)子101上的俯仰力矩引起的負(fù)載的參量。
[0035]僅僅示例性地在下面根據(jù)圖2描述一些可能的信號(hào)，這些信號(hào)例如可以由所述裝置240用來求得用于方位角的操作變量。
[0036]如果風(fēng)能設(shè)備在轉(zhuǎn)子101的轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部上具有應(yīng)變片，那么信號(hào)可以表示葉片根部上轉(zhuǎn)子葉片的彎曲載荷。這種信號(hào)代表了通過作用到轉(zhuǎn)子101上的俯仰力矩引起的參量。
[0037]如果風(fēng)能設(shè)備具有例如布置在機(jī)艙105的下風(fēng)側(cè)的風(fēng)向標(biāo)254，那么信號(hào)就可以表示風(fēng)Iio的由風(fēng)向標(biāo)254檢測(cè)的風(fēng)向。
[0038]如果在風(fēng)能設(shè)備前面的迎風(fēng)側(cè)上布置了用于檢測(cè)在沖撞轉(zhuǎn)子101之前的風(fēng)110的測(cè)風(fēng)塔256，那么信號(hào)就可以表示由測(cè)風(fēng)塔256檢測(cè)的關(guān)于風(fēng)110的參量，例如方向、風(fēng)速或風(fēng)分布。測(cè)風(fēng)塔256可以具有多個(gè)傳感器用于檢測(cè)風(fēng)向并且額外地或者替代地用于檢測(cè)風(fēng)速。這種傳感器例如可以分布地布置在測(cè)風(fēng)塔256的位于轉(zhuǎn)子101區(qū)域內(nèi)的區(qū)段上。
[0039]所述測(cè)風(fēng)塔256可以具有用于無導(dǎo)線地或者導(dǎo)線連接地將信號(hào)傳遞到所述裝置240上的發(fā)送裝置。
[0040]圖3示出了按本發(fā)明的一種實(shí)施例的風(fēng)能設(shè)備的側(cè)視圖。在此，可以涉及根據(jù)圖1描述的風(fēng)能設(shè)備。碰到轉(zhuǎn)子101上的風(fēng)110具有垂向的剪切。在所示出的垂向剪切中，正的俯仰力矩361沖撞到轉(zhuǎn)子101上。通過俯仰力矩361沿著機(jī)艙105的方向擠壓轉(zhuǎn)子101的上面區(qū)域。相反，轉(zhuǎn)子101的下面區(qū)域遠(yuǎn)離塔架230進(jìn)行擠壓。
[0041]圖4示出了按本發(fā)明的一種實(shí)施例的風(fēng)能設(shè)備的俯視圖。在此，可以涉及根據(jù)圖1所描述的風(fēng)能設(shè)備。該轉(zhuǎn)子101由沖撞到轉(zhuǎn)子101上的風(fēng)110傾斜地迎流，從而存在轉(zhuǎn)子101的水平的傾斜迎流。由于水平的傾斜迎流，正的俯仰力矩363沖撞到轉(zhuǎn)子101上。通過俯仰力矩363沿著機(jī)艙105的方向擠壓轉(zhuǎn)子101的上面區(qū)域。相反，轉(zhuǎn)子101的下面區(qū)域遠(yuǎn)離塔架230進(jìn)行擠壓。由此，通過水平的傾斜迎流引起的俯仰力矩363與根據(jù)圖3所示的并且由垂向的剪切引起的俯仰力矩同向。
[0042]如果如此設(shè)定在圖4中所示的風(fēng)能設(shè)備的方位角，從而通過風(fēng)110旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，使得風(fēng)110從另外一側(cè)傾斜地迎流轉(zhuǎn)子101的正面，那么就產(chǎn)生了負(fù)的俯仰力矩，該俯仰力矩反向于所示出的俯仰力矩363并且由此適合于補(bǔ)償在圖3中所示的并且通過垂向的剪切引起的俯仰力矩。
[0043]圖5示出了按本發(fā)明的一種實(shí)施例用于降低加載到風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子上的俯仰力矩的方法的流程圖。例如可以由圖2中所示的用于降低加載到風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子上的俯仰力矩的裝置的合適的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)方法步驟。通過實(shí)施方法步驟能夠在風(fēng)能設(shè)備的運(yùn)行中降低風(fēng)能設(shè)備的負(fù)載。
[0044]在步驟571中讀入例如布置在風(fēng)能設(shè)備上或者風(fēng)能設(shè)備附近的傳感器的信號(hào)。在步驟571中，在使用所述信號(hào)的情況下求得用于設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角的操作變量。在此如此求得所述操作變量，從而引起轉(zhuǎn)子的水平的傾斜迎流。在此，如此選擇傾斜迎流的度數(shù)，從而減少俯仰力矩的由垂向的剪切風(fēng)引起的份額。在步驟575中將所求得的操作變量提供到例如用于設(shè)定方位角的方位角驅(qū)動(dòng)器235上。
[0045]根據(jù)一種實(shí)施例可以在步驟573中根據(jù)風(fēng)能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或者根據(jù)風(fēng)能設(shè)備的當(dāng)前負(fù)載求得所述操作變量。該操作變量例如可以在風(fēng)能設(shè)備的部分載荷運(yùn)行中求得，或者只要還沒有達(dá)到風(fēng)能設(shè)備的最大允許的載荷就求得該操作變量，使得轉(zhuǎn)子101不經(jīng)歷或者僅僅經(jīng)歷很小的傾斜迎流，從而不降低或者僅僅略微降低由垂向剪切引起的俯仰力矩，然而為此可以使得可由風(fēng)能設(shè)備提供的功率最大化。
[0046]下面根據(jù)前面的附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一種實(shí)施例。
[0047]本發(fā)明的一種實(shí)施例包括風(fēng)能設(shè)備的方位角調(diào)整，其不僅使部分載荷范圍內(nèi)的能量輸入最大化，而且降低了轉(zhuǎn)子葉片上的載荷及其在垂向剪切時(shí)的引發(fā)載荷。在此可以使用轉(zhuǎn)子101的載荷數(shù)據(jù)。這種載荷數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)子101在風(fēng)110中的定向的優(yōu)勢(shì)方面提供了比在轉(zhuǎn)子101后面在機(jī)艙105上的風(fēng)測(cè)量設(shè)備254更大的效力。轉(zhuǎn)子101上的負(fù)載數(shù)據(jù)反映了風(fēng)110對(duì)風(fēng)能設(shè)備在轉(zhuǎn)子表面上平均的作用，而基于機(jī)艙的測(cè)量?jī)H僅點(diǎn)狀地并且通過轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)受到影響。由此，比具有常規(guī)傳感機(jī)構(gòu)更好地實(shí)現(xiàn)能量最大化以及載荷降低的目標(biāo)。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，基于傳感器數(shù)據(jù)實(shí)施用于風(fēng)能設(shè)備的方位角設(shè)定，傳感器數(shù)據(jù)可以推斷出轉(zhuǎn)子俯仰力矩361、363。
[0049]為此，能夠在葉片根部上例如在IPC閉環(huán)控制中使用應(yīng)變傳感器252。作為替代方案，使用加速度傳感器、光線光柵傳感器或者激光-距離傳感機(jī)構(gòu)用來確定葉片載荷。葉片根部的載荷也可以從輪轂與機(jī)艙105的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中確定，該相對(duì)運(yùn)動(dòng)例如可以通過渦流傳感器進(jìn)行測(cè)量。
[0050]此外，作為傳感器信息可以使用例如借助于測(cè)量桿256或者垂向或水平的激光雷達(dá)(Lidar)-風(fēng)速計(jì)直接測(cè)量的在風(fēng)能設(shè)備前面的垂向的剪切風(fēng)以及水平的傾斜迎流，其中傳感器信息可以作為信號(hào)例如輸入用于降低加載到風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子101上的俯仰力矩361、363的裝置240中。相應(yīng)的風(fēng)速計(jì)可以布置在風(fēng)能設(shè)備周圍邊上或周圍中。從所測(cè)量的用于垂向的風(fēng)剪切和水平的傾斜迎流的值中可以推斷出轉(zhuǎn)子上由此產(chǎn)生的俯仰力矩并且用于求得用來設(shè)定方位角115的操作變量。
[0051]根據(jù)一種實(shí)施例，首先例如借助于應(yīng)變片測(cè)量，沿著到至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片上、優(yōu)選到所有轉(zhuǎn)子葉片上的沖擊方向測(cè)量轉(zhuǎn)子101上的俯仰力矩361、363。為此，例如可以使用傳感器252，如其在圖2中示意性地示出。從測(cè)量中產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)輸入用于處理測(cè)量信號(hào)并且發(fā)出額定方位角的控制單元中。該控制單元可以涉及圖2中所示的裝置240，該裝置在該實(shí)施例中構(gòu)造用于將額定方位角115作為操作變量發(fā)送到方位角驅(qū)動(dòng)器235上。構(gòu)造例如方位角調(diào)整單元形式的方位角驅(qū)動(dòng)器235，從而將風(fēng)能設(shè)備設(shè)定到預(yù)先給出的額定方位角115 上。
[0052]根據(jù)一種實(shí)施例，額定方位角115、也就是最佳的調(diào)整角度靜態(tài)地以特性曲線的方式保存在控制設(shè)備中，從而在純開環(huán)控制的意義上設(shè)定新的方位角115。作為替代方案，可以與俯仰力矩361、363成比例地或者積分成比例地調(diào)整并且由此閉環(huán)控制用于設(shè)定新的方位角115的移動(dòng)角。
[0053]在純開環(huán)控制的情況下首先在一個(gè)時(shí)間段上平均求得例如俯仰力矩信號(hào)形式的表示俯仰力矩361、363的信號(hào)，并且只有在超過或者低于閾值時(shí)才觸發(fā)所述開環(huán)控制。代替平均求值，也可以使用低通濾波、中位數(shù)求值或類似方式等其他形式。
[0054]根據(jù)一種實(shí)施例，作為操作變量求得最佳的調(diào)整角用來設(shè)定新的方位角115，該方位角在部分載荷范圍內(nèi)表示導(dǎo)致風(fēng)能設(shè)備的最大功率的方位角115。在全負(fù)載范圍內(nèi)，作為操作變量求得調(diào)整角，該調(diào)整角引起方位角115的設(shè)定，該方位角引起設(shè)備的最小載荷。
[0055]根據(jù)用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子的俯仰力矩的方法的一種實(shí)施例，可以使用其它測(cè)量參量，例如由機(jī)艙105上的風(fēng)向標(biāo)254求得的風(fēng)向、當(dāng)前的風(fēng)速、風(fēng)力設(shè)備的功率以及槳距角。傳感器數(shù)據(jù)于是可以借助于用于求得風(fēng)向的卡爾曼濾波器進(jìn)行組合。相對(duì)于借助于特性曲線的計(jì)算，由此進(jìn)一步改善了測(cè)量參量。
[0056]根據(jù)一種實(shí)施例，在圖2中所示的裝置240涉及方位角控制單元，用于俯仰力矩361、363的傳感器數(shù)據(jù)的信號(hào)輸入該方位角控制單元中，并且其產(chǎn)生方位角閉環(huán)控制策略，該方位角閉環(huán)控制策略在沒有傾斜迎流的垂向的風(fēng)剪切中引起轉(zhuǎn)子平面相對(duì)于風(fēng)向的傾斜位置。
[0057]所示出的實(shí)施例僅僅示例性地選出，并且能夠相互組合。
【權(quán)利要求】
1.用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子(101)的俯仰力矩(361、363)的方法，其包括以下步驟: 求得(573)用于設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角(115)的操作變量，通過該方位角引起轉(zhuǎn)子(101)的由作用到轉(zhuǎn)子(101)上的風(fēng)(110)引起的水平的傾斜迎流，以降低俯仰力矩(361)的由作用到風(fēng)能設(shè)備上的垂向的剪切風(fēng)引起的份額。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述求得(573)步驟中如此求得所述操作變量，使得通過俯仰力矩(363)的由水平的傾斜迎流引起的份額降低俯仰力矩(361)的由垂向的剪切風(fēng)引起的份額。
3.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，具有讀入(571)信號(hào)的步驟，該信號(hào)代表引起俯仰力矩(361、363 )的或者由俯仰力矩(361、363 )影響的參量，其中在所述求得(573 )步驟中在使用所述信號(hào)的情況下求得所述操作變量。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，具有在使用傳感器(252、254、256)的情況下檢測(cè)信號(hào)的步驟以及在使用所述操作變量的情況下設(shè)定方位角(115)的步驟。
5.按權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述信號(hào)代表由布置在轉(zhuǎn)子(101)的轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部上的應(yīng)變傳感器(252)、由布置在轉(zhuǎn)子(101)上的加速度傳感器、由光線光柵傳感器、由距離傳感器、由渦流傳感器、由測(cè)風(fēng)塔(256)或者由基于輻射的風(fēng)速計(jì)提供的信號(hào)。
6.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述求得(573)步驟中在實(shí)施開環(huán)控制方法或者實(shí)施閉環(huán)控制方法的情況下求得所述操作變量。
7.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中在所述求得(573)步驟中如此求得風(fēng)能設(shè)備的用于風(fēng)能設(shè)備的部分載荷運(yùn)行的操作變量，使得風(fēng)能設(shè)備的功率最大化；并且對(duì)于風(fēng)能設(shè)備的全負(fù)載運(yùn)行如此求得所述操作變量，使得風(fēng)能設(shè)備的負(fù)載最小化。
8.按上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述求得(573)步驟中在使用代表風(fēng)(110)的主要風(fēng)方向、風(fēng)(110)的速度、風(fēng)能設(shè)備的功率和/或風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的槳距角的值的情況下求得所述操作變量。
9.用于降低加載風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子(101)的俯仰力矩(361、363)的裝置(240)，其包括以下特征: 用于求得用來設(shè)定風(fēng)能設(shè)備的方位角(115)的操作變量的裝置，通過該方位角引起轉(zhuǎn)子(101)的由作用到轉(zhuǎn)子(101)上的風(fēng)(110)引起的水平的傾斜迎流，以降低俯仰力矩(361、363)的由作用到風(fēng)能設(shè)備上的垂向的剪切風(fēng)引起的份額。
10.計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，具有在程序產(chǎn)品于按權(quán)利要求9所述的裝置上運(yùn)行時(shí)用于實(shí)施或者控制按權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述方法的步驟的程序代碼。
【文檔編號(hào)】F03D7/00GK103867384SQ201310668733
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】F.黑斯, S.卡普 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司