用于通過(guò)轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)力矩使風(fēng)能設(shè)施定向的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于運(yùn)行風(fēng)能設(shè)施的方法。此 外，本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求9的前序部分所述的風(fēng)能設(shè)施。最后，本發(fā)明涉及一種根 據(jù)權(quán)利要求12的前序部分所述的用于風(fēng)能設(shè)施的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代風(fēng)能設(shè)施的特征在于大的功率以及進(jìn)而所伴隨的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸。近年來(lái)， 這些設(shè)施的數(shù)米轉(zhuǎn)子直徑的尺寸和數(shù)十至數(shù)百千瓦的初始功率發(fā)展到目前每設(shè)施高于百 米的轉(zhuǎn)子直徑和數(shù)兆瓦的功率。此外，風(fēng)能設(shè)施現(xiàn)今不僅架設(shè)在陸地上（岸上），而且也越 來(lái)越多地架設(shè)在高海上（離岸）。除了在傳動(dòng)裝置和發(fā)電機(jī)技術(shù)的領(lǐng)域中的技術(shù)發(fā)展以外 還嘗試尤其是解決材料負(fù)載的困難和風(fēng)能設(shè)施的最佳控制。在此面對(duì)的風(fēng)能設(shè)施具有支承 在被可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承的吊艙上的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)或四個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。
[0003] 在當(dāng)前的大的轉(zhuǎn)子直徑的情況下，不僅對(duì)于轉(zhuǎn)子的不同葉片觀察到顯著不同的風(fēng) 速和部分風(fēng)向，而且也在單獨(dú)的葉片中觀察到。這種在負(fù)載方面的差異不僅瞬間出現(xiàn)而且 也或多或少地在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中周期性地出現(xiàn)。此外，除了不同的風(fēng)速和風(fēng)向以外，還觀察 到空氣湍流、陰影和具有相應(yīng)偏轉(zhuǎn)力的局部加強(qiáng)的葉片負(fù)載。這些困難中的多個(gè)困難已經(jīng) 通過(guò)所謂的背風(fēng)轉(zhuǎn)子（Lee-Mufer )最小化，即設(shè)置在吊艙的背風(fēng)側(cè)上的轉(zhuǎn)子。兩葉或 多葉幾何結(jié)構(gòu)用于使構(gòu)造相對(duì)于典型的三葉設(shè)施明顯更不復(fù)雜。
[0004] 應(yīng)盡可能避免由于并非最佳的運(yùn)行狀態(tài)而產(chǎn)生的功率下降。例如，通常在轉(zhuǎn)子軸 線和風(fēng)向之間存在角度偏差、即風(fēng)向變化或吊艙向外轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式 追蹤，因?yàn)榉駝t設(shè)施的功率顯著下降。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)此通常將所謂的追蹤馬達(dá)安置在 吊艙上，所述追蹤馬達(dá)能夠使整個(gè)吊艙圍繞豎直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以追蹤風(fēng)向。
[0005] 在此缺點(diǎn)是，對(duì)于該再調(diào)節(jié)需要能量。此外，所產(chǎn)生的力大到使得通常高的追蹤速 度和低的能量耗費(fèi)被排除。而一般來(lái)說(shuō)應(yīng)能夠以盡可能少的調(diào)節(jié)量來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能設(shè)施在最佳 運(yùn)行狀態(tài)下的持續(xù)運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所基于的目的在于，提出一種風(fēng)能設(shè)施和一種相應(yīng)的用于運(yùn)行該風(fēng)能設(shè)施 的方法，以便克服現(xiàn)有技術(shù)的所描述的缺點(diǎn)。
[0007] 具有權(quán)利要求1的特征的方法實(shí)現(xiàn)所基于的目的。首先確定吊艙位置與額定位 置的角度偏差。該方法的特征在于，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片節(jié)距角被個(gè)別地和/或持續(xù)地調(diào) 整。所述調(diào)整這樣發(fā)生，使吊艙向額定位置轉(zhuǎn)動(dòng)以便追蹤轉(zhuǎn)子軸線。在此利用的是，通過(guò)改 變?nèi)~片節(jié)距角能夠?qū)⒉煌笮〉牧ψ饔玫讲煌娜~片上。為此，在垂直線的相對(duì)置的兩側(cè) 上的兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片節(jié)距角被不同地調(diào)節(jié)，使得因此通過(guò)不同的力獲得合成的偏轉(zhuǎn)力 矩?？傮w上，這引起轉(zhuǎn)動(dòng)力矩作用到吊艙上，使得所述吊艙在正確調(diào)整葉片時(shí)圍繞豎直軸線 轉(zhuǎn)動(dòng)。因此優(yōu)選沿風(fēng)向?qū)崿F(xiàn)吊艙的追蹤。此外，為此使用葉片節(jié)距角的為了匹配不同風(fēng)速 而存在的控制裝置。因此，葉片節(jié)距角（即轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平面的轉(zhuǎn)動(dòng)角）在 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)期間動(dòng)態(tài)地適配。由于大的轉(zhuǎn)子直徑和在每轉(zhuǎn)至少一秒、典型地為多秒的周期持 續(xù)時(shí)間內(nèi)的相應(yīng)小的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，動(dòng)態(tài)地且個(gè)別地、即單獨(dú)地調(diào)整每轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子葉片節(jié) 距角是可行的。
[0008] 優(yōu)選地，吊艙的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)風(fēng)力和/或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)。特別優(yōu)選地，在超出吊艙位 置與額定位置的預(yù)先確定的角度偏差、極限值時(shí)，首先進(jìn)行吊艙的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式轉(zhuǎn)動(dòng)以進(jìn)行 追蹤。角度偏差涉及吊艙的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向。極限值能夠預(yù)先確定，其中所述極限值尤其能 夠出于技術(shù)原因獲得。吊艙相對(duì)于風(fēng)向成90°角度例如引起：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)平面平行于風(fēng)向 并且因此轉(zhuǎn)子實(shí)際上不再能夠被驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行，優(yōu)選至少直至低于預(yù)先確定 的角度偏差。尤其是，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式追蹤能夠至少進(jìn)行至能夠通過(guò)風(fēng)力進(jìn)行另一追蹤。此外 優(yōu)選地，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行，至少基本上直至到達(dá)額定位置。以這種方式確保：通過(guò)馬達(dá) 驅(qū)動(dòng)力確保在偏差過(guò)大的情況下的追蹤，所述偏差通過(guò)僅由風(fēng)力引起的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)法被補(bǔ)償或 者僅能困難地補(bǔ)償。因此，低于預(yù)先確定的角度偏差，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)力和風(fēng)力都能夠用于追蹤。
[0009] 特別優(yōu)選地，吊艙的轉(zhuǎn)動(dòng)至少有時(shí)被抑制。該抑制、尤其是該抑制的強(qiáng)度尤其是可 設(shè)定的。優(yōu)選地，該抑制借助于至少一個(gè)抑制元件進(jìn)行。抑制元件尤其是具有可設(shè)定的和/ 或可調(diào)節(jié)的抑制效果，其中優(yōu)選抑制強(qiáng)度。抑制用于使自由轉(zhuǎn)動(dòng)的吊艙同時(shí)被穩(wěn)定地定向 并且能夠相對(duì)于通過(guò)改變?nèi)~片節(jié)距角引起的風(fēng)力而屈從以用于扭轉(zhuǎn)吊艙。抑制是必要的， 以便避免不期望的吊艙的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。特別優(yōu)選地，抑制通過(guò)馬達(dá)、尤其是電動(dòng)馬達(dá)、液壓動(dòng) 力系統(tǒng)（尤其液壓動(dòng)力的耦聯(lián)器和/或制動(dòng)器）進(jìn)行。
[0010] 此外優(yōu)選地，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)置地設(shè)置在轉(zhuǎn)子轂上的轉(zhuǎn)子葉片在相應(yīng)的節(jié)距角改變時(shí) 至少基本上相對(duì)于彼此以相反的和/或以反向的方式調(diào)整，優(yōu)選同時(shí)調(diào)整。由此優(yōu)選因改 變?nèi)~片節(jié)距角引起的力矩至少部分地被補(bǔ)償。此外，例如在相對(duì)置的轉(zhuǎn)子葉片從一個(gè)豎直 半空間到另一個(gè)豎直半空間的過(guò)渡部中，即在轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的上部的和下部的過(guò) 零點(diǎn)處，葉片位置相應(yīng)地匹配于用于每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的相應(yīng)的另一個(gè)半空間是必要的。
[0011] 優(yōu)選地，相對(duì)于風(fēng)向和/或沿風(fēng)向的定向和/或在轉(zhuǎn)子軸線和風(fēng)向之間的角度或 角度范圍被作為吊艙的額定位置的基礎(chǔ)。特別優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子軸線的定向至少基本上沿風(fēng)向 或者平行于風(fēng)向進(jìn)行。在該情況下，轉(zhuǎn)子獲得其最佳功率。尤其是進(jìn)行用于將風(fēng)向和當(dāng)前 的吊艙位置之間的角度偏差最小化的追蹤。
[0012] 特別優(yōu)選地，進(jìn)行當(dāng)前風(fēng)向和/或吊艙的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)角的測(cè)量，尤其是相對(duì)于塔和/ 或相對(duì)于風(fēng)向的定向的測(cè)量。所述測(cè)量尤其是用于優(yōu)選借助于控制裝置確定角度偏差。然 后，基于所述測(cè)量計(jì)算出相應(yīng)的角度偏差，以便由此出發(fā)確定用于控制風(fēng)能設(shè)施的運(yùn)行參 數(shù)的相應(yīng)參數(shù)。為了測(cè)量風(fēng)向，尤其是使用機(jī)械的、電氣的和/或支持輻射的測(cè)量?jī)x。優(yōu)選 地，尤其是考慮優(yōu)選具有風(fēng)速計(jì)的風(fēng)力顯示器、雷達(dá)、激光雷達(dá)等。替選地或補(bǔ)充地，通過(guò) 確定轉(zhuǎn)子葉片的負(fù)載也能夠確定吊艙相對(duì)于風(fēng)向的相對(duì)位置、即角度偏差。為此，轉(zhuǎn)子葉片 的尤其在轉(zhuǎn)子的不同轉(zhuǎn)動(dòng)位置中的不同負(fù)載被作為基礎(chǔ)，以便獲得對(duì)吊艙相對(duì)于風(fēng)的相對(duì) 位置的推斷。
[0013] 此外優(yōu)選地，確定吊艙的當(dāng)前位置或?qū)嶋H位置和/或吊艙相對(duì)于額定位置的角度 偏差。特別優(yōu)選地，角度偏差的確定基本上持續(xù)地進(jìn)行。更優(yōu)選地，這尤其是為了個(gè)別地調(diào) 節(jié)葉片節(jié)距角的設(shè)定而進(jìn)行。葉片節(jié)距角基于測(cè)量結(jié)果和/或尤其是基于所描述的邊界數(shù) 據(jù)來(lái)確定并相應(yīng)地設(shè)定。因此優(yōu)選實(shí)現(xiàn)：確保最佳地控制運(yùn)行參數(shù)。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，尤其是為了減小風(fēng)能設(shè)施的、尤其是轉(zhuǎn)子葉 片的負(fù)載而改變每個(gè)葉片的葉片節(jié)距角。對(duì)此優(yōu)選地，確定風(fēng)能設(shè)施的至少一個(gè)組件的當(dāng) 前負(fù)載，優(yōu)選至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的、尤其是每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的當(dāng)前負(fù)載。優(yōu)選地，尤其是通過(guò) 測(cè)量葉片彎曲、優(yōu)選借助于應(yīng)變測(cè)量，進(jìn)行至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的負(fù)載測(cè)量。為此尤其使用至 少一個(gè)應(yīng)變片。為此優(yōu)選分別為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片設(shè)置至少一個(gè)應(yīng)變片。因此，尤其個(gè)別地調(diào) 節(jié)葉片節(jié)距角能夠確保減小風(fēng)能設(shè)施的部件的負(fù)載。對(duì)當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)（如葉片彎曲）進(jìn) 行持續(xù)地和周期性地、即循環(huán)地響應(yīng)能夠尤其是通過(guò)例如由風(fēng)流產(chǎn)生的定期和/或不定期 的負(fù)載實(shí)現(xiàn)。
[0015] 本發(fā)明所基于的目的此外通過(guò)一種具有權(quán)利要求9的特征的風(fēng)能設(shè)施得以實(shí)現(xiàn)。 所述風(fēng)能設(shè)施尤其構(gòu)成用于執(zhí)行上述方法。該風(fēng)能設(shè)施具有帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片和優(yōu)選 兩個(gè)或四個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子葉片可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在被水平可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承的吊艙上。每 個(gè)轉(zhuǎn)子葉片與其余的轉(zhuǎn)子葉片無(wú)關(guān)地圍繞其縱軸線被可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在轉(zhuǎn)子轂上。在此，設(shè) 有至少一個(gè)用于將每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片圍繞其縱軸線個(gè)別地轉(zhuǎn)動(dòng)以改變?nèi)~片節(jié)距角的裝置。此 外，該風(fēng)能設(shè)施具有用于確定吊艙的實(shí)際位置和/或吊艙的位置相對(duì)于額定位置的偏差的 測(cè)量裝置。該風(fēng)能設(shè)施的特征在于，吊艙能夠通過(guò)設(shè)定和改變至少一個(gè)葉片的葉片節(jié)距角 而轉(zhuǎn)動(dòng)，以便將與額定位置的偏差最小化和/或以便到達(dá)額定位置。特別優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)子葉 片能夠圍繞其縱軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以便改變?nèi)~片節(jié)距角，使得因此實(shí)現(xiàn)吊艙圍繞其豎直軸線的偏 轉(zhuǎn)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，吊艙位置與額定位置的偏差應(yīng)被最小化或者風(fēng)能設(shè)施的部件的負(fù)載 應(yīng)被最小化。
[0016] 優(yōu)選的是，設(shè)有至少一個(gè)測(cè)量?jī)x，所述測(cè)量?jī)x用于確定當(dāng)前風(fēng)向和/或確定當(dāng)前 吊艙位置或轉(zhuǎn)動(dòng)和/或風(fēng)能設(shè)施的至少一個(gè)部件的負(fù)載。作為測(cè)量