用于运行风电场的方法与流程

本发明涉及一种用于运行风电场的方法并且本发明涉及一种风电场。

背景技术：

风电场是已知的，并且在所述风电场中联合有多个，至少两个，但是大多情况下明显更多的风能设备，并且风能设备在此通常经由场的共同的电网连接点将其电流馈入到电供给电网中。尤其在这种风电场中发生：至少两个风能设备彼此紧挨，使得一个风能设备经由风影响另一个。特别地，会发生：在特定的风向中，一个风能设备位于另一个后方，也就是说，位于另一个的避风侧。这种后方的、避风的风能设备由此可能会获得更弱的风和/或更湍流的风。这尤其会导致：该后方的风能设备仅能够产生较小的功率。这种现象也称为尾流效应。

原则上，该问题是已知的，并且大多情况下可能不相称的是，将风能设备彼此这样远地设置，使得这种效应完全不出现，因为由此非常多的能够架设风能设备的场地可能会未加利用。

在这方面，有问题的是，示例性地提及的这两个风能设备由不同的运营商运营。于是不仅整体上能够将风电场的多少功率馈入到电网中是重要的，而且多少设备实际受这种尾流效应影响也是重要的。在此尤其考虑：这两个风能设备中的一个在后架设从而另一个享受一定权利保护。如果这个较旧的风能设备此时在新建另一个较新的风能设备之后处于避风并且产生较少的功率，那么这对于较旧的风能设备的该运营商而言是相应不期望的。

但是也考虑其它情况，其中所不期望的是，后方的风能设备，即处于避风的风能设备受前方的风能设备影响。特别地，也会因前方的风能设备出现湍流，所述湍流不仅减少避风的后方的风能设备的功率，而且也会导致所不期望的机械上的附加负荷。因此，与基于当前的风速所可能产生的功率相比，避风的所述风能设备例如会产生更少的功率，尽管如此仍经受因所提到的涡流所引起的高的风负荷。在这种情况下，至少负荷与功率产生成不利的比例。

为了解决该问题，已经提出：关闭这种迎风的风能设备，以便不负面地影响相对于其位于后方的、避风的风能设备，尤其不经受风速的涡流，所述涡流在其它情况下可能因这种迎风设备而产生。

虽然这种状况很少出现，但是这种关闭自然对于应当被关闭的设备的运营商而言是所不期望的。

德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索了如下现有技术：gb2481461a、us2011/0208483a1、us2012/0133138a1、us2013/0156577a1、ep2063108a2和wo2015/039665a1。

技术实现要素：

本发明由此基于下述目的，针对之前所提到的缺点中的至少一个。特别地，应提出一种解决方案，所述解决方案考虑所提到的尾流效应但是仍应当避免关闭相应安装在前方的迎风的风能设备。至少应相对于迄今为止所已知的提出一种替选方案。

根据本发明，提出一种根据权利要求1所述的方法，据此每个风能设备分别具有吊舱，所述吊舱具有空气动力学的转子以及发电机，所述转子具有一个或多个转子叶片，这些风能设备中的每个风能设备的方位角位置是可变的，所述风能设备中的至少两个风能设备靠近地设置在一起，使得它们会根据风向经由风彼此影响，并且所述风能设备中的至少一个第一风能设备根据其方位角位置被下调，以便积极地影响用于沿着风向设置在第一风能设备后方的另一风能设备的风。

根据该方法运行的风电场，由此具有多个风能设备，所述风能设备分别具有吊舱和发电机。每个风能设备的方位角位置是可变的，也就是说，其相对于风的定向是可变的。此外，风能设备中的至少两个风能设备这样近地设置，使得它们能够根据风向经由风彼此影响。也就是说，如果风能设备中的第一风能设备从风向来观察处于另一个前方，那么尤其存在影响。由此，第一风能设备迎风而另一个避风。所述影响能够与各种因素相关。如果这两个风能设备的间距小于第一风能设备的十倍的塔高度，尤其小于第一风能设备的五倍的塔高度，那么无论如何都认为至少第一风能设备对位于其后方的风能设备有影响。

此时提出，该至少一个第一风能设备根据其方位角位置下调，以便积极地影响用于靠后的风能设备的风。尤其也将其理解为，与在不进行下调的情况中相比，风不被负面地影响或者更少地被负面地影响。也就是说，相对于第一设备未被下调的状况，所述下调改善了用于后续的设备的风况，而不需要关闭第一设备。

由此提出，第一风能设备继续运行，然而在其运行中经受减少。也就是说，风能设备不停止或关闭。

特别地，尤其将下调进行为，使得发生运行改变。这包括如下可行性：减小发电机功率、预设最大的发电机功率、减小转子转速、增大叶片角并且此外或者替选地预设最小的叶片角。

通过减小发电机功率，风能设备整体上也被设置到这种减小的功率上，并且相应地也从风中获取更少的功率，从而不那么强地影响风。结果是，通过该第一设备对于位于其后的设备而言风更小程度地被减小。此外或者替选地，风经受更少的涡流。

减少发电机功率能够通过相应的预设值实时根据存在的状况来执行。一种可行性也在于，预设最大的发电机功率。由此，发电机根据该最大的发电机功率来引导并且相应地能够不设置更低的发电机功率。如果也能够实行对发电机功率的其它调节干预，例如该第一风能设备由于之前所描述的降噪而在其功率方面被下调，那么这种预设是尤其有意义的。通过最大值的这种预设，能够避免冲突，其方式是，在因不同的原因而存在不同的功率界限时，以简单的方式使用最小的值来进行调节或下调。由此能避免不同的功率期望值的冲突。

下调的另一可行性或者补充的可行性在于，减小转子转速。特别地，转子转速会对用于设置在该第一设备后方的风能设备的风产生不可忽略的影响。在此，也能够预设最大的转子转速。相对于直接预设的转子转速的优点，能够类似于关于预设最大的发电机功率所阐述的那样通过在预设多个转速时避免冲突来产生。此外，并且也再次适用于预设最大的发电机功率的是，在此也能够根据方位角位置来预设固定值，所述方位角位置是下调的基础，所述固定值当所述设备还是第一次必须起动时例如也存在。于是，这些值已经存在并且能够以简单的方式方法被考虑。

此外或者替选地，下调能够通过如下方式进行：增大叶片角。特别地，该叶片角对于风能设备的所有转子叶片而言同样地增大。这对于在此被减小的该第一风能设备而言能够像减小风速那样起作用。叶片角的增大就此而言被认为是叶片迎角的变差，使得从风中获取更少的功率并且相应地也更少地影响用于后续的风能设备的风，尤其更少地减小所述风和/或所述风经受更少的涡流。

针对使用叶片角作为进行下调的可行性，也提出：预设最小的叶片角。在此，将叶片角的增大理解为朝向顺桨位置调节叶片。而在部分负荷运行中固定地设置值的情况下，存在位于1°至10°之间的很小的角。特别地，这种小的，即最佳的角可为5°。

通过预设最小的叶片角，在此也能够应对可能的冲突，如果出于另一原因也期望叶片角增大的话。在此于是也能够预设不同的最小的叶片角并且这些不同的预设能够通过如下方式被考虑：从这些最小的叶片角选出最大的作为下限。

下调的所提到的可行性的组合也是可行的。特别地，也能够通过调节叶片角来实现功率减小和/或转速减小，以仅作为一个实例列举。

根据一个实施方式提出，对于根据方位角位置的下调而言预设方位角区域，使得如果风能设备具有位于预设的方位角区域内部的方位角位置，那么实行所述下调。作为下调前提的方位角位置的检查，由此能够以简单的方式方法通过预设这种方位角区域来实施。通过预设这种方位角区域，也能够考虑具体的条件，特别地，方位角区域根据第一风能设备和靠后的风能设备之间的间距能够是不同大小的。相应地，能够选择相应大小的方位角区域。

优选地，为此提出：当不再存在用于下调的标准之后，下调仅在预定的延迟时间之后才撤除。这尤其对于根据方位角区域的下调而言也是有利的。如果风能设备的，即吊舱的位置离开方位角区域，那么并非立即撤除下调，而是首先等待预定的延迟时间过去。如果在该时间中吊舱又返回方位角区域中，那么风能设备能够在下调的运行中继续运行。特别地，如果吊舱位于方位角区域的边界的区域中，那么由此能够避免持续的下调和下调的撤除。

根据一个实施方式原则上提出，下调附加地根据方位角位置也根据风速来进行。不仅在风速非常低的情况下而且在风速非常高的情况下，能够弃用下调或者该下调以更小的强度进行。在风速非常小的情况下，第一风能设备，即迎风的风能设备对于位于其后方的设备的影响能够是小的，使得下调能够是不需要的或者是不那么强地被需要的。在风速尤其高，尤其高于额定风速的情况下，虽然出现对用于后续的风能设备的风的显著减弱，但是仍引起后方的高于额定风速的风并且就此而言后方避风的风能设备仍获得额定风并且能够相应地以额定功率运行。

对于该标准也提出，如果该标准消除，那么下调仅在预定的延迟时间之后才撤除。也就是说，如果风速提高到高至使得不再需要进行下调的值，那么根据该实施方式首先仍等待预定的延迟时间过去，直至下调实际上被撤除。当风速取得高的值，使得出于所述原因不再需要进行下调时，也提出类似的方法途径。于是根据该实施方式也提出，首先等待预定的延迟时间过去并且仅当在此期间风速不再次过大程度地下降时才下调。

这是当不再存在用于下调的标准之后等待预定的延迟时间过去的多个实例。但是，原则上也能够考虑其它用于下调的标准，针对这些标准也能够有利的是，首先等待预定的延迟时间过去，直至下调再次被撤除。

根据另一设计方案提出，下调根据至少一个另外的标准来执行，也就是说，根据风速来执行，如在上文中已经阐述过的那样，和/或替选地根据其它风条件例如阵风来执行。

在阵风高的情况下，尤其在出现相对多的阵风，例如每分钟五次阵风的情况下，例如能够不进行下调。由此可以考虑：在阵风强的情况下出现较少的层流干扰从而迎风的第一风能设备不那么强地影响或改变用于避风的后续设备的风。

由此提出，阵风性，并且此外或者替选地，所存在的风的阵风频率需一起包括到所述方法中。对阵风的一个可行的限定是，在数秒内，例如在最大20秒并且至少3秒内持续不断地超过风速的所测量的1分钟平均值至少3m/s。阵风也能够经由当前的风速与10分钟平均值的比较来执行，其中更小程度的超出，例如在1.7m/s的范围中的超出，能够被视为阵风。相应地能够确定阵风从而也可行的是，对阵风计数从而确定其频率，即每时间间隔的发生次数。

根据一个实施方式提出，方位角区域根据阵风性并且此外或者替选地根据风向的所检测到的不稳定性来改变。优选地，在这方面方位角区域增大。

在另一实施方式中提出，至少第一风能设备具有多个预设的方位角区域，在这些方位角区域中实行下调。就此能够考虑不同的风向，所述不同的风向引起：不同的风能设备关于该第一风能设备位于其后，也就是说，处于避风中。在此，这些方位角区域能够是不同大小的并且也能够引起该第一风能设备的不同的特性，尤其引起不同的下调特性。方位角区域也能够相交。

如果例如设有两个方位角区域，所述方位角区域引起不同的最小的叶片角，那么能够经由此实现在这两个区域中的不同的下调。如果这两个区域重叠，那么能够通过预设各一个最小的叶片角避免在该重叠区域中的冲突，因为从该最小叶片角中选出最大的从而也遵循更小的最小叶片角。这就此而言仅是一个具体实例。

优选地，根据方位角位置或根据方位角区域来执行下调，使得沿着风向设置在第一风能设备后方的其它风能设备，即避风的设备，与在不下调第一风能设备的情况中相比获得更多的风功率。为此尤其提出，如果位于第一风能设备后方的风能设备，也就是说，如果避风的风能设备在节流的运行中工作，那么停止下调或者较小程度地下调。

这基于如下认识：下调在特定的情况中能够不发生。通过下调迎风的风能设备，避风的风能设备与在不进行下调的情况中相比获得更多风。但是如果避风的风能设备处于节流的运行中，那么其无论如何都已经产生更小的功率。已经获悉，在这种情况下迎风的风能设备的下调能够是可有可无的。

节流的运行常常导致被调节的转子叶片，所述被调节的转子叶片至少略微从风中转出从而对于涡流也是不那么易受影响的，所述涡流可能通过迎风的风能设备产生。

优选地，如果位于第一风能设备后方的风能设备，即避风的风能设备在降噪的运行中工作，那么停止这种下调或者更小程度地下调。能够设置这种降噪运行，以便例如不干扰风能设备附近的居民。在此，这种降噪运行在风电场中可仅设置用于一个或多个风能设备，但是不一定用于所有风能设备。降噪运行与许多边缘条件相关，尤其与相关的风能设备离居民多近相关，以便在下文中继续使用该实例。也就是说，例如能够考虑：一个风能设备在降噪运行中工作，尤其由此在功率降低的运行中工作，也就是说，与基于风况所可能产生的功率相比产生更小的功率。在这种情况中，位于其前方的风能设备，即迎风的风能设备不需要下调或者不需要如此强地下调。

根据一个实施方式提出，下调以一个梯度来执行。这尤其涉及第一风能设备，如果所述第一风能设备从未下调的状态改变为应当被下调的状态的话。于是，例如预设最大的发电机功率的值，和/或预设最大的转子转速的值，和/或预设最小的叶片角的值。但是，所述设备并非切换到这种新的运行状态上，其中在此认为：当前的运行高于该最大的发电机功率或高于该最大的转子转速或低于该最小的叶片角，而是所述设备以至少一个梯度控制到该新的运行点。如果执行所提到的运行改变中的多个运行改变，那么也能够设置不同的梯度。

这不仅是为了减轻设备控制装置本身的负荷，即例如避免转子叶片的突然调节。所引起的功率减少尤其也能够对被馈电的电供给网络产生所不期望的效果，这通过使用一个或多个梯度来避免或者降低。

根据本发明，也提出一种风能设备，所述风能设备配置用于在风电场中运行，其中风电场借助于根据之前所阐述的实施方式中的至少一个实施方式所述的方法来运行，并且风能设备根据其方位角位置来下调，以便积极地影响用于沿着风向设置在所述风能设备后方的其它风能设备的风。这种风能设备由此设立用于工作为，使得所述风能设备对于沿着风向设置在其后方的风能设备能够通过下调来实现：位于所述风能设备后方的该风能设备不因该第一风能设备经受功率损失或者充其量仅经受小的功率损失。

此外，根据本发明提出一种风电场，所述风电场具有至少一个如在上文中所描述的那样的风能设备。在此，风电场是多个风能设备的聚集，所述风能设备尤其经由共同的电网连接点向供给电网馈电。本发明在此涉及该场中的风能设备的有利的运行特性。在此，重要的是风能设备经由风的相互影响，其中这种相互影响在一个风向中大多仅涉及第一风能设备对位于其后方的第二风能设备的影响，很少反过来。

由于这种经由风的关联性，一个风能设备关于另一风能设备也能够满足根据本发明的标准，尤其实施根据本发明的方法，而这两个风能设备并不强制经由同一电网连接点馈电。

附图说明

接下来根据实施例示例性地参考附图详细阐述本发明。

图1示出风能设备的立体视图。

图2在两个风能设备的示意性俯视图中图解说明变化的风场。

图3示意性地根据时间图阐述两个风能设备的可行的功率曲线，这两个风能设备例如在图2中所示出的那样。

图4示出风电场的示意图。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108和导流罩110的转子106。转子106在运行时通过风进入旋转运动从而驱动吊舱104中的发电机。

图4示出具有示例性三个风能设备100的风电场112，所述风能设备能够是相同的或者不同的。三个风能设备100由此基本上代表风电场112的任意数量的风能设备。风能设备100经由电的场电网114提供其功率，即尤其所产生的电流。在此，各个风能设备100的相应产生的电流或功率相加，并且大多设有变压器116，所述变压器升压变换场中的电压，以便随后在馈入点116处馈入到供给电网120中，所述馈入点也一般称为pcc。图2仅是风电场112的简化视图，所述简化视图例如未示出控制装置，虽然自然控制装置是存在的。场电网114例如也能够不同地设计，其中在每个风能设备100的输出端上例如也存在变压器，仅作为另一实施例列举。

在图2中在非常示意性的俯视图中示出两个风能设备的装置，即第一风能设备1和第二风能设备2，其中第一风能设备1关于第二风能设备2迎风设置并且相应地第二风能设备2关于第一风能设备1避风设置。为了图解说明，图2示出理想的风场4，据此应当通过相同长度和相同方向的多个箭头阐明：风相同强度地并且沿着相同的方向吹。这种理想化的风场由此碰到第一风能设备1上或者其作用到第一风能设备1上。

于是以如下为出发点：受该理想的风场4所决定，通过第一风能设备1产生下游的风场6。该下游的风场6以图解说明的方式从风向来观察在第一风能设备1后方并且再次直接在第二风能设备2前方示出。就此而言，在此简化地以如下为出发点：该风场6在该路径上不再改变。这虽然是理想化的，但是足以用于阐述本发明。

至少在下游的风场6中通过不同长度的箭头表明：风此时是不同强度的。在图2的该图解说明中不探讨涡流效应。相应地可以看到，理想的风场4通过第一风能设备1在第一风能设备1的区域中减弱并且相应减弱地碰到第二风能设备2上。

为了补偿第二风能设备2所遭受的这种减弱，此时提出，下调第一风能设备。由此，下游的风场6的减弱能够不那么强并且至少也能够降低在下游的风场6中的湍流，这图2并未示出。

第一和第二风能设备1和2的方位角位置8是可变的，这通过各一个弯曲的双向箭头来图解说明。第一风能设备1对下游的风场6的影响原则上与风向无关。然而，下游的风场的这种改变仅针对如下风向涉及第二风能设备2，所述风向大致对应于图2中所存在的风向。该风向的小的偏离也能够引起作用到第二风能设备2上的效应并且图2为此示出方位角区域10。如果风向来自于位于该方位角区域10内部的方向或者第一风能设备1的方位角位置相应地位于该方位角区域10中，那么提出第一风能设备的下调，以便有利地影响后方的风能设备2。

但是，如果风速位于该方位角区域10之外或者第一风能设备1的方位角位置位于该方位角区域10之外，那么认为：第一风能设备1不影响第二风能设备2或者不显著影响第二风能设备。于是相应地提出：第一风能设备不下调。

风向是否位于方位角区域10中和第一风能设备1的方位角位置是否相应地位于方位角区域10中，应当大致相符，其中能够存在轻微的偏差，所述偏差也可能是一时的。实践中提出，使用第一风能设备的方位角位置作为标准，因为这可简单地检测并且能够以简单的方式方法在设备控制装置中作为信息存在。风向的测量或者评估由此能够是不必要的。

图3在图表中图解说明两个风能设备的可产生的功率的三个可行的曲线，如在图2中简化示出和设置的那样。就此而言，为了进行示出，能够以如下为前提：第一功率p1由根据图2的第一风能设备1产生而第二功率p2由根据图2的第二风能设备2产生。

此外，在图3中绘制理论上可由第二风能设备2产生的功率p’2，如果风能设备1未下调，那么所述功率p’2是可预期的。在图3的图表的横坐标上绘制时间t，其中绝对值并不重要。例如画入时间20:00点，即晚上8:00点，因为在所述时间点可能会因为关于降噪的规定而实行功率的降低，这在此用作为例证。功率p的绝对值不重要，以至于坐标系不具有功率p的值。可认为：最上方示出的功率曲线例如略低于相应的设备的额定功率。简化地，在此能够基于具有相同的额定功率的两个相同的风能设备。

此时从图表的第一半部中，即在所绘制的时间点20:00点之前，可以看到，第二风能设备2产生相对高的功率p2。第一风能设备1已被下调并且由此仅产生较小的功率p1。在不下调的情况下，第一风能设备1可能产生类似于在该处在左区域中通过p2表示的功率那样多的功率。但是应指出的是，该图3是图解说明性的并且第一风能设备1的所提出的下调也能够是明显更小的。

图3此时示出：通过将第一风能设备1下调到功率值p1上，第二风能设备2与在不下调第一风能设备1的这种情况中相比，能够产生更多的功率，即根据p2的功率，也就是说产生大于通过p’2表示的功率。

例如在晚上8:00左右，于是在所示出的实例中假设，第二风能设备2例如应当为了降噪而减少其功率产生。相应地，第二风能设备2的功率p2被降低到该低的值上。可以看到，如果第一风能设备1不被下调，那么该降低的功率小于该第二风能设备2所能够产生的功率p’2。由此，第二风能设备2此时，即在晚上8:00之后，总归不产生在不下调第一风能设备1的情况下此时其所能够产生的功率值。相应提出，第一风能设备1不下调，并且相应地，第一风能设备1的功率p1能够被升高到晚上8:00之后所示出的较高的值上。也可以看到，第一风能设备1在晚上8:00之前的下调的离开，以侧沿20伸展至晚上8:00之后的未下调的功率值p1，对于所述侧沿而言能够预设梯度。

图3由此图解说明关于功率的下调或不下调的可行性和作用。在下调功率时的所述图解说明也可有意义地转用到其它运行状态，尤其转速上。

本发明至少根据一些实施方式提出，不在特定的区域内停止风能设备。因为这在许多驻地处不一定是需要的并且所述设备替代于此能够以减少的最大功率或者较大的最小叶片角继续运行，所以提出区域的下调来替代区域的关闭。此外，提出并且能够提供多个，尤其八个区域来进行下调。

补充性地，也能够进行区域的关闭。只要最小叶片角在控制装置中被参数化为大于预定的值，尤其大于45度，那么尤其提出这种情况。优选地，用于关闭的这种最小叶片角被设置为90度。

根据至少一个实施方式，也提出下述方案。

风能设备的有功功率能够根据吊舱定向和风速来下调，以便减少在风电场的后续的风能设备处的湍流和由此产生的负荷，即所谓的尾流效应。风能设备例如能够通过如下方式下调：选择性地对最大的有功功率限界和/或确定最小叶片角。

为了进行区域的下调，能够在风能设备的控制装置中限定高达八个区域，所述区域能够任意地彼此相交。在此，对于每个区域必须分别确定初始角和终止角，其中方向北能够对应于0度的值。对于每个单一的区域而言，此外能够限定最小的和最大的风速。

对于每个以这种方式限定的区域，此时能够选择性地给出最大的有功功率和/或最小叶片角。如果区域相交，那么确定和采用最小的最大有功功率和最大的最小叶片角。

为了防止功率突变，能够确定用于提高和降低最大有功功率的梯度。该值根据一个实施方式适用于所有区域。叶片角的改变例如限制于每秒最大0.5度。

如果吊舱在所限定的区域中的一个之内定向并且风速的平均值在一分钟的时间段内位于所属的风速范围之内，那么根据一个实施方式由控制装置采用最大有功功率和最小叶片角。风能设备相应被下调。如果吊舱离开该区域或者风速位于预设的区域之外，那么下调在尤其为60秒的延迟时间过去之后才被撤除。

以这种方式防止：风能设备例如在阵风情况中始终在正常的运行和下调的运行之间改变。

如果最小叶片角预设为大于45度，那么风能设备根据一个实施方式停止并且最早在10分钟的延迟时间过去之后重新起动。

如果风能设备通过所描述的区域下调来下调或停止，那么产生相应的通知。该通知在风电场服务器中保存。以这种方式能够在任何时间得知在哪个时间段风能设备以下调的方式运行或停止。

区域下调的设置能够经由远程监控看到。

如果区域下调经由梯度开始或撤除，那么该梯度对于功率改变而言例如可为50kw/s至500kw/s。