专利名称：用来调节风能设备的方法和风能设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来调节风能设备的按权利要求1前序部分的方法以及一种按权利要求17前序部分的风能设备。
背景技术：
已知的方法用在具有一带至少一个转子叶片的转子的风能设备中，其中转子叶片以一可调的转子叶片角相对于转子设置。通过已知方法在规定的风速范围内在调整转子叶片角的情况下调节转子转速，以调整规定的功率。
为了更好地理解，下面应该借助于在图1中所示的作为风速函数的功率及转速特征曲线说明风能设备的调节。
目前实际上在大多数风能设备中发生的通常的功率及转速特征曲线具有两个区。
功率及转速特征曲线的第一个区是较低的部分载荷区UB，它从所谓的接通风速VE开始并终止于额定风速VN。接通风速是风能设备开始发出有效功率的风速。在风速低于接通风速VE时，由转子产生的功率仅仅满足传动链必要的功率损失以及本身的需要。
在较低的部分载荷区内随着风速的加大直至达到额定风速VN，功率和转速也增加。这时转子叶片角基本上保持不变，转速通过与转速有关的扭矩调节或控制。功率根据转子所接受的与风速有关的风能调整，在较低的部分功率区转速曲线具有两段a和b，其中a段沿转速下限Ω形成平顶线。在第二段b内转速随风速直线上升(以最佳的高转速运行)，直至以额定转速到达转速上限为止。可以在额定风速时达到额定转速，但是大多在此前已经达到额定转速。
额定风速VN是风能设备的功率刚刚相当于风能设备的所谓额定功率时的风速。
功率及转速特征曲线的第二个区域是所谓的额定功率区NB。额定功率区从额定风速VN开始并终止于关断风速VA，其中在额定功率区内在调整转子叶片角的情况下调节转子转速，以调整额定功率。关断风速VA是设备在输出功率时运行允许的最高风速。在风速高于关断风速时通过调整转子叶片来调节额定功率的风能设备便不能正常运行，因为由于额外作用强的机械负荷会导致设备的损坏甚至摧毁。因此目前标准是，在到达关断风速时关掉风能设备。
一般风能设备的电能输送给公共电网。但是在关断风速时突然关掉风能设备特别是在具有大量风能设备的地区可能导致公共电网内的电压或频率突降。因此力求不突然关停设备，而是通过缓慢减小功率停机。
随着功率的减小，除了电网的承受能力外，仍然可以允许设备继续运行，尽管已经超过关断风速，而不会由于随风速增大而上升的机械负荷损坏设备。
例如由EP 0 847 496 B1已知一种从到达关断风速起根据风速调节功率和运行转速的方法。
在图2中举例表示按已知方法的功率及转速特征曲线，它们与上面讨论的特征曲线相比具有一第三区，即上部分载荷区OB。它从到达基本上相当于迄今的关断风速的极限风速VGrenz开始。
由DE 198 44 258 A1还知道一种方法，在达到规定风速时通过此方法降低功率。但是在到达一低于关断风速的风速时已经开始降低功率。
两种由现有技术已知的方法的共同点是，在上部分载荷区内从到达规定的极限风速起根据测出的上升的风速进行功率调节。但是在实际上在上部分载荷区内根据测量的风速进行设备的调节转换被看作是非常有问题的。
风能设备在上部分载荷区内运行意味着，风能设备由于高的风速承受高的负荷。其中原因是，气流不再是稳流而是涡流。涡流意味着，风撞击转子表面时的速度不是在转子的任何部位都一样的，而是风能不同地分布在整个转子表面上。也就是说，在转子的一个或几个区域上受到特别大的风力作用。同时在转子的另一个或另几个区上只受很小甚至没有风力，因此在大的涡流时设备经受非常强的交变载荷，这可能立即或长期损坏设备。在大的风速时能量波动和因此还有交变载荷特别大。
因此对于在上部分载荷区内的功率和转速调节希望，除了考虑风力外还考虑在这个风速范围内由于涡流造成的上面所述的交变载荷。
因此对于采用已知方法要求，所测量的作为调节的基础的风速反映实际上占优势的风力状况。但是迄今为止没有这种可以可靠地求出这种风速的面向应用的方法。
已知借助于吊篮测量仪进行风速测量。但是这里一方面牵涉到一种在已知程度上比较不精确的测定方法，因为测定通过风力转子强烈失真。转子的影响区在转子前面至少是一个转子直径、在后面是3倍转子直径。因此不可能进行不受干扰的测量。另一方面用这种测量方法只能测量风场中一个点状区域的风力状况。但是用这种已知方法不可能，给出在整个转子上实际存在的涡旋的风速。
由许多公开资料，例如WO 2004 077 068 A1或DE 101 37 272 A1已知为了三维测量风能设备前的风力状态采用所谓的LIDAR或SODAR系统。这特别是与Windpark相结合被描述为有价值的。
这些系统迄今为止在实践中仅仅个别使用，因为它们还没有充分验证。此外LIDAR和SODAR系统非常贵，因此由于成本原因迄今为止不能设想每台风能设备配备一个这种系统，因此采用这种系统来测量实际风力状态迄今是不可行的。
此外由EP 1 230 479 B1已知一种方法，其中通过设置在转子叶片内的传感器测量转子叶片的机械载荷，求出的载荷值例如可以用来调节设备。EP 1 230 479 B1的图2表示一图表，其中表示功率与风速的关系，EP 1 230 479 B1的图3表示一图表，其中表示测量的叶片负荷与风速的关系。
如EP 1 230 479的图2和3中可以看到的那样，按EP 1 230 479的图2在必须开始降低功率的风速区内叶片负荷具有一平顶形曲线。这意味着，通过调整转子叶片角和与此有关的减小转子叶片的风力作用面，转子叶片的机械载荷平均来说基本保持不变。因此叶片载荷不能用作用来控制在上部分载荷区内的功率及转速特征曲线的调节的调节量，因为这种调节只能随平均叶片载荷的显著变化才起作用，这按照图3不具备。短时间的载荷高峰虽然可以用来调节风车，例如以确保转子叶片的叶片尖端不与铁塔碰撞。但是借助于尖峰载荷调节功率和转速没有好处，因为功率由于电网承受能力的原因并且转速由于风车大的惯性只能缓慢改变，但尖峰载荷早就衰减。
因此这种方法仅仅提供在上部分载荷区内测量转子叶片机械负荷和在上部分载荷区内调节时考虑求出的数据的可能性。但是在上部分载荷区内根据所求出的载荷值可实现的设备调节没有公布，因此在EP1 230 479的方法中在上部分载荷区内也只能根据风速进行调节。
综合上述方法得到，迄今为止已知，在上部分载荷区内根据风速来调节功率和转速。但是因为迄今为止不可能不用高成本求出反映实际风力状态的风速，上面所述的方法具有很大的缺点，即它们在实际上很难实现。
用已知的现有技术迄今为止没有找到一种方法，它特别是对于几兆瓦的设备可以实现在例如25至35m/s或25至40m/s之间的风速范围内降低功率运行，而能有效排除风能设备负荷的加大。此外特别是在风速大时，这时风速的波动带来吹入能量的大的波动，由现有技术已知的调节算法非常容易引起振动。由于这个原因上述方法迄今为止在实际上几乎没有使用。
因此功率或转速降低不应该根据测量的风速，而应该根据输入量进行，它一方面可用物理和控制技术方便地测量，另一方面是更好的用于设备负荷的信号。
发明内容
本发明的目的是创造一种更好和更可靠的用来从到达规定极限值起调节风能设备以及用来改善电网承受能力的方法。
这个目的用具有权利要求1特征部分的特征的风能设备调节方法及具有权利要求17特征部分的特征的风能设备实现。
在推荐的风能设备调节方法中转子在紧接在下部分载荷区后面的额定功率区直至到达规定的极限值内以基本上保持不变的额定功率转速运行。在超过极限值时转子在上部分载荷区内通过降低转子转速低于额定功率转速运行。
额定转速是指这样的转速，在这种转速时风能设备在额定风速时达到其额定功率。而额定功率转速表示风能设备可以提供额定功率的转子转速。额定功率转速不一定要等于额定转速，而是可以具有在额定转速左右的值。这个范围通常包括额定转速的约+/-10％，但不一定局限于此。
按照本发明设想，从到达极限值起转子转速根据转子叶片角调整。
本发明提供这样的优点，即在超过极限值后作为转子转速调节的输入量不采用由现有技术所知的、如上所述其测量非常困难的测量的风速来调节，而是利用转子叶片角，它可以方便地求出。对于本发明的方法而言，可以完全等值地利用发电机转速代替转子转速。
其次本发明以这样的看法为基础，即调整的转子叶片角提供比测量的风速好得多的关于设备负载状况的信息。其原因是，叶片角的调整根据转子功率和转子转速进行，因此通过调整的叶片角不仅反映风速，而且还考虑了其他因素，例如实际的风向、空气密度、垂直和水平的风梯度、风涡流、机器动态性能等。
因此调整的转子叶片角反映由转子通过整个转子表面统一接收的风能，而用风速计测量的风速只反映在风速计区域内风场的一点提供的能量。
相应地与长期束流行的学术观点不同，由于复杂的物理关系在测量的风速和转子叶片角之间没有确切的对应关系。这也由测量得到证实。
为了清楚表明上面的说法，这里应该参考图4。图4表示大量叶片角随风速变化的函数，如在风能设备正常运行中在涡流风时所测量的那样。
由图可见，一个叶片角，例如15度，既可以对应于13m/s的风速，也可以对应于26m/s的风速，或这两个风速之间的任何一个值。测量值这么大的分散除了上面所列的因素外还归结于，风能设备的调节涉及到剧烈的动态过程，但是它们对实际的负载状态有重要意义。
因此图4证实，在风速和叶片角之间实际上不存在单值关系，而仅仅是一种粗略的关联，这对于精确的调节，如对于一个大型风能设备在上部分载荷区内的功率输出所需要的那样，是不够的。
此外图4表示，由于这个原因叶片角是比风速好得多的输入参数，因为这是一个可方便地测定其数值的参数，相反风速在转子表面上可能有剧烈波动。
因为在上部分载荷区内设备调节的目的是，即使在高风速时设备也可以运行，而不会由于过载使设备受到损坏，所以必须需要考虑上述参数，如风向、风涡流等等。通过本发明用令人意想不到地简单的方法通过在上部分载荷区内根据叶片角调节可以做到这一点。
上述影响的一部分肯定可以通过足够长时间的风速平均值消除。但是如后面还要详细说明的那样，15秒钟的平均值只能使波动略微减小，而几分钟的平均值，如建立一半程可接受的关联所需要的那样，只会使调节变得不希望地迟钝。
各种影响例如空气密度效应导致季节引起的波动。例如已知，在冬季和夏季之间出现温度变化剧烈的安装地点也可能出现显著的空气密度波动，它们直接影响风能设备的负荷。通过根据叶片角降低功率完全考虑了这种效应。此外有利地避免按经验的引起误差的有关调节参数与和高度有关的安装地平均完全密度(这例如在安装地点是山区时是必要的)的匹配。
为了更好地探测所述效应，在现代风能设备中叶片角常常不仅根据转子功率和转子转速，亦即根据在更广泛的意义上表示风能在整个转子表面上的积分的物理量进行调节，而且叶片角也可以根据测量或计算求出的(估算的)负荷来调节。
按本发明的方法设想，操纵装置持续地监测转子叶片角，在低于极限值时操纵计算机这样地调节转速，使得达到最佳的能量收益，亦即转子以运行范围内最佳的转速理论值运行。通常通过叶片调整和发电机扭矩和功率调节的组合保持理论转速，对此在现有技术中作了足够精确的描述。从到达极限值起通过一规定的理论值函数根据转子叶片角降低转子转速，亦即离开额定功率转速。到此为止所说明的转速调节始终牵涉到转速理论值的规定值，它例如用作叶片调整的调节输入量，但是暴风或负暴风，像在极限值之下正常运行时那样，进一步导致围绕理论转速的动态波动，然后它必须通过叶片角和也许还有发电机扭矩的动态调整校正。
如在现有技术中在设备在额定功率区内运行时所知的那样，转速基本上继续通过调整叶片角调节，亦即根据转速偏差(理论转速—实际转速)改变叶片角，以保持理论转速。也就是说这里牵涉到具有简单信号反馈的经典调节回路。
在上部分载荷区内运行时按照本发明同样通过调整叶片角调整转速。但是附加地根据叶片角控制理论转速，亦即不仅根据转速偏差改变叶片角，而且叶片角的任何变化同时导致转速偏差的改变(通过改变理论转速)。因此采用转速偏差来调节叶片角，理论转速的改变也造成随后叶片角的改变。用图像来说理论转速的改变相应于调节目标的改变。就此而言这里牵涉到一种双重信号反馈。对样品的模拟和测量显示这种调节回路可稳定地运行，并且本发明的方法在适当选择参数的情况下毫无问题地工作。
转子转速的降低通过例如以表格或函数形式的理论函数(转速关于叶片角的函数)实现，它在考虑转子空气动力学性能和负荷的情况下求出。因此为了达到最佳的结果，需要对每种叶片类型和每种设备版本迭代求出理论函数，要不通过计算机模拟计算要么通过场试验，然而它们非常费时。
因此本发明一种有利的实施形式设想，转速关于叶片角的理论函数在考虑涡流风力条件下的设备负荷的情况下通过模拟计算求出和/或优化。
这里用来求出和优化按本发明的风能设备调节的转速叶片角特性曲线的方法设想，特别是用包含正的风速突变的涡流风时间序列试验调节性能，亦即平均风速从例如26m/s突然升高到35m/s，在这种情况下风力透平机的过载危险特别大。
如果这里所出现载荷超过许可载荷，那么便改变转速叶片角特性曲线、调节参数和/或调节算法。作为另一种选择当然也可以证明，机器的所有部件能经受更高的负荷。
这里在对于一5兆瓦的设备的模拟计算中得出结论，在极限值范围内必须比较迅速地减小转子转速，以便使负荷保持在允许范围内。为了不使功率同样迅速下降，必须附加地相对于由下部分载荷运行得知的与转速有关的特性提高发电机扭矩。但是这种初看较复杂的方式最终结果有这样的优点，即可以这样地设计调节装置，使得所出现的负荷不高于在到达极限值时关掉设备的情况下出现的负荷，或者可以更好地调节，因此例如可以提高设备的运行耐久性，尽管如此可以实现由于电网承受力的原因所希望的功率缓慢下降。
作为极限值例如可以采用如由现有技术所知的确定的关断速度。就像在讨论现有技术时详细说明过的那样，测量实际存在的关断速度是一个大问题。
按照本发明一种有利的结构，确定的转子叶片角也可以用作极限值，例如像在DE 103 00 733 B3中所述的那样。
按照本发明另一种有利的结构，转子叶片角做成许多转子叶片角的时间平均值，其中选择平均化时间可以强烈影响调节质量。最佳平均化时间取决于涡流风的能量分布，在常见的欧洲安装地点尤其是应该在2-120s之间、特别优选在10至60秒之间。
在5MW功率的兆瓦级设备中采用滑动(gleitende)的15秒平均值不管在希望的调节质量还是在保持允许的设备负载方面都证明是特别有利的，为了优化调节算法滑动的平均值在控制装置内部可以通过一时间常数为约7.7秒的PT1环节近似。
因为在现代风力透平机中转子叶片可以单独调节，不仅应该按时间，而且应该按地点求出叶片角，亦即还形成一个各个转子叶片角的平均值。这里不管是对于时间的还是对于地点的平均值不仅采用算术平均值，而且也采用其他任何数学平均值，例如几何平均值。
在上述EP 1 230 479中所推荐的用测量的负荷调节叶片以及用所谓的负荷估计(载荷估计值)调节结合本发明的方法造成特别有利的协同作用效应。这里设备负荷这个概念既包括应力也包括变形。
按照本发明另一种有利的结构，设置在风能设备中的发电机的扭矩在超过极限叶片角时可根据转子转速调整，其中按照本发明另一种有利的结构发电机扭矩可随着转子转速减小而减小。
已知风能设备具有一设计成这样的变频器，使得设备可以转速可变地运行。如转子转速(或发电机转速)下降，整流器通常没有能力使发电机扭矩保持在额定扭矩的大小内。因此根据变频器设计的不同发电机扭矩同样随转速降低而下降。这同样可以通过表格函数或数学函数的规定值实现，如对于下部分载荷运行在最佳快速运行转速区内所常见的那样。
容易想到这里应该采用一用于下部分载荷区的数学关系式，所谓数学关系式常常以表格函数、即所谓的“查找表格”的形式存储在控制装置内。
但是由于载荷的原因所需要的转速特性曲线然而结合部分载荷扭矩特性曲线导致在极限叶片角区域内不希望的功率急剧下降。因此对于希望的柔和且平滑的功率下降十分重要的是，发电机扭矩调整到具有比由下部分载荷区所知的高得多的数值。
因此本发明一种特别有利的结构设想，发电机扭矩的调整同样根据叶片角进行。
在此特别简单的是，极限转子叶片角之上的调节以用于部分载荷区的函数例如表格或数学关系式为基础，所述调节然而借助于修正值在与转子叶片角相关的情况下这样进行适配，使得可以获得希望的柔和且平滑的功率下降。
采用修正扭矩有这样的优点，即两个部分载荷区基于一个万能调节器。因为在下部分载荷区内叶片角始终接近零度，在那里与叶片角有关系的校正值不起作用。下列表格1举例表示对于一额定转速为1170rpm和额定扭矩为约44900Nm的5MW设备的扭矩的校正值。
表15MW设备扭矩的规定转速的校正值
由表可见，直至到达这里为25°的极限叶片角为止不发生扭矩校正，在超过转子极限叶片角时，例如从30°转子叶片角起，便借助于扭矩校正值进行相应的匹配。
表格第二行表示取决于叶片角的转速规定值，它预设为理论转速上限的形式。这里通过在23°的叶片角时规定一刚刚超过示例设备的额定转速的极限转速，使得极限转速的作用特别柔和，证明是特别有利的。在节点之间采用插补法，在最简单的情况下用线性插补，但最好用高阶插补。当然在所有表格值时都可以进行插补。
在上面所示表格中以相对值而不是所示的绝对值输入控制装置特别有利，因为这样便可以将特性基本上转移到其他规格的设备上。
在高科技控制系统中发电机常常动态调节，其中转子转速用作例如比例积分微分(PID)调节器的输入信号。对于下部分载荷区所需要的最佳转速特征曲线常常通过PID或比例积分(PI)调节器的限制实现。按本发明的调节在这种情况下也考虑调节器根据叶片角的限制，以便实现希望的扭矩特性。
按照本发明另一种有利的结构根据可供使用的调节量的不同不是根据转子转速调整发电机扭矩，而是有利地调整功率输出，其中按本发明另一种有利结构它可以随转子转速减小而减小。
如在讨论现有技术时已经提到的那样，由现有技术所知的根据风速调节的调节算法特别是在高风速时非常容易产生振动。因此按照本发明一种有利的结构设想，在极限转子叶片角以上时通过取决于叶片角的匹配相对于设备正常运行这样地改变调节参数，使得在上部分载荷时调节稳定性保持不变。
这种匹配以这样的认识为基础，即在高风速时对调节器的要求是变化的。例如如果考察一种符合规范的极端的运行暴风，它可以使风速升高9m/s，那么这种同样大的风速变化在平均风速为32m/s时比在25m/s时包含高24％的能量变化。这种扩大的能量波动引起例如比在正常运行时所出现的更剧烈的转速波动。如果对这种更剧烈的转速波动用在正常运行时一样大的叶片角作出反应，那么机器便会由于过度反应而激励成振动。此外很久以前便已知，随着叶片角的加大，转子扭矩变化对叶片角度变化的依赖性(敏感性)提高。两种效应相互加强并导致这样的要求，即超过由正常运行所知的程度与叶片角相关地减小俯仰角放大系数(Pitchverstung/pitch enlagement)。
按照本发明另一种有利的结构设想，在叶片角超过30°时所谓的俯仰角放大系数减小到额定放大系数的20％以下，亦即在额定风速时俯仰角放大系数的20％以下。俯仰角放大系数是一个调节参数，它反映待实施的叶片角变化与实际转速偏差的依赖关系。在简单的比例调节器时它是调节偏差和调整值变化之间的比例因子，亦即在借助于调整叶片角调节转速的具体情况下叶片角调整量由转速偏差乘俯仰角放大系数算出(在实际上这个关系要更复杂一些，因为不是牵涉到一个纯粹的比例调节器，而是一个PID调节器，但是积分和微分部分的放大系数也可以通过俯仰角放大系数反映出来。)也就是说建议，在高的叶片角时俯仰角放大系数小于额定风速时俯仰角放大系数的1/5，因为由模拟计算证实，由此可以排除所述的调节不稳定性，例如振动。
由于上述原因在考虑到安装地点和设备的不同的情况下，根据叶片角减小或加大其他调节参数(除了俯仰角放大系数)，例如对于允许的转速范围允许的极限值或对于俯仰角比率的允许极限值。
此外本发明还涉及一种具有一转子叶片的风能设备，叶片相对于转子以可调的转子叶片角设置，其中风能设备按照本发明能够按权利要求1-16之任一项的方法运行。
下面应该借助于许多附图详细说明本发明。附图表示图1具有下部分载荷区UB和额定功率区NB的功率及转速特性曲线的示意图；图2具有一下部分载荷区UB、一额定功率区NB和一上部分载荷区OB的功率及转速特性曲线示意图；图3功率特征曲线、扭矩特征曲线和转速特征曲线关于转子叶片角的示意图；图4带有标注的转子叶片角与风速的依赖关系的图表；图5带有发电机转速的模拟的测量值随转子叶片角和随风速变化的图表；图6风能设备的转速-叶片角特性曲线；图7变频器特性曲线；图8扭矩/转速随转子叶片角变化的图表。
具体实施例方式
图1在讨论现有技术时已经说明过，因此这里不应该再次讨论。
图2也已在现有技术中说明过，因此这里只应该再作一些补充。
图2在以细实线表示的下部分载荷区UB表示一转速特性曲线，它在规定的在ΩU和ΩN之间有限转速范围内造成最佳的能量收益。转速的调节通常通过一对发电机扭矩作用的PI或PID调节器进行，其中根据转速限制扭矩，以便为了在最佳快速运行速度时实现运行的转速斜坡。作为另一种选择，如上所述，为了实现特别简单的调节算法还可以确定一简单的转速扭矩依赖关系，例如以表格函数的形式。这种固定的转速-扭矩特性曲线造成例如用虚线表示的转速曲线。水平的平顶线必须通过扁平的斜坡代替，因为否则不存在单值和可逆的表格函数关系。在特性曲线最开始可以看到的陡的斜坡例如用来避免铁塔共振，并在所示例子中位于接通风速VE之下。但是这样陡的斜坡也完全可以设置在正常运行中。
因为按照物理学基本方程，功率可以由转速和扭矩的乘积确定，在图2中已经可以看到，适合于下部分载荷区UB的转速-扭矩关系在上部分载荷区OB中必须修改，因为那里在相同的转速时达到更高的功率。在讨论图8时还要涉及这种关系。
图3表示功率、转速和扭矩随转子叶片角心变化的特性曲线。如在讨论现有技术时已经说明过的那样，在下部分载荷区内转子叶片角基本上保持不变，近似于保持0°。随着额定功率的到来，开始额定功率区NB，并且转子叶片角这样改变，使得设备在额定功率、额定扭矩和额定功率转速条件下运行。随着到达极限转子叶片角VGrenz，转速Ω、扭矩M和因此还有功率P开始缓慢下降，其中按照本发明根据叶片角的加大规定转速和扭矩或功率。转速、扭矩和功率按相对值表示，因此也可以按这种形式用表格储存在控制装置中。
图4在叙述本发明优点时已经说明过，因此这里同样不再作讨论。
图5表示大量列出的发电机转速Ω的描绘，它们通过对于5MW设备关于风速的模拟计算求出。因为如上所述用来求出转速规定值的算法用滑动的叶片角的15秒平均值工作，所以也采用风速的滑动的15秒平均值来建立可对比性。
用非常直观的方法表示转速关于风速的曲线，转速和因此还有功率不根据风速，而是根据转子叶片角下降，如图4中已经表示的那样，叶片角与风速不是单值对应关系。
图5表示，在按本发明的调节方法时尽管形成15秒的平均值在23m/s至44m/s之间的风速可以对应于例如900rpm的转速，或者倒过来680至1070rpm的转速对应于例如33m/s的风速，亦即举例的5兆瓦设备总的转速范围的绝大部分大致在650至1260rpm之间。
模拟计算表明，抛弃在现有技术中与风速的依赖关系并且按本发明引入的把叶片角作为转速和功率降低的调节输入量不仅改善了调节性能，而且如上所述完全是第一次有意义地实现。这里有意义是指，肯定可以根据风速实现功率降低，但是这种方法对所述调节不稳定性和额外载荷的掌握只能是不经济的。
图6表示一额定转速为1170rpm的设备的转速叶片角特性曲线的例子。在所述例子中应该从约24°的极限叶片角起开始降低转速，在约50°时转速达到1000rpm。在所示情况下特性曲线规定是一直线。根据存在的载荷或所希望的电网性能，在实际中非线性是有利的，规定为渐增的或递减的。
图7表示一变频器特性曲线的例子。描绘了允许的发电机扭矩与发电机转速的关系。如果在降低功率运行时能量收益应该最大化，特性曲线要尽可能“灵敏地”紧跟在后面。如果把降低传动链负荷(例如传动装置扭矩)放在首位，那么可以有利地显著低于特性曲线，这时当然向电网内输入较少的能量。只能在很短的时间内超过变频器特性曲线，以使变频器不受损坏。
图8表示发电机转速(速度)和发电机扭矩随在表1中所示数值的叶片角变化的曲线。用M-特性曲线表示下部分载荷区所用的转速—扭矩依赖关系与叶片角的关系，M-理论是按本发明的用取决于叶片角的扭矩修正值的调节方法的规定理论值。在表1中提供的扭矩修正值用M-特性曲线和M-理论之间的偏差的形式表示。
权利要求
1.一种用来调节具有一转子的风能设备的方法，所述转子具有至少一个转子叶片，所述转子叶片相对于转子以一可以调节的转子叶片角设置，其中转子在紧接在下部分载荷区的额定功率区内直至到达规定的极限值为止以一基本上保持不变的额定功率转速运行，在超过极限值时在一上部分载荷区内通过降低转子转速在额定功率转速以下运行，其特征为转子转速从到达极限值起根据转子叶片角进行调整。
2.按上述权利要求的方法，其特征为极限值是一规定的极限转子叶片角。
3.按上述权利要求之一的方法，其特征为用来调整在极限值以上时的转子转速的转子叶片角作为许多转子叶片角的时间和/或地点的平均值。
4.按上述权利要求的方法，其特征为时间平均值相当于一滑动的10秒至60秒平均值。
5.按上述权利要求的方法，其特征为时间平均值相当于一滑动的15秒平均值。
6.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为风能设备的转子叶片角根据测量或估算的设备负荷进行调节。
7.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为在极限值以上时转子转速随转子叶片角加大而降低。
8.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为在极限值以上时设置在风能设备内的发电机的发电机扭矩根据转子转速进行调整。
9.按上述权利要求的方法，其特征为发电机扭矩随转子转速降低而减小。
10.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为发电机扭矩根据转子叶片角调节。
11.按上述权利要求的方法，其特征为在上部分载荷区内和可选择地也在下部分载荷区内发电机扭矩的调整根据转速和叶片角进行。
12.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为在极限值以上时风能设备的功率输出根据转子转速进行调整。
13.按上述权利要求的方法，其特征为功率输出随转子转速降低而减小。
14.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为在极限值以上时，相对于设备的正常运行通过取决于叶片角的匹配这样改变调节参数，使得保持在上部分载荷区内的调节稳定性。
15.按上述权利要求的方法，其特征为调节参数是俯仰角放大系数。
16.按上述权利要求的方法，其特征为在叶片角大于30°时俯仰角放大系数小于额定放大系数的20％和/或在叶片角大于40°时小于额定放大系数的16％。
17.一种包含一具有至少一个转子叶片的转子的风能设备，转子叶片相对于转子以一可以调节的转子叶片角设置，其特征为风能设备可按照根据权利要求1-16任一项所述的方法运行。
全文摘要
风能设备的功率或转速降低在规定的极限值以上时不是根据测量的风速，而是根据一方面在物理和控制技术方面容易测量和另一方面很好地反映设备负荷的输入量进行。按照本发明设想，采用转子叶片角作为输入量，因此从到达极限值起根据转子叶片角来调整功率和转速的降低。
文档编号F03D7/04GK101031720SQ200580031822
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月20日 优先权日2004年9月21日
发明者S·马蒂亚斯 申请人:再生动力系统股份公司