用于运行风力发电机组的方法以及风力发电机组的制作方法

专利名称：用于运行风力发电机组的方法以及风力发电机组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行风力发电机组的方法，所述风力发电机组具有转 子，戶脱转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电ini且在第
一运行模式和鹏:^i行模式中运行，其中，如果高于第一織临界值的转子
的繊IM1，则在第Hi行模式中启动转子的审恸过程。
本发明还涉及一种运行风力发电机组的方祛，朋m力发电ma具有^T， 所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中监控运行参数，并且在达 到运《豫数临界值情况下启动转子的制动过程。
此外，本发明涉及一种具有转子的风力发电机组，所述转子具有至少一个 可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机组包含管理系统，所述管縣统规 定至少一个第一运行模式和第』行模式，其中设置了安全系统用于监控至少 一个运行参数，其中， 一旦所述至少一个运行参数达到运行参数临界值，管理 系统内的安全系繊縱信号以制动转子和/鹏动转子的制动，其中，第i 行模式是功率最优化的正常运行状态，而第:^ig行^:是,斷氐和/或功率降 低的运行状态。
背景技术：
DE 102006001 613 Al例如公开了相应的方法和相应的风力发电机组。 风力发电lfU且通常具有管理系统，该管理系,制和/或调节风力发电机组 的管理體，并且在不同运行状态下负责控制和/或调节。如果该管鹏统失灵，
则独立于管理系统的安全系统会保证风力发电tni且被保持在安全状态下。在现 有技术中，该安全系统配合于具有额定转速的风力发电机组的运行模式，或者 配合于功率最优化的正常运行状态。
然而风力发电机組也有可能会在另外的运行模式中运行，该运行模式例如 是,降低或者功率斷氏的运行模式。在此例如是降低噪音的运行状态、基于 维护和修理工作柳艮制功率或者是在电网负荷能力有限的情况下的运行状态， 在电网负荷能力有限的情况下的运行状态中，例如由风力发电机组可能衝共的能量不能完全提供给电网。尤其是在具有额定繊的运行状态之外的其它运行 状态下或者其它运行模式中，或者在也會^多被描述为功率最优化的正常运行的 运行状态之外的其它运行状态下或者其它运行模式中，会产生能够导致风力发 电抛且受损的负荷情 鹏者故障。

发明内容
基于此原因，本发明的任务在于改善风力发电机组的运行安全性，以及降
低风力发电inia的负荷，并且尤其是在功率最优化的正常运行状态之外的运行 模式中达到m^目的。
该任务通过一种用于运行风力发电机组的方法来解决，所述风力发电机组 具有转子，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机 组錢一运行，試和/麟rig行模式中运行，其中，如果高于第一,临界值 的转子的繊，M^:，则在第"^g行模式中启动转子的审恸过程，并且，如果 转子的，大于第二转速临界值，则在第l行模式中启动转子的制动过程， 其中，第二織临界值小于第--,临界值，并sy或者如果存在的转子加m 大于转子加速度临界值，则在第一运行模式和/，二运行模式中启动转子的制 动过程。
根据本发明已经确定， 一方面通过降低转速临界值(一旦达到该转速临界 值，就制动转子)明显提高风力发电t;ii且的运行安全性，其做法是在鹏是 ,陶氐和/或功率斷絲莫式的第:=^行模式中，通过沿赠示腿方向调节转子 叶片调节角度，或者通过机械式制动器的干预，或者通过其它制动措施。另选 的或者补充的是，，转子加速度临界值或者监控转子加速度临界值，从而从 达到大于转子加速度临界值的转子加速度起，就执行转子的相应的制动过程。 由此根据本发明也明显提高了风力发电tu且的安全性。
第一运行模式，是风力发电机组的功率最优化的正常运行状态，相当于 具有如下的转速特性曲线的风力发电机组的运行状态，即，在设计风力发电机 组时，将赚速特性曲线设置为最大功- 1出的$^1特性曲线。sa常通过审 査部门在样品测试中证实并且相应地出具证明。
,特性曲线是取决于功率或扭矩的转速函数的特征曲线，或者反之是取 决于,或扭矩的功率函数的特性曲线。该特性曲线以及功率最优化的正常运 行状态不仅育嫩适用于部分负荷，也适用于全负荷范围，其中，通常在全负荷
7范围内设定了恒定的转速。尤 从部分负荷向全负荷过渡的区域内，在风力
发电丰;ii且中会出现使设备承受很大负荷的运行状态。这种故障例如是管理故障，
其使得转子叶片调节角向0。方向移动即朝向进入的风形,大作用面的方向移
动。如果存在所述情况，并且i^i临界值相对于在功率最优化的正常运行状 态下的转速临界值没有被降低，或者说没有设置相应的可预定的转子加速度临 界值，则安全系统识别故障瞎况的时间太晚，并且会对风力发电机组产生非常 高的负荷影响。在本发明的范围内,可以预先确定转子力腿度临界值和/或可 以预先确定第一和/^m二,临界值。
本方法如此改进是特别有利的，即，尤其是在第i行模式中还监控转子
叶片角调节速率。，:例如肖辦监控是否出IJU:述的管理故障即转子叶片调节 角向0°方向移动。在这种情况下，转子叶片角调节速率被定义为是负的。也就 是说，如果转子叶片角调节速率达到转子叶片角调节速率临界值，则也育嫩从 —定的负转子叶片角调节速率起启动制动过程，雌是转子的制动过程。对转 子叶片角调节速率监控首先用于定义风力发电机组的运行状态，以便排除风力 发电机组例如直接处于开始或者停止或者转换过程中，或者直接处于由于极端 湍、鹏成的瞬变的运行状态中，其中，也会出现较大的转子加速度，但是赚 子加皿M:借助于较大的正的叶片调节速率进行叶片调节来校正。
优选的是，当M转子叶片角调节速率的监控中达到转子叶片角调节速率 临碰并且转子的^lm第二糊临界值并鹏者转子力鹏舰第二转子
加速度临界值时，启动制动过程。由此育滩实mmj发电丰;ii且的可^^行方法。 例如如果达到了从一定量开始大于或者等于负临界值负的转子叶片角调节速
率，贝腿到了转子叶片角调节速率临界值。如果该临界值例如是-1.5°，那么当 角调节速率为丄5。或者更小(例如-1.51°)时，ia&到了，舰是说沿0。叶片
角的方向进fi^节。 ，根据转子加速度临I^I和/^II二自临界值来调节转子叶片角调节速
率临界值。，根据转子叶片角调节速率临自和/，二，临界€*调节转
子加鹏临界值。
，根据转子加速度临皿和/或转子叶片角调节速率临|1#*调节,临 界值。通过调节相应的临界值肯辦明显斷氏设备的负荷。例如可以将转子加速 度临自设定得稍高些，与此同时，将第二,临界值或者说将尤其是负的、鄉巨速率或者转子叶片角调节速率的值设定得稍低些。反之亦然。将转子加速 度临界值可以设定得稍高些，与此同时将负的转子叶片调节速率的值设定得稍 低些。
该任务还通过一种用于运行风力发电机组的方法来解决，所述风力发电机 组具有转子，戶M转子具有至少一个可调节角度的转子叶片，其中，通过检测
方法获知运行参数，并且尤其^i过3te于管理系统的安全系统来监控这些运 行参数，并且在达到运行参数临界值膚况下，启动转子的制动过程，其中，在 风力发电机组的功率最优化的正常运行状态之外的运行模式中对运行参数临界 值和/^ffi于确定运fi^数临，的检测方法进t，整。
根据本发明通过调整风力发电机组的运行参数临界值获得风力发电机组的 可靠的运行状态。调整运行参数临界值例如可以被,为降低織临界值，或 者降低或者也提高转子叶片角调节速率临界值，或者改变转子叶片角调节速率 临界值。在本发明范围中，调整运行参数临界值尤其应该被理解为相对于在功 率最优化的正常运行状态下的临界值来改变该临界值。因为是与安全性相关的 临界值，所以要事先明确地确定可能的例如以值表或者数学函数(例如线性函 数或者二次函数)为形式的临界值调节。
在本发明范围中，运行参数的检测方法的调整尤其应该被理解为在检测运
行参数时改变过滤方法和/或求平均值方法。如^S行参数例如是转速，则在本
发明范围中检测方法的调整可以是降低求平均值的时间。如果在正常运行状态
下例如,被检测为5 s-平均值，贝赃繊斷氏的运行状态下例如会出现50 ms-平均值，从而在,突然增加的情况下，检测方法的调，风力发电机组的运 行产生类似于在糊斷氐的运行状态下的、織临界值明显斷氐的交媒。
因而本发明基于，的认知，艮P,在未改变运行参数临界值情况下改变运 行参数的检测方法与未改变检测方法而调整运纟，数临界值相tW风力发电机 组的运行产生相应的作用。因此，下面当提及临，的调整时，也涵盖了运行 参数的捡测方法的调整，这一点不再赘述。
在本发明范围中，功率最优化的正常运行状态之外的运行模式是具有織 特性曲线的运行状态的运行模式，该ffil特性曲线在针对最大功率输出设置的 转速特性曲线之外。这尤其指的是在lf3I与功率或者^I与扭矩成函数关系的 情况下设置在针对最大功率输出的转速特性曲线之下的模式。该模式,是这
9样的模式，其中，在相应功率或者相应扭矩情况下最多超啭速的95%。
此外，功率最优化的正常运行状态之外的运行模式也可以舰允许的最大
,和/或最大功率的简单限定。在此，不一定改变^I特性曲线，而是有可能 仅在上部区域中进行限定或者说截取。
优选的是，运行参数临界值的调整在风力发电机组的运行中实施。如果例
如基于有限的电网负荷能力在电网中仅育^JIf共5oy。的风力发电机组^的功 率，贝呵以在功率最优化的正常运行状态之外的运行模式中规定这样的运，滩
性曲线，艮P,在相应的織情况下，在适当的^l特性曲线中^M定50%的功
率。如果又提高了电网负荷能九则會,高可能的运行参数临界值、例如转
速临界值，这是因为通过发电丰JUA系统中再次得到足够的扭矩。
tt^预先确定具有配属的临界值的运行模式，从而在预先规定的条件下，
不仅转换运行模式也转换配属的临Mo
功率最优化的正常运行状态之外的运行模式tt^是风力发电机组的功率降
f辩B/或扭矩斷氏的运行状态。例如在维护或者修理工作或者说尤其是在噪音降 低的运行状态下规定该模式。在噪音降低的运行状态下，t^Z用,降低的 运行模式。
受到监控的运行参数tt^是转子的转速、转子的力P^、转子叶片调节角、 转子叶片角调节速率、转子叶片调节角力B速度、转子扭矩或者电的输出功率。 相应地关于这^itt控的运行参数设置临界值。，至少两^it行参数受到 监控并且分别与配属的运行参数临界值比较。由此會嫩实现用于运行风力发电 机组的可靠方法。优选的是，如果至少两个运行参数分别达到其配属的运行参 数临界值，则启动制动过程。例如，如果转子^OT1,临界值，并^gjt[^卜 转子扭矢,转子扭矩临離，贝IJ启动制动过程。
雌的是，运t豫数临界值至少部分地彼此相关地得到调整。这样便可以 在将例如监控转子,和监控转子扭矩结合起来并且仅在达到两个为此配属的 运行参数临界值时规定启动制动过程的情况下，规定将相应的临界值预定得比
6m控两个参itt一时预定的临界值稍高一些。
该任务jSi过一种具有转子的风力发电机组来解决，所述转子具有至少一 个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电ini且包含管理系统，所述管,统 规定至少一个第一运行模式和第二运行+弒，其中设置了安全系统用于监控至少一愧《豫数，其中，一旦戶脱至少一个运行参数达至!j运t豫数临界值，管 理系统内的錢系^l尤^i信号以制动转子和/或启动转子的制动，其中，第一
运行模式是功率最优化的正常运行状态，而第:rit行模式是,降低和/或功率 降低的运行状态，其中，第一运行模式中的运4豫数临界值不同于第二运行模 式中的运t豫数临界值，并皿#^ #数临界值可以是根据至少一4^行参 数或者^妙皿安全系 控的运行参数变化的。
在本发明范围内，第一运行模式与第二运行模式中的运行参数临界值的区 别尤其在于临界值的数值上的区别。安全系统雌包括安全监控體和安全电 路。^^Eii行状态下调整运行参数临界值。
运行参数,是转子转速，其中，针对第一运行模式在安全系统中设置第 一,开关设备，针对第二运行模式在安全系统中设置第二转速开关设备，其 中，在超过配属于相应的转速开关设备的转速临界值情况下，至少一个,开 关设备縱制动信号。
运行参数雌是转子叶片角调节速率。运行参数雌是軒加驗。
如果优选转子叶片角调节速率必须达到转子叶片角调节速率临界值，并且 转子加速度必须达到转子加速度临界值，以便促使安全系统提供制动信号^ 启动转子的制动，则提供了特别可靠的风力发电机组。转子叶片角调节速率临 界值优选取决于转子加速度临界值。优选也可以根据转子叶片角调节速率临界 敏设置转子加鹏临界值。
该任务CT过一种具有转子的风力发电机纟脉解决，所述转子具有至少一 个可调节角度的转子叶片，其中，风力发电机组包含管理系统，所述管,统 规定至少一个第一运行模式和第二运行模式，其中设置了安全系统用于监^M 少一个运行参数，其中， 一旦戶腿至少一个运行参数达到运行参数临界值，管 麟统内的錢系统f^t信号以制动軒和/鹏动转子的制动，其中，第一 运行m^;是功率;l^;化的正常运行状态，而第:^t行M^I^I斷KSi/或功率 降低的运行状态，其中，设有至少一个加速度传麟，所述加鹏传 ^ "^行模式和/鄉:^ii行模式中测量作为运行参数的转子加繊，其中，細 过转子加速度临界值情况下，安全系统发送信号以制动转子或者启动转子的制 动。由此，风力发电flia育嫩非常可靠i艇行。
雌在尤其是安全电路的安全系统内设置用于运行参数的传感器。安全系统雌3拉于管理系统，从而尤其是管理系统不会干涉安全系统，或者说錢
系统没有被管a^统绕过。也就是说，如果安全系统生成制动信号，或者说启 动转子制动，贝攢職统不倉辦禁止该制动过程。
安全系统或者其部分，设置在叶片角调节致动器或者叶片角调节调节器内。
,设置风力发电机组的控制或者调节装置，在该控制或者调节装置上能 够执行根据本发明的方法。优选设置具有ii^f戈码工具的计^iii^,当该计 算机 尤其是在风力发电机组的控制或者调节装置内运行时，该程m戈码工 具适合于执行根据本发明的方法。
,的计 111^最好存忙在计對几可读的 载体上。


下面在不限制总体发明思想的情况下根据实施例结合

本发明，在 itb^tt文字中未详细描述的本发明细节都应该参，些附图。 附图中
图1示出风力发电mm的示意图2示出风力发电抛且的主要部件的示意性框图3示出安全电路的示意性顿各图4示出加皿传 装置的示意图5a示出基于时间的转子l^的线图5b示出基于时间的经滤波的转子加速度的线图5c示出基于时间的转子叶片角调节速率的线图5d示出基于时间的叶根弯曲力矩的示意图6示出根据本发明的用于运行风力发电机组的方法的示意性方法流程图; 以及
图7示出另选的根据本发明的用于运行风力发电机组的方祛的示意性方法 繊图。
具体实施例方式
在下面这些附图中，相同或者同类元件或者说相应的部件设有同样的附图 标己，以避免重复介绍。
图1示出风力发电机组10的示意图。风力发电机组10具有塔架11和转子12,转子12包括三个转子叶片14，軒叶片14安装在转子毂9上。迎风时， 转子12按照已知方式旋转。借此，连接在转子12或者转子毂9上的发电机能 够生成电力，并将电力繊至公共电网(Veibrauchemdz)。
图2示意性示出风力发电lfU且10的主要部件。也可以被描述为管 5机 构或者管理装置系统的管理装置15控制和/或调节风力发电机组10的运行。安 全监控装置16连接在管理系统15上，安全监控装置16与安全电路20 (Sicherheitskette)连接。安全监控装置16可以被设为与管 置系统无关的控 制单元的形式，其也育辦完全或者部分地设置在已经存在的控制装置内，例如 设在为调节叶片角而设置在转子毂内的控制计算器内。安全电路20例如包括振 动探测器、手动(紧急停止)开关以及 ^i电器或者说,开关。结合附图3 对娃秒各进t彌一步说明。
安全电路20负责当出5爐要安全事件时，例如当出现非常大的振动或者操 作人员操作紧急停止开关时，使得风力发电机组降^I度到不紧急的状态。安 全电路20也可以构造为硬件电路(Hardware-Kette)。在触发安全电路20时(这 M指向电气部件21的箭头M示)，将发电机23从电网25断开并且制动转 子轴13或者说'腿轴22，这例如M叶片调节器18或者^W^制动器19或者 间接Mffl卩叶片调节器18的一个或者多个调节赫控制装置(未示出)实现。
安全监控装置16也育辦如此构造，艮P，錢监控驢16检査管理體15 的功能性。京她而言，安全监控装置16 为监视器(Watoh-Dog)类型的装 置。该管縣统也可以是以虚线示出的具有安全鹏體15'的管理系统。 匕， 管理系统15'也包含齡的安全监控器16或者说安全监^g 16。管理系统15 或者15' ;相应的电子 线路与调节器17和叶片调节器18连接，而且还与 机^制动器19连接。叶片调节器18尤其应被理解为用于调节转子叶片14的 角度的致动器。相魁也，tW^制动器19应被,为雜一种致动器，雜该 实施例中使得丰 式制动器19对t规轴22产生作用。虽然未示出，但该机械 式制动器或者另外的机械式制动器19會辦对转，13产生影响。
以26标识的 连线向管理系统15或者15提供转子叶片角，说转子叶 片14的转子叶片角。以附图标己27 ^1只的 纖向管鹏统15魅15提 供快速轴22的实际織。以30标识的娜线路将干扰信号^^管鹏统15 或者15'，在本实施例中，该干扰信号来自电气部件21。风力发电机组10的运行如下实现。由于风31的进入，转子12按照旋转方 向29旋转。由此^ft 13也转动，转子轴13借助于传动驢24以例如1: 100 的传动比使得t魏轴22转动。因而在发电机23内生成电压，在电气部件21内 对该电JBS行调节、变频和/或将该电压转换成交流电压。在电气部件21的输出 端上设置与电网25的连接，借助于电网25向用户供应^J1^者电能。风力发 电装置的通常已知的调节和管理方案例如 ^巴登的B. G Teubner-Verlag / GWV专业出版公司于2005年2月第四次出版的Siegfiied Heier所著的教t矛'风 力发电體系统设计、电网一体化和调节'的第五章中已被公开。图3以示意图示出錢顿各20。首先电压供^B 45负责向安全电路20 的相应部條应电压。安全鹏20包括紧急断Jl^g NA以及安全断开装置 SA。紧急断开装置NA包括多个紧急停止开关46.1、 46.2和463,如果需要紧 急断开时，可以由操作人员操作这些紧急停止开关。这些紧急停止开关是串联 的手动开关，它们作为紧急断开按钮设置在顶盒上、在底盒上、在塔架底座内 以及在变频器箱上，以及在风力发电机组之上或之内的其它位置。此外，另一 钥匙开关47与其它可手动操作的开关46.1至46.3串联设置，维护人员借助于 相应的钥匙操作该钥匙开关47 。这种也称作服务开关的钥匙开关47例如设置在 顶盒内(吊舱内的控制箱中)用于维护叶片调节體。通过紧急断开，na可以使得风力发电m^ 10的所有带电部件以及所有旋转部fH亭止运行。因此在操作紧急断开體NA时，可以使得带电部件被切 换至无电压状态。^3 作开关46.1、 46.2、 46.3、 ...、 47之一来打开这些开关， 以便安全断开风力发电lHi且10。 S3iS幹'紧急停止"使得连接的继电器48、 49 被断开(自动防故障系统(Fail-safe-Anoidnung))。在断开回路的情况下，自锁式继电器48、 49落下，从而实i见^:断开。在 此，例如继电器48、 49控制助发电抛且的制动器，并且例如触发制动f骄。此外，安全断开装置SA的另外的开关56.1、 56.2、 56.3、…与可手动操作的 开关46.1、 46.2、 46.3、 ...、 47串联，其中，安全断开装置SA的这些开刘昔助 于传ii^行开关。机器中的运动部件割昔助于用于开关56.1、 56.2、 56.3、... 的传 来监控。例如借助于两个传SH监控电缆绞合(KabelverdriUung)(沿 顺时针和逆时针方向)。此外，不断检査振动、转子以及传动装置的(过高)转 速以M管理系统(Watch-Dog)进行监控。为了在正常运行情况下即在按规定了功率最优化的运行方式的特性曲线来运行的情况下监控转子20的,而设置第一,开关56.7，如果^t^i过临界值，贝嗨一糊开关56.7例如实施关断或者断开，临i^tm常处于高于额定转速20%的范围内。根据本发明还附，二,开关56.8，其与第一,开关56.7 串联，其摘过第二转速临界值时触发。根据本发明第二临界織低于第一临 界转速，例如，在高于额定,5%至10%之间的范围内。只要风力发电机组处于功率最优化的运行模式即处于正常运行中，就通过 旁路开关56.9短接第二,开关56.8。在不同于功率最优化的运行模式的另一 运行模式中，才 旁路开关56.9中止该短接。第二自开关56.8以及需要时也许还有旁足各开关56.9旨娜设置在转，9内。调节器n和叶片调节器i8也以适当方式^a在转T^内。^mng行模式中出现的信号被管理装置15、 15'或者安全监控装置16通过电路回路 (Schleifiing)或#^由无线电縱至第二繊开关56.8，从而第二,开关56.8 处于一^动状态。仅当信号中断时雅作糊开关56.8，从而^gil第二繊 临界值情况下，用于转子叶片角调节和/或叶片调节的调节器離控带勝17、或 者用于叶片调节的致动器育辦直接做出响应，并且育辦朝向风标位置的方向调 节转子叶片。信号缺失的时"^好以第行模式的存在为准。从而实现自动 防故障系统。尽管没有以符合规定的方式切换至正常运行情况，但也肖滩M3！ 时间延迟地切换转速开关56.8来避免由于管理装置内的故障而使得转速开关 56.8被禁能(deaktiviercn)的危险。如果由于管S^统15、 15'^安全，装 置16内的故障而导致出现故障瞎况，贝腿种紧急情况将在几秒邻后出现。如果 据此将这种禁能MiHM微口 15至30秒(这是由管理^g考虑的)，贝悄嫩^ 土 开这种错误。,开关56.8的激活是没有M的。彼此并联的自1 电器61.1以及各种复<新关61.2、 61.3、…与开关46.1、 46.2、 46.3、 ...、 47和另外的开关56.1、 56.2、 56.3、…、46,7、 46.8串联，以便 在M31紧急断开^SNA或者安全断开装置SA进行安全断开之后會辦重新启动 风力发电IHi且。为此设置了各种复<研关61.2、 613、...。复位开关61.2、 61.3、... 也會,被构造为可机械操作的开关，形，例如顶盒内或者底盒内的相应位置 上。此外，也设有用于电网复位(Netzwiederkehr)的复位开关。，力发电机组正常运行期间，自锁开关或者说自锁继电器61.1闭合。图3所示的M电路 20处于无电状态。Jtk^卜还设置了复位开关62，借助:？^|驰控中心的操作装置 41 (如图3所示);W^^作该复位开关62。 iiii^作传繊操作的开关56.1、 56.2、 56.3、 56.7 ■ 56.8来实施安全断开，这^1^电器58、 59的落下实 现的，从而风力发电机组可以处于安^ii行状态。之后执行针对风力发电禾M 部件的相应制动辦。根据本发明监控转子加速度。在转子直径为126m的5MW WJ发电机组中， 例如临界值为0.6 ipm/s的转子加3M可以是断开判据或者i繊发转子制动。优 选的是，对转子加速度和转子叶片角调节速率进行齢监控，例如转子加繊 临界值为0.45 rpm/s，转子叶片角调节速率的临界值为-l/。s。假如转子叶片不再 旋转，也肖,根据转子加速度的临界值为0.6 rpm/s、转子叶片角调节速率的临 界值为0/°s生成可靠判据。因而与所述的在调节速率临，为-l/。s情况下的加 鹏临界值为0.45ipm/s的示例相比较，将加鹏临界值调节至0.6ipm/s，并且 因此实现转子叶片角调节速率为0/°s的期望的临,以实IJM受到阻挡的叶片 调节驱动装置的监控。在此，近似相等地保持用于避免由于转子,过高而导 致的不允许的故障的安全水平，并且能仅仅通aS常的模拟计算来获知该安全 水平。也可以與虫监控转子加皿。例如育,M:加速度传感器来获知转子加，，或者根据,信号或者转子位置信号来计算地确定转子加速度。如图4所示，为了获知转子加速度，例 如可以规定将两个加速度传 33、 34设置在转刊由32上。作为，在转子 轴32上的替代方案，传感器33和34也可以设置在转mi:。为了测量转子加 3Ut35或者36，也可以测量叶片连接部(BIattanschluss)上的切向力P^。该 切向加速度可以M:除以判5换算成角力口皿。为了通过测量来消除重力加速 度以及塔架头加鹏例如横向加鹏、倾斜、滚转和扭转的影响，雌将两个 力口皿传 33和34以错开180°的方式设置。两个信号相加抵消不期望的加 鹏分量。在转子^N5为1.6m情况下针对0.45 ipm/s的触发值赫说临界值得 出相应的切向力口皿为0.075m/s2。在这种情况下，测量范围大约为士15m/s2。最 好对所测量的转子加速度进行滤波。由此肖嫩避免不必要的转子停车或，IJ动 过程。、搶波器 是时间常数为ls的PT,环节的f鹏熗波器。本发明尤雜陶氐噪音的运行瞎况即在具有较低織的运行模式中倉嫩特别好删顿。图5a至图5d示出船发电^U且关于时间的各种参数的曲线图。 该曲线图示出在出现故障瞎况下，风力发电机组在,降低的运行方式中的情 况。时间以秒计量。这些附图分别示出三个曲线。如在现有技术中已知的那样， 粗的曲线是一^ 置和一个安全监控装置的运行参数的相应曲线。细线示 出两个安全监控装置的运行模式，在该运行模式中监控转子加速度禾啭子叶片 角调节速率，并且在达到两个与此相关的临界值时启动制动过程。虚线示出一 个安全监控装置的运行模式，在该运行模式中监控織，如果达到斷氐的織 临界值，则开女織行转子制动。图5的鄉例鄉都处于織斷氐的运行模式 中。图5a示出转子，的时间函数的相riZH个曲线图。可以看出，在自斷氐 的运行情况下，处于预先确定的负荷瞎况中的转子转速首先被疸定地调节至降 低的^S预定值，然后例如在20秒时出现故障，并且该故障具有因故障造成的 最大軒叶片角调节速率，该最大转子叶片角调节速率是负的，也就是说朝向0° 角上升(参见图5c)。可以看出，转子^tm提高了，并且在大约每辦中20转(ipm) 的情况下达到最大值，这大约出现在负荷情7j^后的第8秒。在该情况下达到 了正常运行状态下的转子魏临界值并且启动制动过程，从而降低转子繊。从图5c可以看出，SM:调节转子叶片角来实现。在监控转子力自叟的同时还监控转子叶片角调节速率，例如 0.45 rpm/s 的转子加速度临界值和转子叶片角调节速率为-l。/s的临界值得出最高能获得的 ,大约为10.5 rpm。在该瞎况下，制动过程明显出现的更早。如果在軒fc 规定低于第一m临界值的第二,临界值，.即，例如大约为18 ipm，则制动 过程出现的更晚。在该清况下，战到该临界值之后启动制动过程。在图5a、 5b和5c中，在大约25秒出现该制动过程。在图5b中i碌了针对相应的负荷情况得至啲关于时间的lfT力腿度，借助 于PT,环节和1秒的时间常絲絲转子加3I^S疗搶波。这里也可以看出， 在根据现有技术的运行方式中，以ipm/sifi的转子加繊相当大。在相趣控 转子加速度和转子叶片角调节速率(细线)时，转子加速度的上升表5见得明显 更弱一些。在虚线中，艮P，在规定更低的临界繊情况下，转子比在已知的运 行管理情况下更慢地加速。在图5c中，相应的转子叶片角调节速率以。/sifl:。可以看出，皿调节桨 距速率(转子叶片角调节速率)来实施转子制动。在达到相应的临界值之后将鄉腿率设定到8。/s，以便制动转子。在按照已知的运行管理的运4亍瞎况下，这 大约出现在自故障于20秒处开始之后的大约7秒处。 对于细线而言以最十^g启动了制动过程。在图5d中示意性纟魏ij了用于相应的安全监控體的以kNm i憎的叶根弯 曲力矩(Blattwui2dbiegemoment)。可以明显看出，借助于根据本发明的方法运 行相应的风力发电机组，风力发电机组的负荷明显更小。就借助于至少一个可关断的第二,开关设备56.8在相应的第1行模式 中监控降低的转速水平而言，适用于5MW设备的临界值例如在发电机侧是 1.170 rpm，其相当于正常运疗瞎况下的额定l^i。正常运行情况下的第一, 临界值例如为1.250 ipm。借助于陶氏的第二临l^t 1.170 rpm可以可^itt控 繊在870至1.100 ipm的,降低的运行模式。相应的参数取决于风力发电机组的设计数据，并且肖辦针对^h^置确定 或者调整这些参数。这也會,空气动力学的模拟计算来实现。在此，主要影 响因素是转子直径、转子的空气动力性、转子的转动惯量、传动系、叶片调节 系统的特性以及传 信号的质量。在功率最优化的正常运行状态之外或者之下的运行模式中的第二转速临界 值最好大约高于斷氏的繊预定值的5%至9%赫雌为6%至7%。对于通常 由于噪声原因而降^i^的情况而言，这能够使得第二繊临離正好处于功 率最优化的正常运行状态下的额定,的范围内。对于明显低于在功率最优化 运行状态下的额定繊的在糊降低的运行状态下的斷氏的,预定值而言， 转速临界值与戶腿斷氏的繊预定值有关地也育^相对于繊氐的繊预定值明 显提高。因此，只要降低的織预定值例如为功率最优化的正常运行状态下的 额定繊的75%，则織斷氐的运行状态下的繊临界值例如就倉辦处于该降 低的，预定值的30%至40%，也就是说，参照在功率最优化的正常运行状态 下的额定额定,，！^I临界值比该额定值稍低一点或者稍高一点。根据本发明能够通过其它的监控功能件补充安全电路。监控功能fH^如可 以集成在转子毂内的鄉鹏制器或者叶片角控制或调节装置内。附加地可以设 置3te的监控单元，M控单元直雜制转子叶片角调节致动器。在安全电路内育,以硬件方式使用附加的转子加速度开关设备。该转子加 速度开关设备接收来自转速信号的尤其经滤波的转子加速度。通过初始板(Initiatoiblech)或魏量值分析器CInkrementa!wertgeber:> ,实施分析。也肯鄉在安全^中使用^I开关设备，该,开关设备通过状态标志(状 維号)激活。这已经在图3中示出。Itl^卜还肖辦实现的是，让控制棘调节 装置独立识别,变化的运行模式或,降低的运行模式或鉴于功率最优化的 正常运行状态降低了转速的运行模式。为此可以在转预内體两个織开关 设备，其中，一个織开关设备被构造为常开开关， 一个被构造为常闭开关。 在此，常闭开关例如在很长的平均时间内将,设定得低于,转速，并且在 通常较低的^^I7K平情况下将作为常开开关工作的,开关设备激活，或者说在^f^K平长时间^t在较高水平时M:闭合来,该,开关设备。也可以在图2的调节器17内对运行参,行监控。该调节器17 ^t说桨 距控制器也肯^j乍为^i:系^綱于监控，并且允许直接作用于图2的一个或者 多个转子叶片角调节致动器18。代替根据图4的两个传自也肖嫩尤其是重复JOT四个传自或者数量为 奇数的传感器，这些传,生成相应的信号，这些信号用于计算转子的切向加 速度。如果在转子毂旋转时沿着转子位置计算地更正重力的影响，并且根据设 备的振荡特性计算出斷氏的干扰加速度，则可以仅4OT—个传S^。根据转子 毂上或者转子毂内的传感器来获取转子加速度是有利的，这是因为这使得与设 雜制无关 行监舰为可能。此外还可以在转子毂内设置附加的转速监控装置或者附加的转速开关设 备。为此，将繊目标值作为信号縱至调节器17,调节器17是转子叶片角调 节器^相应的控制装置。在调节器17内也可以为了^m控而获知转速实际 值。本发明的优点在于，对于任意的自预定值而言都肯辦适配可靠的临界值， 例如作为按百分比计算的预定值，例如在该运行模式中该临界值为目标,的 125%。也t辦预先确定多个临界值等级。为此i^t,，的,目标值进 行可信度监测。如果没有发送转速目标值或者发送了不可信的,目标值，则 启动制动操作。可以通过目标值和实际值之间的最大允i锡差、目标值的最大 上限和目标值的最大允许加tt或者改魏率来检测该可信度。对相应的测量值进行过滤^对其求平均值，以便排除个别的错误信号。例如为了避^31长 的时间延迟可以规定，当只是两个先后相随的,信号中的--，过临界值时， 必须将 1除。即使不存在信号(自动防故障系统)也能够通过激活的状态标志(状^ 号)来激活监控装置，所述状态标志是由控制，或者调节装置或者管理，或者安全系统之一经由电路回路发送的。根据图3的第二,开关56.9會^M例如以30s时间,的单向时间延 迟被禁能。相应的,开关设备也可以设置在转，内。此外设置了外部的输入模块，由该输入模± 供織预定值。这一外部的 输入模i姊i洳育嫩将状态标志或者状劍言号^IS调节器17。由此降低调节器 17在没有出现状态标志的情况下就执行,斷氐的危险。也育娜附加监控内部 的,预定值。图6示出风力发电抛且的运行的方法濑呈的示意性框图。在图6的示例中， 在70处询问是否雜针对第:r^行模式的信号。在此，该信号可以是前述的 状态*斜己。如果断定电网25仅肖,收M^的功率，贝綱如可以生細应的信 号。如果例如必须要降低繊i艇行，以便避免例如在夜间的噪声污染，另P么 也可以生淑目应的信号。如果该问题以M:图6的n表示的"否"来回答，贝ij清 楚地知道在71处船发电|^且处于功率最优化的正常运行状态下。接下来询问是否当前,大于第一,临界值。在72处发生该询问。如 果该询问被以否定回答，贝赃80处重魏前的询问。在询问是否織大于第一 ,临界值并得到图6中以j表示的肯定答复的情况下，在74处启动制动过程。 这能够通鹏作机械式帝恸器離将转子叶片角沿赠示位置的方向调至更大的 角棘实现。抓对去72递归至力法70之前，还在73处询问是否转子力自大于转 子加鹏临界值。如果得到否定回答，贝U在70雌续进行i^"法过程。如果得 至l情定回答，则启动制动a^呈。如果在70处询问是否存在针鄉1行模式 的信号并得到肯定回答，贝赃75雖续进行该方 斑程，艮卩，在例如可以是降 低转速的运行模式的第:^S行模式情况下倉辦例如实现斷氐噪音。接下来在77处检查是否当前,大于第二,临界值，所述第二自临 界值小于第一转速临界值。如果得到肯定回答，贝i胜78处询问是否转子叶片角调节速率小于转子叶片角调节速率的临界值。如果得到肯定回答，贝(J在79处 启动制动过程。如果先前的问题被否定，则在70处重新开始所述方法。如果在77处问题 被否定，则也在70处相应重新开始该方法。根据本发明，作为在77和78处的"双重，询问的替代方案可以仅在77处出 现询问，从而可以取消在78处的询问。如图6所示，相皿也可以在73^g 用与77和78并联的询问是否转子加速度大于,加iM临界值。在回答是 的情况下，与在77和78处的答案无关地启动制动过程。在否定73处的这^H旬 问时，77和78处的询问也是与此无关i鹏行的。图7示出根据本发明方法的示意性方法繊图，臓方法用于在不同于根 据图6的方法m^呈的实施方式中运行风力发电机组。与图6相比，在该瞎况下 调换在77和73处的询问。因而在70处询问是否存在针，rji行模式的信号 并且得到肯定回答之后，所述方^iSA75的第二运行模式中，例如降《^I的 运行模式。并行执行以下询问，艮P，在77处询问是否,大于第二,临界值。如 果得到肯定回答，贝依79处出现制动。根据图7在第二运行模式中的75处， 询问的另一变化方式首先如此出现，即，在73处检查是否转子加速度大于转 子加繊临界值。如果得到否定回答，则在70处重 问是否存在针对第二 运行模式的信号。然而，如果在73处的询问通常得到肯定回答，则在78处询 问-是否叶片角调节速率小于叶片角调节速率临，。在肯定该询问情况下， 在79处出现制动。从而如果第二,临,irai，或者转子加速度临界值被超过，并且转子叶片角调节速率临界值Mffl;，那么鄉Z^g行模式中执行管^fi之后的逻辑操作，即，出现制动。9转预10助发电鹏U塔架12转子13转子轴14转子叶片15管理系统15'具有安全监控體的管麟统 16安全监^S 17调节器 18叶片调节器19 W^制动器20 *电路 21电气部件 22 '鹏由23发电机(具有电枢和定子)24传动装置25电网26娜连线27 ,纖28角调节體29旋转方向30干扰信号31风32軒轴33加鹏专繊34力鹏传麟35加鹏36加繊41操作錢45电压供^g46.1,46.2,46.3紧急停止开关47钥匙开关48继电器(紧急停止)49继电器(紧急停止)56.1,56.2,56,3传 开关56.7第一繊开关56.8第二,开关56.9旁路开关58继电器(安，止)59继电器(安全停止)61.1自锁开关61.2,61.3复位开关62复位开关70 #^于第1行模式的信号？71功率最优化的正常运行状态72織大于第一繊临鄉？73 ,力P^大于,加3M临界值？74制动75第:iit行模式77 ,大于第二，临界值？78叶片角调节速^^、于叶片角调节速率临界值 79制动NA紧急断JF^g SA安全断JF^g
权利要求
1.一种用于运行风力发电机组(10)的方法，所述风力发电机组具有转子(12)，所述转子具有至少一个可调节角度的转子叶片(14)，其中，所述风力发电机组(10)在第一运行模式(71)和/或第二运行模式(75)中运行，其中，如果高于第一转速临界值的所述转子(12)的转速被超过，则在所述第一运行模式(71)中启动所述转子(12)的制动过程，并且，如果所述转子(12)的转速大于第二转速临界值，则在所述第二运行模式(75)中启动所述转子(12)的制动过程，其中，所述第二转速临界值小于第一转速临界值，并且/或者如果存在的转子加速度大于转子加速度临界值，则在所述第一运行模式(71)和/或所述第二运行模式(75)中启动所述转子(12)的制动过程。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，另外还监，子叶片角调节 速率。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在0M第rii行模式(75) 中监控戶，转子叶片角调节速率。
4. 根据权禾腰求2戶腐的方法，其特征在于，如果戶腐转子叶片角调节速 率达到转子叶片角调节速率临界值，则启动爿，转子(12)的制动过程。
5. 根据权利要求4戶微的方法，其特征在于，当顿戶舰转子叶片角调节 速率的监控中达到所述转子叶片角调节速率临界值并且所述转子(12)的,超过第二,临界值并_§7赫戶脱转子加速 ^:第二转子力,临離时， 启动戸;f^制动过程。
6. 根据权利要求4 0M的方法，，征在于，根据0M转子加皿临剤直和MB^第二,临界皿调节戶;f^转子叶片角调节速率临界值。
7. 根据权利要求4 TO的方法，其特征在于，根据戶7M转子叶片角调节速 率临界值和/^^^二自临^^调节戶皿转子力自临，。
8. 根据权利要求4戶脱的方法，其特征在于，根据戶脱转子力鹏临猁直和/^^^转子叶片角调节速率临界 调节戶; ^二,临界值。
9. 一种用于运行风力发电机组(10)的方法，所，力发电tU且具有转子 (12)，戶;M转子具有至少一个可调节角度的转子叶片(14)，其中，il31^测方 法获知运行参数并纖鹏些运行参数，并且在达至l鹿行参数临界值情况下启动所述转子(12)的制动过程，其特征在于，在处于所述风力发电机组(10) 的功率最优化的正常运行状态(71)之外的运行模式(75)中对运行参数临界值和/鋼于获知运行参数的检测方、;&afiH周整。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，M3i^^:于管理系统的安全 系鄉S^i據数。
11. 根据权利要求9所述的方法，，征在于，戶;f^ii行参数临界值的调整发生在戶M风力发电丰皿(10)的运行状态中。
12. 根据权利要求9戶，的方法，，征在于，^B^功率最优化的正常运 行状态(71)之外的运行模式(75)是戶腿风力发电丰/U且(10)的,降低的运行状态o
13. 根据权利要求9戶诚的方法，^f寺征在于，^^M功率最优化的正常运 行状态(71)之外的运行模式(75)是戶脱风力发电IHJ且(10)的功率蝌氐和/ 或扭矩陶氐的运行状态。
14. 根据权利要求9戶，的方法，，征在于，M控的运fi^数;i^M转 子(12)的转速、所述转子(12)的加iUt、转子叶片调节角、转子叶片角调 节速率、转子叶片调节角力腿度、转子扭矩或者电的输出功率。
15. 根据权利要求9戶脱的方法，其特征在于，至少两條1豫数1 控并 且分别与配属的运行参数临界值比较。
16. 根据权利要求15戶M的方法，，征在于，如果戶;MS少两^Hg，数分别达到其配属的运行参数临界值，贝u启动戶;f^制动过程。
17. 根据权利要求15所述的方法，，征在于，所^ii1豫数临界值至少 部分地彼此相关地得到调整。
18. —种具有转子(12)的风力发电,(10)，臓转子具有至少一个可 调节角度的转子叶片(14)，其中，戶腿R^发电^ai且(10)包括管理系统(15)， 所述管 统规定至少一个第一运行模式(71)和第1行模式(75)，其中设 置了安全系统(16、 20)用于监控至少一个运行参数，其中，一旦戶/M至少一 14g行Mfe达至隨，豫数临M,戶腿管理系统(15)内的^:系统(16、 20) Dt^l信号以帝i励戶腿转子(12)和/或启动戶腿转子(12)的制动，其中，所 述第一运行模式(71)是功率最优化的正常运行状态，而戶脱第二运行tM (75) 是,斷氏和/或功率斷氐的运行状态，，征在于，戶腿第一运行模式(71)中的运行参数临界值不同于所，二运行模式(75)中的运行参数临界值，并jy或者戶;M^行参数临界值肯嫩根据至^^Hg行参数或者至少一个^M^M安全系统(16、 20)监控的运行参数改变。
19.根据权利要求18戶舰的风力发电机组(10)，，征在于，运行参数是 转子織，其中，针对所鄉一运行模式(71)在戶腿安全系统(16、 20)内 设置第一，开关设备(56,7)，并且针对戶腿第rit行t試(75)在戶舰安全 系统(16、 20)内體第二繊开关设备(56.8)，其中，在鹏,于相应的 户，,开关设备(56.7、 56.8)的自临界值情况下，戶;M,开关设备(56.7、 56.8)的至少一个发送制动信号。
20，根据权利要求18戶腐的风力发电秒lifi (10)，，征在于，运行参数是 转子叶片角调节速率。
21. 根据权利要求18戶皿的m;发电机组(10)，其特征在于，运行参数是转子加鹏。
22. 根据权利要求20所述的风力发电机组(10),其特征在于，戶，转子叶 片角调节速率必须达到转子叶片角调节速率临界值，并且所述转子加速度必须 达到转子加速度临界值，以便促^妙舰安全系统(16、 20),制动信号或者 启动戶;M转子(12)的制动。
23. 根据权利要求2o戶;M的风力发电机组(io)，其特征在于，戶;M转子叶片角调节速率临，取决于戶，转子加速度临界值。
24. —种具有转子(12)的风力发电机组(10)，所述转子具有至少一个可 调节角度的转子叶片(14)，其中，所述风力发电机组(10)包括管理系统(15)， 戶，管,^^见定至少一个第^ii行模式(71)和第行模式(75)，其中设 置了安全系统(16、 20)用于监控至少一个运4 #数，其中， 一旦所述至少一 ^Hi行参itii到运行参数临界值，所述管理系统05)内的安全系统(16、 20) 就錢信号以制动戶脱转子(12)和/或启动戶脱转子(12)的制动，其中，所 述第H^行模式(71)是功率最优化的正常运行状态，而第ZJI行模式(75) 是織斷氐和/或功率降低的运行状态，辦征在于，设置至少一个加鹏传感 器(33、 34)，戶脱力鹏传/i^戶腿第一运行駭(71)禾口/^^微第^ig行 模式(75)中测量作为运行参数的转子加速度，其中，在超过转子加速度临界 值情况下，所述安全系统(16、 20)皿信号以制动戶;M转子(12)或者启动戶皿转子(12)的制动。
25. 根据权利要求16至24之一所述的风力发电机组(10)，，征在于， 在戶舰安全系统(16、 20)内设置用于戶; ^I行参数的传感器(56.1—56.3、 56.7、 56.8)。
26. 根据权利要求25所述的风力发电机组(10)，，征在于，戶，传 (56.1—56.3、 56.7、 56.8)设置在安全电路(20)内。
27. 根据权利要求18至24之一戶腿的风力发电丰Jli且(10)，辦征在于， 戶脱安全系统(16、 20) 3te于戶脱管S^统(15)。
28. 根据权利要求18至24之一所述的风力发电机组(10),，征在于， 所述安全系统(16、 20) ^其部分被设置在叶片角调节致动器(18)内或者 叶片角调节调节器(17)内。
29. 风力发电机组(10)的控制或者调节^g，在所^S制或者调节装置上 能微行根据权利要求1至17之一戶腿的方法。
30. —种具有ii^f戈码工具的计^^^i^，当戶;f^计算mfi^在Wj发电机组(10)的控制或者调节装置内运行时，戶微fil^戈码工具适合于执行根据权 利要求1至17之一所述的方法。
31. 根据权利要求30戶，的计^^，，戶，计##1禾，存贮在计 1可 读的 ^体上。
全文摘要
本发明涉及用于运行风力发电机组的方法以及风力发电机组，风力发电机组具有带至少一个可调节角度的转子叶片的转子并在第一和/或第二运行模式中运行，如果高于第一转速临界值的转子转速被超过，则在第一运行模式中启动转子制动过程。在按发明的方法中，监控运行参数，在达到运行参数临界值时启动转子制动过程。方法特征是，当转子转速大于比第一转速临界值小的第二转速临界值时，则在第二运行模式中启动转子制动过程，并且/或者如果存在的转子加速度大于其临界值，则在第一和/或第二运行模式中启动转子制动过程。机组特征是，第一运行模式中的运行参数临界值与第二运行模式中的不同，并且/或者运行参数临界值可以根据至少一个运行参数改变。
文档编号F03D7/02GK101566128SQ20091014194
公开日2009年10月28日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月6日
发明者D·斯图德尔, M·冯穆蒂厄斯 申请人:再生动力系统股份公司