专利名称：用于操作变桨距的风力涡轮机的方法
技术领域：
本发明涉及用于操作变桨距的风力涡轮机的方法，其中根据发电机或转子的转速来提供发电机转矩的设定值。取决于转速的发电机转矩设定值的分配规律具有过渡点，在该过渡点处出现从部分负载操作到标称负载操作的过渡。在标称负载操作中，主要通过调节至少一个转子叶片的调整桨距角来完成旋转速度的控制。
背景技术：
通常，在风力涡轮机的研发中，假设规定的标称空气密度例如为P=L 225kg/m3。从DE10109553B4中可以得知利用在风力涡轮机所处位置处的空气密度数据来控制具有发电机的风力涡轮机的方法。在该方法中，发电机由控制单元控制，该控制单元处理空气密度数据，控制发电机并且根据空气密度调节发电机的性能数据。在该已知方法中，考虑了风力涡轮机所处位置的海拔高度，由此在功率曲线中考虑了更低的空气密度。这样，由风力涡轮机产生出的且分配给转子速度并且与之一起分配给特定的尖端速度比的功率能够进行相应的调节；也就是说，可以减小该功率，从而由于控制单元提供的激励功率，发电机转矩不会超过发电机可产生的转矩。总体上，根据功率曲线确定出的效率将被保持，并且应该从风中获取最大量的能量。从EP1939445A2中可以得知一种用于计算高海拔位置的功率曲线的方法。这里，从在功率系数Cp和尖端速度比λ之间的关系开始确定出在电输出功率P和风速之间的关系。从ΕΡ1918581Α2中已知这样一种风力涡轮机，其中在空气温度下降至低于预设阈值时，输出功率减小。功率减小的原因在于，随着温度低于_20°C，风力涡轮机的工作会需要其它负载计算。对于空气密度在风力涡轮机的产出上的作用，认为在变桨距的风力涡轮机中，空气条件中的变化会导致具有不期望的空气动力学失速效应。
发明内容
本发明的目的在于提供用于操作变桨距风力涡轮机的改进方法，该风力涡轮机按照可靠的方式切换成满负载操作，同时避免了在转子叶片处出现不期望的失速效应。根据本发明，该目的是通过具有权利要求1的特征的方法来实现的。优选实施方案形成从属权利要求的主题。在根据本发明的方法中，提供一种操作变桨距风力涡轮机的方法，其中根据发电机或转子的转速η预先确定用于发电机转矩的设定点M。为了规定发电机转矩的设定点，提供过渡点113和礼，在该过渡点处出现了在部分负载操作和满负载操作之间的变换。通常，在风力涡轮机的操作中，在部分负载操作和满负载操作之间要作出区分，有时也被称为标称负载操作。在部分负载操作中，用于发电机转矩的设定点随着转速增大而增大。在满负载操作中，通过调节至少一个转子叶片的叶片桨距角来进行发电机转速的控制。从部分负载操作到满负载操作的过渡时期在过渡点处发生，该过渡点由转速n3的数值和发电机转矩M3的设定点来限定。根据本发明，确定出空气密度的数值。另外，根据本发明的方法在预设桨距转速处开始设定至少一个转子叶片的预设桨距角。预设桨距转速小于在过渡点处的转速n3。预设桨距角这里指的是叶片桨距角，该叶片桨距角已经在风力涡轮机的部分负载操作中存在并且能够一直持续至在标称负载操作中的规定控制设定值。通过设定预设桨距角，从而风力涡轮机在过渡点处已经具有除了零值之外的叶片桨距角。根据本发明，预设桨距角的数值取决于所确定的空气密度数值。如此规定了相关性，从而在空气密度更低的情况下，设定比在空气密度更高的情况下更大的预设桨距角。与其中过渡点的预设桨距角是恒定的方案相比，在根据本发明的方法中，与空气密度相关的预设桨距角防止了在高空气密度的情况中选择太大的预设桨距角。本发明基于这样的认识，即在高空气密度的情况下，较大的预设桨距角对于大多数情况而言是不必要的并且对于风力涡轮机的产出不利。在根据本发明的方法的优选实施方案中，桨距角从最小转速直到到达预设桨距转速为止都是恒定的，优选预先规定为零度值。预设桨距转速为开始调节预桨距时的第一转速。在根据本发明的方法的这个实施方案中，对于在最小转速和预设桨距转速之间的转速范围预先给定恒定的叶片桨距角。在优选实施方案中，桨距角从预设桨距转速开始直到到达最大预设桨距转速位置是增大的，并且最大预设桨距转速大于或等于在过渡点处的转速。该增大可以是线性、分阶段线性或以其它形式发生。在该方法的这个实施方案中，确保了桨距角从到达预设桨距转速开始直到到达过渡点时为止都是增大的。优选的是，桨距角的不断增大完全线性或分阶段线性进行。在优选实施方案中，在某一转速处例如在过渡点的转速处的预设桨距角的数值通过下面的公式确定
(Ppre = maxOUm, (Pb + Αφ(1 - ~—))，
P norm其中(plim、(Pb和Δφ为桨距角的恒定值，并且ρ_指的是在正常条件下的空气密度。(Plim为取决于尖端转速比的转子叶片的常数。在预设桨距角<Ppre和空气密度P之间的上述关系确保了，在低空气密度下，选择比在高空气密度情况更大的预设桨距角。在该预设桨距角的公式中包含所确定的空气密度P。如果风力涡轮机在正常条件下的空气密度Pnmi对应的空气密度下工作，则得到预设桨距角<Pb。如果空气密度明显低于在正常条件下的空气密度，则预设桨距角(Ppre增大Δφ。函数“max((. ..1...)) ”选择了两个自变量值中的更大一个，因此避免了负的预设桨距角。(Pb的数值大约为“1° ”;Δφ大约为“10° ”。在根据本发明的方法中，根据测量出的空气温度T和测量出的空气压力ρ以及湿度Ψ的数值来确定出空气密度。空气温度的数值和空气压力的数值优选在风力涡轮机处直接测量出。湿度Ψ可以根据日期时间和/或年份预先确定。在该预先规定中，预先规定湿度Ψ的相应经验值。可选的是，也可以直接测量出湿度Ψ。
下面参照在图中所示的实施方案对本发明进行详细说明。
图1显示出作为转速的函数的发电机转矩的设定点的过程；以及图2显示出桨距角随着转速的变化。
具体实施例方式图1显示出作为发电机转速η的函数的发电机转矩M的设定点。对于发电机转矩的设定点的过程可以划分总共四个部分。在第一部分10中，发电机转矩的设定点随着转速增大而线性增大。在第二部分12中，发电机转矩的设定点遵循转子的理想特征曲线。通过下面最佳功率P。pt的函数来计算出发电机转矩的设定点，其中
权利要求
1.一种操作变桨距风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机具有发电机和至少一个能够围绕着其纵向轴线调节的转子叶片，其中根据发电机或转子的转速(η)确定发电机转矩(M)的设定点，并且其中设置了过渡点(n3，M3),在该过渡点处存在从部分负载操作到满负载操作的转换，其特征在于，该方法包括以下步骤确定空气密度的数值(P)；在预设桨距转速(ri4)处开始设定预设桨距角((ppre )，该预设桨距转速(ri4)小于在所述过渡点处的转速( )；其中所述预设桨距角(φρΓβ )取决于空气密度(P)所确定的数值，使得在空气密度与在空气密度较高时相比较低时设定更大的预设桨距角。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，桨距角从在最小转速(Ii1)处开始直至到达所述预设桨距转速(ri4)都为恒定的。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，桨距角的恒定值为零。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，桨距角从所述预设桨距转速(η4)开始直至到达所述最大预设桨距转速(ri5)是增大的，所述最大预设桨距转速( )大于或等于在所述过渡点处的转速( )。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，桨距角是线性地增大的。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在预设转速下的预设桨距角的数值是根据下面公式得到的
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设桨距角(φρΓβ)是对于所述过渡点处的转速(η3)而确定的。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，根据所测量的空气温度(T)、所测量的空气压力(P)以及湿度(Ψ)的数值来确定所述空气密度(P)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述湿度(V)根据日期和/或年而预先给出ο
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，测量出所述湿度(V)的数值。
全文摘要
一种操作变桨距风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机具有至少一个可以围绕着其纵向轴线调节的转子叶片和发电机，其中根据发电机或转子的转速n确定发电机转矩M的设定点，并且其中提供过渡点n3和M3，在那里存在从部分负载操作到满负载操作的转换，其特征在于，该方法包括以下步骤确定空气密度的数值ρ；在预设桨距转速n4处开始设定预设桨距角该预设桨距转速n4小于在所述过渡点处的转速n3；其中所述预设桨距角取决于针对空气密度ρ确定的数值，使得在空气密度与在空气密度较高时相比更低时设定更大的预设桨距角。
文档编号F03D7/00GK102562446SQ201110409258
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月9日 优先权日2010年12月10日
发明者H·罗赫霍尔茨, W·卡巴茨克 申请人:德国恩德能源有限公司