用于检测风能设备的不同振动的方法与流程

本发明涉及一种用于检测风能设备的多个振动的方法。本发明也涉及一种用于运行风能设备的方法，其中检测多个振动。此外，本发明还涉及一种风能设备。

背景技术：

风能设备是已知的，其从风中产生电功率。然而在这种风能设备运行时可能出现干扰，为了保护风能设备对这种干扰进行监控。可能的干扰是塔的过强的振动，即在塔顶部的区域中从而风能设备的在塔顶部上安装的吊舱的区域中的过强的振动。这种振动可以通过风的激励在相应的共振频率中产生进而达到高的振幅，使得为了保护风能设备必须至少部分地关断所述风能设备。这种造成风能设备的关断的塔振动然而例如也可能通过地震触发。然后根据振动振幅也可能终止或至少中断风能设备的运行。一旦这种强烈的振动过去，风能设备就可以再次运行，也可能完自动地运行。

为了检测这种塔振动，加速度传感器可以从上方设置在风能设备的吊舱上。所述加速度传感器检测可实现计算塔运动的加速度。这例如在专利文件us6,876,099中描述。

另一可能的干扰可以是发电机的机械振动。尤其在无变速器的风能设备中，发电机的电动转子与空气动力学转子同样快速地，即大致在5至20u/分钟的范围内转动。如果在此例如产生不平衡，则同样会对风能设备构成风险。并且在此也可以与这种检测到的振动相关地采取保护措施，所述保护措施在极端情况下可能意味着停止风能设备。

这样在现代的从而复杂的风能设备上存在多个潜在的干扰源，对其进行监控可能意味着在传感器技术方面的大的耗费。在此要注意的是，现今这种风能设备已经配设有非常大量的传感器，以便可以检测尽可能多的可能性。然而，这些传感器会增加这种风能设备的购置成本和维护成本。尽管如此，通常还是建议观看高质量的传感器，以避免传感器的故障，并确保尽可能可靠的测量值。然而，这种要求还导致成本增加而不是成本降低。

德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到以下现有技术：de102007011835a1、de102016203013a1、us6876099b2、us2014/0122011a1、us2017/0306926a1和us2017/0363072a1。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于解决上述问题中的至少一个。尤其是，应提出一种解决方案，其中可以尽可能可靠地监控机械振动，同时尽可能保持低成本。至少应对于先前已知的解决方案提出替代解决方案。

根据本发明，提出根据权利要求1的方法。由此提出一种用于检测风能设备的多个振动的方法。因此，在此涉及对风能设备的机械振动的检测并且基于如下风能设备，其具有包括发电机轴线的、用于从风中产生电功率的发电机，以及用于承载发电机的吊舱。此外，设有塔用于承载吊舱。对于这种风能设备提出，塔振动借助于振动传感器检测并且由电气故障触发的机械的发电机振动借助于同一振动传感器检测。

由电气故障触发的机械的发电机振动是其中例如由于部分短路或其他电气故障在电场中产生不规则性的发电机振动。由此，发电机于是不再均匀地运转，这也可以称作为不圆的运转。由电气故障引起的这种不均匀的运转与由于不平衡导致的不圆的运转不同。不平衡造成具有对应于转子转速的频率的周期性负荷，而由电气故障触发的机械的发电机振动会造成具有更高频率的负荷。由电气故障触发的机械的发电机振动也会造成更震颤的运动，而不平衡造成基本上正弦形的负荷曲线或造成正弦形的振动运动。

在此特别认识到，塔振动和由电气故障触发的机械的发电机振动，以下简称为发电机振动，在预期频率和振幅方面具有相似性，使得塔振动以及发电机振动的检测都可以由同一个传感器进行。然而，同时，还认识到，塔振动和机械的发电机振动仍然不同，使得所述塔振动和机械的发电机振动尽管由同一个振动传感器检测但是可以变得不同。

因此，也由于该原因，不同的机械振动可以借助于同一，特别是所建立的振动传感器检测。因此，可以通过避免使用第二个传感器来节省成本，而同时剩下的一个振动传感器可以具有高质量。因此，尽管节省了传感器，但对于塔振动和发电机振动都可以实现可靠的振动检测。

尤其提出，风能设备的运行考虑检测到的塔振动和检测到的机械的发电机振动。尤其提出，根据检测到的塔振动和检测到的发电机振动执行风能设备的控制。尤其，不仅与检测到的塔振动相关地而且与检测到的发电机振动相关地调整发电机转速。

在此，特别也认识到，塔振动可以与机械的发电机振动相关联。例如，由至少一个电气故障触发的机械的发电机振动可以激励塔振动，只有当所述塔振动例如相对于发电机振动仅显示出一半的频率时。通过借助于同一振动传感器的共同的检测由此可以避免系统的测量故障，特别是测量延迟或所述测量故障由此变得不重要，至少当其对于两个检测到的振动同样地存在时失去意义。尤其在比较两个振动时可以消除这种系统故障。

这可以尤其在比较相位时是重要的。如果即对于两个振动检测到相位，则这两个振动之间的相移会由于不同的测量传感器失真。如果使用同一测量传感器，那么原则上不会产生所述问题。这种相移在此也可以在基本振动和一方面一种振动类型和另一方面另一振动类型的谐波之间产生。

检测到的塔振动和检测到的机械的发电机振动的用于运行风能设备的一个重要考虑是，在可以由这些振动识别出的干扰情况下，可能在风能设备的运行点中改变风能设备，尤其改变其转速，即空气动力学转子的转速，特别是降低。在此，也考虑将转速降低至零。

根据一个实施方式提出，振动传感器构成为加速度传感器。在此特别基于的想法是，可以使用无磨损的或低磨损的传感器，因为加速度的测量可以足以用于检测机械的振动。尤其也已认识到，不仅塔运动而且发电机振动可以经由加速度传感器检测。

特别是，可以避免使用应变计，其测量精度也取决于紧固质量。还特别地知道，塔振动和机械的发电机振动都可以通过使用加速度传感器来检测。为了能够借助于应变计或应变传感器实现共同的振动检测的这种结果，必须将其设置在发电机振动和塔振动都导致应变的位置处。然而知道，很难找到这样的测量位置。塔振动可以用塔底部位置处的应变计很好地检测到，而发电机振动可以通过测量被设置在定子和支承转子的轴颈之间的元件的应变来检测。然而知道，这样的解决方案会很复杂，并且加速度传感器适用于共同地检测塔振动和机械的发电机振动。

尤其提出，加速度传感器在至少两个方向上检测加速度，理想地在彼此垂直的两个方向上检测加速度。这样，可以无级地识别基本上任何的振动方向，所述振动方向即由这两个检测到的、彼此垂直的振动组成。

在这点上，也知道，加速度传感器可以在同一部位处记录两个振动方向，从而可以检测产生的或潜在的共同的振动方向。还知道，这对于两种振动类型中的每一振动类型来说也是可能的，即对于塔振动和机械的发电机振动。如果在每个检测到的方向上从信号中提取相应的振动，即一方面塔振动和另一方面发电机振动，则可以为塔振动和发电机振动分别识别出自身的振动方向。此外，对发电机振动的任何后续阐述原则上也涉及机械的发电机振动。

根据一个实施方式提出，振动传感器设置在发电机上，尤其设置在发电机的定子上。通常，这种发电机具有仅一个定子并且在所述定子上可以设置有振动传感器。所述振动传感器于是在那记录发电机的机械振动，因为所述振动传感器直接与发电机连接。同时，然而它也记录塔振动，因为整个吊舱从而还有发电机与塔一起振动。振动传感器在发电机的定子上的位置由此不仅对于检测机械的发电机振动是有利的，而且也对于检测塔振动是有利的。

在此已认识到的是，不需要为了检测塔振动而将传感器安装在塔上，甚至不需要的是，将传感器在其要安装在吊舱上时设置在塔的中心，即基本上设置成与塔的纵轴线对齐，即在塔轴线上方。相反，已认识到发电机区域中的位置，至少在现代无变速器的风能设备中远远超出塔顶部区域，可以很好地检测塔振动，尤其是在吊舱或发电机的俯仰方向上的塔振动，因为塔振动在此位置处还甚至被感知得更加明显或会通过吊舱运动增强。然而，在该位置处记录到的横向于俯仰方向的振动也没有比在塔上方中央的位置更差，因此在此处被识别。

附加地或替代地提出，将振动传感器设置在承载发电机定子的定子承载件上。这种定子承载件也紧邻发电机并且可以容易地传递发电机振动。这种定子承载件可以刚性地并且靠近定子地设置，使得所述定子承载件也可以被视为定子的部分。在此情况下，振动传感器因此设置在定子上并且同时设置在定子承载件上。因此，对于所述位置，适用与上文对于在发电机的定子处的位置所阐述的相同的有利效果。

这同样也适用于振动传感器在吊舱的前部和/或塔轴线前方区域中的提出的位置。因此，根据一个实施方式提出，将振动传感器设置在吊舱的前部中，从而振动传感器可以设置在发电机附近或甚至设置在发电机上。在这里优选提出的无变速器的风能设备的情况下，在发电机定子上和/或用于承载的定子承载上件的设置在吊舱的前部中。朝向空气动力学转子的区域被称为吊舱的前部。在此假设，风能设备构成为所谓的迎风转动件。对于背风转动件的相同情况，大意上假定在吊舱的后部中的设置。因此塔轴线前方的区域也是吊舱的前部中的区域，并且将传感器在那设置相应地具有与对于在吊舱的前部中的设置所阐述的相同的优点。

根据一个实施方式提出，检测纵向振动信号和横向振动信号。纵向振动信号在此在发电机轴线的纵向方向上指向而横向振动信号在横行于纵向方向的方向上指向。特别地，两个振动方向在一个水平平面中被检测。在此已认识到，塔振动，即特别是塔顶部的振动，基本上发生在水平平面中。该振动方向于是可以在该水平平面中沿一个方向振动，即例如从北向南或从东北向西南的振动，仅列举两个说明性的示例。当然，这种振动方向也可以改变。

一方面，发电机可以以偏心的方式执行振动，所述偏心从而导致横向于转动轴线的一次振动或多次振动。因此，作为其中的一部分，在发电机中也可能出现垂直的振动方向。然而，为此目的，认识到，这种准偏心振动，即横向于发电机的转动轴线的振动，也具有水平分量，但其仍横向于转动轴线。特别认识到，这种振动方向，即横向于转动轴线的振动方向，是占主导地位的或在大多数情况下预期的。这可以通过记录沿水平方向，即横向于转动轴线的振动容易地被记录。

附加地，发电机还可以特别地具有一种倾斜方向的振动，然而所述振动特别是在发电机的气隙区域中基本上被记录为沿发电机的转动轴线的纵向方向的振动。由此，这于是也是在水平平面中的方向，并且在此是横向于前述振动方向的方向，前述振动方向同样在水平平面中然而横向于纵轴线构成。

因此已认识到，在水平平面中记录两个振动方向既适用于塔振动又适用于发电机振动。尽管塔振动在其方向方面已经与发电机的振动或可能的振动的类型不同，但已认识到，这两种不同类型的振动可以用同一振动传感器检测。所提出的发明利用了这一点，甚至用于观察和检测振动方向。

然而当然也可以提出，特别是对于发电机也检测竖直分量。检测在水平平面中的两个振动方向的优选实施方式然而在没有检测这种垂直的第三分量的情况下完成。

根据一个实施方式提出，由振动传感器记录的至少一个振动信号与频率相关地被分离成塔振动信号和发电机振动信号，其中特别地使用滤波装置和低于可预设的分离频率的频率分量作为塔振动信号，和使用高于分离频率的频率分量作为发电机振动信号。在此已特别认识到，通过简单的频率划分可以将共同记录的振动信号分成塔振动或发电机振动的信号分量。在此，记录的振动信号可以是纵向振动信号，另一个记录的振动信号可以是横向振动信号。然后，可以进一步处理这些信号，即与所述信号分别分配给塔振动还是发电机振动相关地进行处理。滤波装置可以具有高通滤波器和低通滤波器，并且可以在过程计算机中实现为数字滤波装置。

对于发电机振动提出，将其在2hz至20hz的频率范围内检测。因此，特别有利地，将分离频率设置在1.25hz和2hz之间的范围内。例如，可以使用1.5hz的分离频率作为基础。

优选地，与当前转子转速从而与发电机转速相关地预设分离频率。在此特别认识到，用于在塔振动和发电机振动之间进行分离的这种频率可能与转子或发电机的转速相关。特别地，发电机振动的频率可以与转子转速相关，其中塔振动的频率能够尤其与塔固有频率相关，并且较少地与转子转速相关。在更高的转子转速下，两种振动类型之间产生更大的频率差，这也可以使分离频率的变化变得有意义。

根据一个实施方式提出，将塔纵向振动和塔横向振动作为至少一个塔振动检测。沿发电机轴线的纵向方向指向的塔的振动被称为塔纵向振动。塔沿横向于发电机轴线的方向指向的塔的振动被称为塔横向振动，然而在此塔横向振动也在水平平面中振动，并且也横向于塔轴线指向。

也可以被称为塔俯仰振动的塔纵向振动特别由风触发，即特别通过风作用在风能设备的空气动力学转子上的方式触发。空气动力学转子在下文中也简化地称为转子。

特别是由于转子的不平衡会引起塔横向振动。

所有三种振动，即由至少一个电气故障触发的机械的发电机振动、塔纵向振动和塔横向振动，都借助于同一振动传感器记录。已认识到，尽管如此仍可以区分所有三种振动。这是可行的，因为塔振动可以通过其不同频率与机械的发电机振动区分开，并且两个塔振动可以通过其方向相互区分。

根据一个实施方式提出，风能设备的控制在功能上分成工作点控制和保护控制。这里特别提出，将两个控制区域彼此严格分开。

工作点控制设置用于控制工作点中的风能设备。所述工作点控制尤其与风速相关地控制风能设备，所述风能设备具有适合该风速的转速和适合该风速的功率输出。就此而言，该工作点控制形成正常控制。如果风变化，则会被检测，并且工作点可以相应地变化，例如，在部分负荷运行中风速下降并且运行点变化为转速比以前更低且输出功率比以前更低的运行点的情况下.

保护控制在等级上高于所述工作点控制，并且设计用于检查风能设备的保护功能。在等级上高意味着，工作点控制必须等级低于保护控制。即如果保护控制提供与工作点控制不同的转速，特别是如果保护控制提出将转速降低到零，则工作点控制必须等级低于保护控制并且不控制所述工作点控制提出的转速。特别是离开先前由工作点控制预设的速度。

尤其提出，保护控制检查干扰标准，并且在识别出预定的干扰标准时承担工作点控制并且与所识别的干扰标准相关地移动到安全的工作点。这种安全的工作点尤其可以意味着，风能设备的转子的转动被减小到零。然而，这也可能意味着，风能设备继续以较低的转速运行。此外，在此转速基本上应理解为空气动力学转子的转子转速，然而，在使用无变速器的风能设备作为基础的情况下，所述转子转速对应于发电机的转速。

因此，用于塔振动监控和用于发电机振动监控的保护控制也可以使用同一振动传感器或评估来自同一振动传感器的信息或信号。在此，同时区分了塔振动和发电机振动，并且以不同的极限值作为基础。然而认识到，使用同一振动传感器仍然是可行的，从而可实现在提供振动传感器方面少的耗费。

根据一种设计方案提出，保护控制构成为故障安全的控制。尤其在此提出，工作点控制不构成为故障安全的控制。这基于如下想法，即只为保护控制提供复杂的故障安全的控制。由此，风能设备可以经由工作点控制部分地经由复杂的开环控制和闭环控制过程来控制和管理，而不需为此以类似的耗费来保证故障安全。

同时，可以通过如下方式，即将故障安全性从而相应的和部分耗费的措施集中到保护控制上或甚至限制到保护控制上，来使基本的安全功能变得为更加故障安全的。尤其是这种故障安全性可以通过冗余来实现，而这种冗余只需要为保护控制提供。就此而言，运行能够以高的安全性标准实施，同时在耗费方面是合理的。

附加地或替代地提出，保护控制具有主控和副控，其中主控执行保护控制而当主控完全或部分失效时，副控承担保护控制或其一部分。由此可以实现前述的故障安全的控制。

一种变型形式在此是，主控和副控同时执行。即如果在识别出故障标准时承担保护控制，则保护控制同时执行主控和副控，从而所述主控和副控都进行对安全的工作点的操控。这例如可能意味着，主控和副控都开始风能设备的关闭，其方式在于：例如两者触发转子叶片的预编程或以其他方式准备的紧急调整。

特别优选地提出，主控和副控可以类似地或甚至相同或至少几乎相同地构成，以由此实现冗余。然而，也可以优选地实现冗余，其方式在于：两个不同的系统可以实现相同的或类似的任务。

例如提出，在出现故障时，当转速必须降至零时，保护控制通过使用其主控来执行此操作。在此，这种将转速降低到零的操作包含将转子叶片转动到顺桨位置中。为此，主控可以经由预编程的叶片角度时间曲线将转子叶片置于其顺桨位置。如果即使保护控制的主控失效，则副控也可以将转子叶片带入顺桨位置，但可能以更简单的方式和方法，例如通过为相应的伺服马达提供恒定输入电压或恒定输入电流，以便由此产生基本上恒定的调节扭矩，转子叶片在顺桨位置中以所述恒定的调节扭矩转动，直到所述转子叶片到达机械的限位开关。

这将被理解为在干扰情况下，即当识别到干扰时要执行的各种措施的图解说明性实例。由此实现了故障安全，因为这基于不认为主控和副控会同时失效的想法，特别是如果副控此外还更简单地构造进而更不易发生干扰，则不认为主控和副控会同时失效。

优选地，这些都不设计用于工作点控制。对于工作点控制，假设其无干扰地工作就足够了。工作点控制不需要为故障做好准备。如果发生重大干扰，则保护控制可以接管，其等级高于工作点控制。在这种原则上很少发生的这种故障情况下，用于控制的许可和能力被暂时从工作点控制撤销，并且保护控制接管，直到识别出的干扰被消除并且风能设备可以并且被允许重新正常工作。

根据一个实施方式提出，当检测到的塔振动超过预定的塔振动极限值时，特别是当塔纵向振动超过预定的塔纵向振动极限值时和/或塔横向振动超过预定的塔横向振动极限值时，识别出干扰，尤其保护控制识别出干扰。

当检测到的发电机振动超过预定的发电机振动极限值时，则保护控制或另一单元也可以识别干扰。特别地，在此提出，将相应的塔振动的塔振动振幅用作检测到的塔振动，和/或分别考虑加速度，使得各个振动极限值是加速度的极限值。同样，对于发电机振动的考虑在此提出，使用发电机振动振幅。在此为此也可以考虑发电机振动的加速度。尤其提出，塔振动极限值、塔纵向振动极限值和塔横向振动极限值分别不同于发电机振动极限值。尤其，塔振动极限值、塔纵向振动极限值和塔横向振动极限值分别大于发电机振动极限值。尤其塔振动极限值、塔纵向振动极限值和塔横向振动极限值分别是发电机振动极限值的至少五倍。

根据一个设计方案提出，塔纵向振动、塔横向振动和/或发电机振动分别监控振动曲线，并且

-对于振动曲线分别检查，所述振动曲线是否离开第一振动公差带，和

-将第一振动公差带的每次离开累加或积分成超过总和，和

-当所述超过总和在预定的第一检查时间段内达到或超过预定的最大总和时，

-风能设备因干扰而停止，或

-发出振动警告并且风能设备的停止与振动曲线的进一步走向相关，其中尤其

-在第一后续步骤中，将所述超过总和设置为零，并且

-在第二后续步骤中，将第一振动公差带的每次离开重新累加或积分成超过总和，直至重新发出振动警告，其中

-然后重复第一和第二后续步骤并且

-对在此发生的振动警告计数并且

-检查：在比第一检查时间段更长的预定的第二检查时间段内，振动警告的次数是否达到预定的警告次数极限，并且据此风能设备因干扰停止或继续运行。

由此，提出对第一振动公差带的监控。振动公差带由此具有正极限和负极限，振动应不超过或不低于它们。如果超过或低于极限，则离开公差带，这样开始所述方法，用于进一步观察和评估所述超过或低于。

正的和负的极限优选具有数值相同的值，尤其即发电机振动极限值或塔振动极限值或塔纵向振动极限值或塔横向振动极限值。当然也可以同时监控这些振动类型中的多种类型，尤其同时监控所有三个振动类型并且随后分别使用相应的极限从而相应的极限值。

优选地，可以为发电机振动极限值和塔振动极限值，或塔纵向振动极限值和塔横向振动极限值分别预设第一和第二极限值，其中第一极限值可以分别对应于第一振动公差带的极限并且第二极限值可以分别对应于下面描述的第二振动公差带的极限。

每次离开第一个振动公差带，即每次超过或低于相关极限，都会被检测并且求积分或累加。在求积分时，基本上将超过或低于的振动曲线和相关极限之间的面进行积分，并与预定的最大总和进行比较。已认识到，不是对这些面积进行积分，而是通常只记录超过或低于，或离开公差带的次数就足够了，即仅对离开公差带的次数进行计数。在这两种情况下，将结果与预定的最大总和进行比较，其值当然也与进行积分还是计数相关地被预定。如果达到或超过该最大总和，则认为存在干扰，即识别出干扰。

然而，提出两种变型形式以供进一步评估。根据一种变型形式，当识别出干扰时，风能设备停止，其中这可以伴随着相应故障信号的输出。

根据另一变型形式，当识别出干扰时，首先仅输出振动警告，即警告信号。风能设备在此首先可以继续运行。然而，振动性能继续受到监控。

为了进行进一步监控特别提出，监控：是否再次发生这样的故障，尤其是其发生的频率或频次。为此，可以将求积分或累加，即计数重置，以便从头开始。这可以通过将超过总和重置为零来完成。然后，如上所述，可以通过求积分或计数来检查新干扰。

如果以这种方式识别到其他干扰，则会检查这种情况发生的频率。为此，确定比第一检查时间段更长的第二检查时间段。例如，第一检查时间段可以具有从5小时到2天的范围内的持续时间，特别是一天的持续时间，而第二检查时间段可以具有3到14天的持续时间，特别是7天的持续时间。

如果在第二检查时间段内识别出大量干扰，则在第二检查时间段内振动警告的次数超过预定的警告次数极限，风能设备因干扰而停止。预定的警告次数极限可以在从3到10的范围内，特别是大约5或6。

然而，如果在第二检查时间段内没有达到这个警告次数极限，识别出的干扰的所述计数也可以被重置，即减少到零或在预定的例如可以为一天的减少区间内减少一个计数。由此也可以将计数减少到零，例如，当计数已经上升到四但随后四天不再识别到干扰时。值不会越过零减少到负数。

检查在预定的第二检查时间段内振动警告的次数是否达到预定的警告次数极限，也可以通过选择警告次数极限和选择减少区间的持续时间来实现。如果警告次数极限为例如4次，并且减少区间的持续时间为1天，则当一天内识别出4个干扰，两天内识别出5个干扰，三天内识别出6个干扰，或四天内识别出7个干扰时，实现停止。因此，通过将警告次数极限预定为4次并且将减少区间的持续时间预定为1天的方式，可以实现在四天内最多允许出现7次干扰。在这种情况下，如果在更短的时间内识别出一个或几个干扰，则也将识别出干扰，但这是有利的效果。

优选地，当振动曲线离开大于第一公差带的第二振动公差带一次时，优选识别出干扰并且停止风能设备。因此，该第二振动公差带在数值方面比第一振动公差带具有更大的极限。如果只离开一次，则会产生如此严重的干扰，以至于风能设备，无论如何不用对振动进行进一步检查就立即停止以进行自身保护。

由此，可以实现至少两级的监控，所述两级的监控在大的但是还不直接危及风能设备的振动下，首先仅开始监控并且监控振动的进一步走向，所述两级的监控然而在振动再更大会危及风能设备时立即造成风能设备的停止。

所描述的振动曲线的监控可以对于每种所描述的振动类型彼此独立地进行，其中优选为检查标准预设不同的值。

根据一个实施方式提出，仅对于塔振动进行对干扰的两级检查，而对发电机振动进行单级检查。

优选地，作为振动曲线分别监控加速度曲线。对于发电机振动，也可以优选考虑加速度曲线从而考虑加速度，其大小不应超过2g的值。相应地，极限值可以设置为2g，或者优选地在1g至2g的范围内。

优选在0.1hz至1.25hz的频率范围内检测沿纵向和横向的塔振动。为此，根据一个实施方式提出，将分离频率设置为高于1.25hz的值。特别提出，将1.25hz至2hz的值作为分离频率。

优选地提出，从所检查的振动中检测分别出现的最大加速度。这可以优选地沿纵向和横向进行。对于塔振动提出，为纵向和横向分别提出，确定一个值作为极限值，该极限值对应于重力加速度的两倍，即对应于两个g。优选地，在从1g到2g的范围内的较低值被预设为最大加速度，其中当达到所述极限值时风能设备停止，特别是转子叶片紧急调节到顺桨位置。

根据本发明，还提出了一种风能设备。这种风能设备包括：具有发电机轴线的发电机，用于从风中产生电功率，其中发电机可由具有一个或多个转子叶片的空气动力学转子驱动；用于运行发电机的吊舱；用于承载吊舱的塔；用于检测塔振动的振动传感器，其中振动传感器还配置用于检测机械的发电机振动；和用于根据检测到的塔振动和根据检测到的发电机振动来控制风能设备的控制装置。

因此，提出一种风能设备，上述方法基于所述风能设备，其中根据至少一个所描述的实施方式在风能设备上实施上述方法。尤其在控制装置中进行控制。控制装置尤其可以设计为过程计算机或在风能设备的过程计算机中实施。

根据一个实施方式提出，风能设备构成为无变速器的风能设备。因此，空气动力学转子直接驱动发电机，即其电动转子，也称为转动件。这造成，优选构成为同步发电机的发电机是缓慢转动的发电机，尤其是多极发电机。在此，多极发电机尤其应理解为具有至少96个定子极的发电机。因此，无变速器的风能设备的这种发电机也导致潜在的振动谱，其频率高于预期的塔振动的频率，但所述谱，即预期的振动的频率范围，明显更接近预期的塔振动。

尤其假设，这种发电机具有低于20转/分钟的额定速度。由此，这与具有变速器的风能设备的发电机明显不同，具有变速器的风能设备的发电机的转速通常在1500转/分钟至3000转/分钟的范围内。此外，无变速器的风能设备的发电机通常设置在风能设备的塔前方的区域中，至少相对于上部塔区域而言。因此，设置在发电机区域中的振动传感器也设置在这种区域中。

振动传感器优选构成为加速度传感器并且尤其配置用于在至少两个方向上检测加速度，尤其是在水平平面中的基本上彼此垂直设置的两个方向上。这具有已经在上面结合方法的相应实施方式所阐述的优点。

根据另一设计方案提出，将振动传感器设置在发电机上，特别是在发电机的定子上，在承载发电机的发电机承载件上和/或在吊舱的前部中设置。为此为了进一步阐述可以参考上面对相应的方法的相应实施方式已经给出的阐述内容。

附图说明

下面，根据实施方式参照附图详细阐述本发明。

图1示出风能设备的立体图。

图2示意地示出风能设备的一部分的侧视图。

图3示意地示出在考虑振动测量的情况下用于运行风能设备的测量和控制结构。

图4示意地示出用于图解说明可能的触发标准以识别干扰的可能的振动曲线。

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在运行中由风置于转动运动中进而驱动吊舱104中的发电机。

图2示意地示出具有吊舱202和发电机204的风能设备200的局部。发电机204具有定子206和转动件208。转动件208直接与三个转子叶片210耦联，所述转子叶片仅部分地、仅示意地示出并且仅示出其中两个，因为第三转子叶片在示出的位置中位于吊舱202的背离的侧上。

发电机204由此构成为内转动件并且因为所述转动件208直接与转子叶片210连接从而与空气动力学转子212连接，所以存在无变速器的风能设备。转动件208于是在运行中相对于定子206转动并且在此围绕发电机轴214转动。发电机轴线214由此也同时是转子212的转动轴线。可能的轴承为了简单性而在图2中未示出。

定子206经由定子承载件216固定在机械承载件218上。机械承载件218经由方位角轴承220在塔222上可转动地安装。

图2也示出放大局部224。除了环绕的刷式密封装置226以外，示出振动传感器228，所述振动传感器可以构成为加速度传感器。所述振动传感器228在此在定子206上从而在发电机204上设置和固定。振动传感器228同时设置在定子承载件216上。

在图2中在此在总视图中同样可得出，振动传感器228设置在吊舱202的前部中。在此要注意的是，在所述图2中，转动的部分，即所谓的导流罩230，明显比通常所示出的更长。通常，在转子叶片210或其所固定于的毂232与转动件208之间的间距明显更短。作为前部234表示连接于机械承载件218的吊舱部分，并且在所述吊舱部分中设置包含定子承载件216的发电机204。与其相反，吊舱的后部236大致从机械承载件218和定子承载件216之间的连接区域向后伸展至通风出口238。

在图2中尤其可见，发电机204较远地伸出塔222。振动传感器228在此同样较远地伸出所述塔222。它尤其不设置在塔222上并且也不在塔上方的区域220中设置，尤其在那也不在塔轴线240的延长部的区域中设置。

振动传感器228配置用于记录两个振动方向，即一方面沿发电机轴线214的纵向方向和另一方面沿横向于其的方向，即根据图2沿进入绘图平面的方向。由此，对于塔222的塔振动以及发电机204的发电机振动可以检测两个有说服力的振动方向。包括继续处理的可能的评估在图3中图解说明。

由此，图3示意地示出测量和控制结构300。所述测量和控制结构300在那里示出的左侧上以振动传感器328的示意图开始，所述振动传感器可以对应于图2的振动传感器228。优选构成为加速度传感器的所述振动传感器328可以检测两个彼此垂直的振动方向，所述振动方向在此表示为x和y。优选地和/或在根据图2的优选的振动传感器228的情况下，这两个方向x和y处于水平平面中。x方向可以表示沿发电机纵轴线的方向的振动方向并且y方向可以表示横向于其的方向。

据此，所述振动传感器328输出两个测量信号，即对于两个方向x和y中的每个方向各一个测量信号。这两个振动信号可以称作为纵向振动信号sx和称作为横向振动信号sy。这两个信号随后发送至分离模块302，在所述分离模块中可以装入分离电路，或在所述分离模块中由相应的微处理器或相应的评估程序执行下面所描述的信号分离。由此，这两个信号，即纵向振动信号sx和横向振动信号sy分别分离为塔振动信号和发电机振动信号。为此，在分离模块302中用符号示出，将总信号s分离为塔信号t和发电机信号g。

分离模块302随后输出三个单个信号作为结果，即塔纵向振动信号stx、塔横向振动信号sty和发电机振动信号sg。

作为下一步骤，所述示例的测量和控制结构300提出，在包含在保护功能模块306中的保护控制中，要考虑这三个信号，即在此塔纵向振动信号stx、塔横向振动信号sty和发电机振动信号sg。

同时，还提出运行控制模块308，所述运行控制模块包含工作点控制并且同样得到关于振动的所有信息，即所述三个信号，即塔纵向振动信号stx、塔横向振动信号sty和发电机振动信号sg。

由运行控制模块308的工作点控制所预设的工作点，为了在此工作点中控制风能设备，因此可以与振动信息相关地进行调整、改变或设定，或也可以确定，不需要改变工作点。只要运行控制模块308或其中的工作点控制执行风能设备的控制，即至少它输出期望功率ps和期望转速ns。这两个变量可以基本上限定风能设备的工作点，所述工作点可以称作为运行点。这可以尤其与检测到的转速ni和检测到的功率pi相关地执行。

检测到的功率pi，并且随后相应地还有期望功率ps尤其表示风能设备的输出功率，所述风能设备示意地示作为风能设备310。图3的风能设备310的示图也仅示意地理解为，示出的测量和控制结构300原则上可以完全地包含在风能设备310中。

无论如何，将所述运行点通过期望转速ns和期望功率ps的预设而输入到主控制装置312中。主控制装置312也仅示意地理解，因为在风能设备的主控制装置中原则上所有在测量和控制结构300中阐述的内容可以被执行。无论如何，主控制装置312随后尤其产生调整变量，借助于所述调整变量设定风能设备312或其组件。

就此而言也仅图解说明地示出，图3的测量和控制结构300的主控制装置312分别对于变桨马达输出扭矩，和期望功率ps。用于变桨马达的扭矩在此称作为mα。扭矩由主控制装置312预设并且可以涉及不同的其他方面，所述方面在此不进一步进行描述，列举仅两个实例诸如例如考虑相关的变桨驱动器的负荷和考虑所需的调节速度。

期望功率ps也仅图解说明地给出并且其实施可以例如执行成，使得在他励同步发电机的情况下设定所述他励的相应的励磁电流。此外或替选地，可以经由控制定子电流实现或影响期望功率ps的设定。

无论如何，给出这两个示意地示出的值，即各一个变桨马达的驱动力矩mα和到风能设备310上的设置的输出功率ps。这应当意味着，对于相应的调整装置给出这些值。这根据前述实例是相关的变桨马达、相关的励磁调整器和/或连接在定子下游的可控制的整流器。

以这种方式和方法，即经由运行控制模块308中的工作点控制和主控制装置312中的其他实施工作，正常地运行风能设备310。然而如果现在出现干扰，那么如包含在保护控制功能模块306中的保护控制可以变成是激活的。这种保护控制功能在此监控振动，即塔纵向振动信号stx、塔横向振动sty和发电机振动信号sg。

如果这些信号中的一个信号超过相应的极限值，那么保护控制被激活并且这首先造成，取消正常控制。这通过停用模块314图解说明。因此，保护功能块306可以在此情况下操控停用模块413并且停用根据运行控制模块308和主控制装置312的正常控制。这通过在停用模块314中用符号示出的打开的开关表明。

同时，随后保护功能模块306的保护控制执行风能设备310的自身的控制，以便使其达到安全的工作点。在这里也图解说明的最简单的情况下，为此停止风能设备，由此即控制成尽可能快地达到转速零。为此，在图解说明的实例中也必要的是，将叶片角度转动到顺桨位置，这在图3中图解说明为90度。通常，顺桨位置不是刚好90度，而是在其附近，使得α＝90度的值图解说明地是有意义的值。当然，也可以执行其他控制，也诸如输出功率的降低。这在此然而为了更好的可视性不进行进一步阐述。

无论如何，保护功能模块306的保护控制执行转子叶片到顺桨位置的移动并且为此经由主模块316对于各个变桨马达产生扭矩。主模块316可以为此例如在时间上产生或预设相关的变桨马达的首先提升的和随后再降低的扭矩。这相应地在主模块316中图解说明。

优选地，然而所述保护控制也构成为故障安全的控制并且可以为此具有主控和副控。主模块316可以图解说明地视为主控或所述主模块可以代表其他主控制功能，所述主控制功能必要时必须执行保护控制。如果所述主控制或代表其示出的主模块316不能执行期望的控制，即不能期望地产生变桨马达的扭矩，那么提供副模块318作为用于副控的图解说明的元件，所述副控即随后承担主控由于失效而不再能执行的工作。

副控从而图解说明地副模块318在此可以配置用于，更简单地执行要执行的控制。这在此通过如下方式图解说明，即副模块318同样产生或预设扭矩mα，以便由此操控变桨马达，然而更不明确地执行所述扭矩预设。因此，图解说明地，副模块318为此具有符号表示的图表，所述图表应当表明，在此将扭矩mα简单地设置为固定值。相关的转子叶片于是可以转动到其顺桨位置并且当转子叶片达到其顺桨位置并且在此操作限位开关时，所述操控，即变桨马达的扭矩的产生或预设终止。所述限位开关造成，没有其他扭矩再发送到相关的变桨马达上。

主控和副控，在此通过主模块316或副模块318图解说明，然而也可以相同地构成并且同时并且并行地工作，其方式为例如所述主控和副控在干扰情况下给出对变桨马达的扭矩要求或变桨马达控制，或仅发出切断信号，所述切断信号可以自主地执行桨距控制，因为这例如相应地预编程。

图4示意地示出振动a关于时间的示意曲线。所述图解说明地示出的振动a可以分别示出加速度的时间曲线并且不仅是对于塔振动图解说明的而且是对于发电机振动图解说明的。特别地，所述振动可以涉及塔纵向振动信号stx、塔横向振动信号sty和发电机振动信号sg并且例如对此示出相应的加速度。所述三个振动可以在多个特性方面进行区分，然而在图4的图表中应当阐述尤其两个可能的标准，所述标准会造成干扰被识别。并且所述标准以相同的方式和方法针对三个振动类型提出。

还要注意的是，这不仅适用于所述图解说明的图4，而且总的来说，观察到的振动可以是横向的和纵向的塔振动，或是发电机振动。在此，尤其可以相应地调整相应的一个或多个标准的值，尤其极限值。

图4现在示出振动曲线a，其首先示出具有小的振幅的振动，所述振幅随后升高。在时间点t1，所述振动达到第一振动上限值ao1。所述振动上限值用水平的虚线标出并且还存在第一振动下限值au1，其优选对应于第一振动上限值ao1的负值。因此，优选适用au1＝-ao1。这两个第一振动极限值由此可以形成第一振动公差带。所述第一振动极限值分别可以形成第一发电机振动极限值或第一塔振动极限值或形成第一塔纵向振动极限值或第一塔横向振动极限值。

在此时间点t1，当振动超过第一上限值时，即离开第一振动公差带时，还未识别出干扰，而是随后对所述极限值的超过求积分，同样情况适用于低于第一振动下限值，这是另一种离开第一振动公差带。这在图4中作为画阴影的积分面if1示出。这种积分随后关于预定的积分时间段ti继续，所述积分时间段也可以同义地称作为检查时间段。在所述积分时间段ti之内现在振动继续并且随后低于第一振动下限值au1，即再次离开第一振动公差带。在这种低于情况下，随后同样得出求积分的值，这作为第二积分面if2图解说明。这也累加到第一积分面if1的求积分的值。振动随后继续并且再一次在示出的实例中超过第一振动上限值，使得求积分继续，即具有第三积分面if3的内容。

所述求积分在图4中还在部分图表中示出，同义地也可以称作为超过总和的所述超过积分值i的曲线示作为所述求积分的结果，即绘图地直接在观察到的积分时间段ti下方示出。如果所述超过积分值i达到作为水平虚线标出的参考积分值im，所述参考积分值也可以同义地称作为最大总和，那么保护控制识别出干扰并且尤其通过叶片紧急调节触发风能设备的停止。在示出的实例中，超过积分值i然而没有达到可预设的参考积分值im。因此，没有识别出干扰，因为振动即在示出的实例中再次逐渐减弱，然后在积分时间段ti内不再低于第一振动下限值au1，并且也不再超过第一振动上限值ao1，即保持在第一振动公差带内。

代替示出的求积分也考虑求和，即计数。以转移到图4的情况的方式，例如参考积分值，即最大总和具有值4。在此，仅离开第一振动公差带三次，使得超过总和的值为3从而还未识别出干扰。

如果振动曲线，即所观察的加速度a，之后再次超过第一振动上限值ao1或低于第一振动下限值au1，那么重新从零开始积分从而也开始新的积分时间段ti。替选地，超过积分值，或超过总和逐渐减少。例如，超过总和可以在仅离开第一公差带被计数的情况下每天降低值1。

此外，设有第二振动上限值ao2。所述第二振动上限值同样由水平虚线表示并且也还存在对应物，即第二振动下限值au2。在此也优选提出，第二振动下限值au2对应于第二振动上限值au2的负值(au2＝-ao2)。这两个第二振动极限值由此可以形成第二振动公差带。所述第二振动极限值可以分别形成第二发电机振动极限值或第二塔振动极限值，或形成第二塔纵向振动极限值或第二塔横向振动极限值。

在图4中示例地在时间点t2超过第二振动上限值ao2。在没有执行求积分的情况下，这直接造成识别出干扰。于是，即在时间点t2，特别经由转子叶片到顺桨位置中的紧急调节实现风能设备的停止。在达到第二振动上限值ao2之前的短时间内，所观察的振动的加速度a甚至也首先超过第一振动上限值au1，这造成求积分的重新开始。所述求积分在此为了简单没有示出，因为在此之后短时间内在时间点t2达到第二标准并且在此应当被阐述。

通过切断风能设备随后也使振动平息，这在图4中同样被表明。

以相同的方式，低于第二振动下限值au2造成识别出干扰并且造成特别经由转子叶片的紧急调节来触发风能设备的停止。