用于操作风力涡轮机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于操作风力涡轮机尤其是直接驱动型风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括:发电机，所述发电机包括定子和转子，其中所述转子通过至少一个轴承相对于所述定子被可旋转地支撑；以及控制装置，所述控制装置适配成控制转子和/或联接至所述转子的至少一个被可旋转地支撑的风力涡轮机部件的转速，和/或适配成控制所述发电机的电功率输出。
【背景技术】
[0002]已知相对于风力涡轮机的发电机的定子可旋转地支撑风力涡轮机的发电机的转子的轴承在风力涡轮机操作过程中会发热。很难在轴承上维持均匀的热分布，即，尤其是在相应的外圈和内圈上。尤其是在风力涡轮机的初始操作过程中(即在所谓的冷启动情形期间)，轴承的外圈和内圈可能经历比较大的温差或温度梯度，这样会在轴承内相应地产生比较高的机械负荷，尤其是机械应力。
[0003]已知的一种操作风力涡轮机的方法涉及到在确定了轴承内的某些温差时，暂时乃至完全停止风力涡轮机的操作，即，暂时乃至完全关掉风力涡轮机。在这种情况下，风力涡轮机不产生电力。
[0004]由于轴承内会定期发生相应温差，所以这种方法通常会导致风力涡轮机经常关掉，在持续地操作风力涡轮机和持续地产生电力这个总体目标方面，上述情形是需要改善的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于操作风力涡轮机尤其是直接驱动型风力涡轮机的改进的方法。
[0006]如上所述，通过一种用于操作风力涡轮机尤其是直接驱动型风力涡轮机的方法来实现这个目的。
[0007]该方法的特征在于下列步骤:
-确定至少一个温度信息，其至少表示轴承的至少两个部件尤其是外圈与内圈之间的温差，
-将所述温度信息与至少一个上限阈值温度信息比较，所述上限阈值温度信息至少表示所述轴承的所述至少两个部件之间的上限阈值温差，
-如果所述轴承的所述至少两个部件之间的温差上升到高于所述上限阈值温差，
则将转子和/或联接至所述转子的至少一个被可旋转地支撑的风力涡轮机部件的转速限制为一个值，这个值不等于零，而又低于所述转子的风力涡轮机特有的额定转速，和/或低于联接至所述转子的至少一个被可旋转地支撑的风力涡轮机部件的风力涡轮机特有的额定转速，并且/或者将发电机的电功率输出限制为一个值，这个值不等于零，而又低于所述发电机的风力涡轮机特有的额定电功率输出。
[0008]根据本发明的方法尤其适用于操作直接驱动型风力涡轮机，即设有被可旋转地支撑的转子轴毂与发电机的被可旋转地支撑的转子的直接机械连接的风力涡轮机，所述转子轴毂设有至少一个附接至其的转子叶片。因此，尤其是在转子轴毂与发电机的转子的机械连接之间未安置齿轮箱。
[0009]根据本发明的方法包括三个基本步骤，下文将更具体地予以说明。
[0010]在第一步骤中，确定至少一个温度信息。所述温度信息至少表示轴承的至少两个部件尤其是外圈与内圈之间的温差。所述温度信息可以另外表示轴承的至少一个部件尤其是外圈的温度，即，关于表示轴承的至少两个部件之间的温差的温度信息的所有注解，也适用于另外表示轴承的至少一个部件尤其是外圈的温度的温度信息。
[0011]所述温度信息通常是基于从温度传感器提交的传感器信号来确定的，所述温度传感器是随轴承提供的，或者是提供在轴承处的，即，尤其是随内圈和/或外圈提供的或者提供在内圈和/或外圈处的温度传感器。术语“内圈”和“外圈”还包含内圈和/或外圈的分区段的或多部分的构造。
[0012]可以用持续的方式或非持续的方式(S卩，以某些时间间隔)确定温度信息。温度信息可以表示轴承的至少两个部件之间的温差的平均值。平均值是从某一段时间(例如，10秒、20秒、30秒或60秒)求得的。
[0013]在第二步骤中，将温度信息与上限阈值温度信息比较。上限阈值温度信息至少表示轴承的至少两个部件之间的上限阈值温差。上限阈值温度信息可以另外表示轴承的至少一个部件的上限阈值温度。轴承的至少两个部件之间的上限阈值温差通常表示一个轴承特有的温差，高于这个温差，特定轴承部件和/或特定轴承的操作可能会因为热影响而受到不利的影响。因此，轴承的至少一个部件(尤其是涉及内圈和/或外圈，和/或安置在内圈与外圈之间的滚动元件)的上限阈值温度通常表示一个轴承部件特有的温度，高于这个温度，特定轴承部件和/或特定轴承的操作可能会因为热影响而受到不利的影响。
[0014]上限阈值温度信息，尤其包含上限阈值温差，是风力涡轮机特有的一个量值，并且因此通常对于不同规模和/或类型的风力涡轮机是不同的。
[0015]通常通过适当的比较装置来执行温度信息与上限温度阈值信息的比较。所述比较装置可以包含适当的比较算法。所述比较装置可以实施在风力涡轮机的控制装置中。
[0016]因此，第二步骤通常包含确定或生成比较信息，所述比较信息表示比较结果，所述比较结果至少表示轴承的至少两个部件之间的所确定的温差是否上升到高于上限阈值温差。
[0017]在第三步骤中，如果轴承的至少两个部件之间的确定的温差上升到高于(即超过)上限阈值温差，则在此情况下，执行如下操作:将转子和/或联接至转子的至少一个被可旋转地支撑的风力涡轮机部件的转速具体限制为一个值，这个值不等于零，而又低于转子和/或至少一个风力涡轮机部件的风力涡轮机特有的额定转速，和/或将发电机的电功率输出限定地限制为一个值，这个值不等于零，而又低于发电机的风力涡轮机特有的额定电功率输出。
[0018]相反，如果轴承的至少两个部件之间的所确定的温差未上升到高于上限阈值温差，则维持风力涡轮机的正常操作。因此，将转子和/或至少一个风力涡轮机部件的转速设置成风力涡轮机特有的额定转速，和/或将发电机的电功率输出设置成风力涡轮机特有的额定电功率输出。
[0019]因此，在轴承的至少两个部件之间的所确定的温差上升到高于上限阈值温差的情况下，根据本发明的方法不是直接让风力涡轮机完全关掉，而是使得风力涡轮机在转子和/或至少一个风力涡轮机部件的转速受到限制或者降低的状态下操作，和/或使得风力涡轮机在发电机的电功率输出受到限制或者降低的状态下操作。风力涡轮机的这种(这些)操作模式可以称为“受到限制或降低的操作模式”。在这种受到限制或降低的操作模式下，目标是要降低在轴承(即，尤其是内圈)内部生成的热量，并且因此降低轴承的至少两个部件之间的温差，同时使得发电机的电功率输出保持尽可能得高。
[0020]关于风力涡轮机在上述受到限制或降低的操作模式下的操作，可以在用于冷却发电机的至少一个部件(尤其是定子的至少一个部件)的至少一个冷却装置的操作经过调适的状态下执行风力涡轮机的操作。下文将更具体地提到至少一个冷却装置的经过调适的操作。
[0021]因此，本发明的原理是基于如下观念:相应轴承内的发热主要与转子和/或相应风力涡轮机部件的转速成比例。转子和/或相应风力涡轮机部件的转速与发电机的电功率输出相关。
[0022]在风力涡轮机正常操作的过程中，转子和/或至少一个风力涡轮机部件的转速值被限制为通常在转子和/或至少一个风力涡轮机部件的风力涡轮机特有的额定转速的10-90%的范围内，尤其是在30 - 70%的范围内。这也适用于发电机的电功率输出被限制成的值。上述值的性质只是示例性的。
[0023]因此，即便轴承的至少两个部件之间的所确定的温差上升到高于上限阈值温差，根据本发明的方法总体上也允许维持电力的产生。
[0024]因此，根据本发明的方法进一步允许减少轴承的温度相对较低的部件(S卩，尤其是外圈)与发电机之间的热传递，这样可以减少因为外圈比较“凉”而内圈比较“烫”而导致在外圈与内圈之间给出温差。这个温差是基于如下事实:外圈的温度通常比内圈低很多，因为外圈在更大程度上暴露于周围条件，因此可能受到周围空气的冷却。
[0025]通常通过控制装置来执行对转子和/或至少一个风力涡轮机部件的转速的限制。控制装置可以包含适当的限制算法。控制装置可以是风力涡轮机的中央控制单元，或者可以实施在风力涡轮机的中央控制单元中。
[0026]风力涡轮机部件通常直接用机械方式联接至转子，从而使得风力涡轮机部件的旋转移动被直接传递至转子。因此，例如可以使用设有至少一个附接至其的转子叶片的转子轴毂作为相应的风力涡轮机部件。
[0027]根据所述方法的一个实施例，不但在轴承的至少两个部件之间的所确定的温差上升到高于上限阈值温差的情况下执行风力涡轮机的上述受到限制或降低的操作，而且在满足另一标准时也执行这种操作。这个另一标准可能与转子和/或风力涡轮机部件的转速有关。
[0028]根据所述方法的优选实施例，执行下列步骤:
-另外，确定至少一个转速信息，其表示转子和/或至少一个风力涡轮机部件的转速，
-将转速信息与至少一个最低操作速度信息比较，最低操作速度信息表示转子和/或至少风力涡轮机部件的