[发明专利]用于风力发电设备的控制装置及相应的风力发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电设备的控制装置，该风力发电设备带有一个电力系统和一个包括多个转子叶片的转子，该转子由风驱动并且将转子机械功率传送给电力系统，该电力系统将转子机械功率的至少一部分转化为电功率，该控制装置带有一个配属于至少一个转子叶片的叶片传感器器件，该叶片传感器器件测量所述至少一个转子叶片的与描述转子处的风的风场的至少一个特征值有关的至少一个物理性质，并且提供至少一个表征该至少一个物理性质的叶片传感器信号。此外，本发明涉及一种用于控制风力发电设备运行的方法。

背景技术

欧洲专利申请第09013565.8号公开了一种设置用于包括带有两个或更多的叶片的转子的风力发电设备中的系统，该系统用于测量风速场，其中，通过测量物理性质在至少一个转子叶片上获得至少一个传感器信号，该物理性质表征风速场的至少一个特征值。为多种风况建立一个表格，其将至少一个传感器信号与用于风速场的至少一个特征值的数值相关联。借助搜索单元根据为了当前风况所给出的数值从表格中确定一个用于风速场的至少一个特征值的数值，为了当前风况所给出的数值表征至少一个传感器信号。

由风力发电设备产生的电功率对风力发电设备制造商和风力发电设备运营商均具有较大吸引力和经济意义。由风力发电设备瞬间产生的功率一方面取决于设备机器部件(包括转子叶片、传动系、电力部件和这些设备部件的控制装置)的状态，以及另一方面取决于风的特征值(如风强度、相对于转子定向的风向和在转子扫过的面积区域内的水平和垂直风切)。这些特征值对于风力发电设备的位置来说是特有的，并且既与其地理位置也与大气条件有关。此外，如果在风力发电园中有多个风力发电设备紧密地竖立在一起，风力发电设备会由于其风影或背风区附加地影响其它风力发电设备产生电功率。

通常构成制造商和运营商之间合同义务一部分的预计电功率通常通过由制造商预先规定的一般条件(如风力发电设备位于平坦的地基上在持续的风中运行)定义。如果实际产生的功率与预计功率不一致，就会在两方之间产生争议。因此，制造商和运营商均需要这样一种方法，该方法可以准确并且可靠地估计风力发电设备的运行状态，以便能够检测风力发电设备的实际功率是否与制造商的规格说明相一致。

在风力发电设备的使用寿命内对其瞬间产生的电功率的准确估算还附加地为运营商提供这样的优点，即通过将电功率估算值与电功率测量值进行比较来鉴别风力发电设备机械部件中的问题，尤其当估算值和测量值的偏差超出了一个预先确定的范围时(电功率估算值也可以称为预计电功率)。

目前既不能瞬间地也不能在一个时间段内足够准确地测定在一确定位置上的电功率估算值，因为在转子扫过的面积内的风的特征值不是已知的。布置在吊舱上端部的测量装置(如风速计和风向标)非常不准确，因为它们只在单一的空间点上而不是在被转子扫过的面积上测量风。此外，通过吊舱和由每个叶片引起的涡流在风场中形成失真，这阻碍了准确的测量。

高质量的风数据可以通过气象杆提供。然而，气象杆和风力发电设备之间的距离造成了在转子处的风速的未知偏差，由此阻碍了准确的电功率估算值的计算。在这方面将更有问题的是，如果只将一个唯一的或很少的气象杆用在很大的、可能包括几百个分布在很大面积中的风力发电设备的风力发电园中。尽管通过使用大量气象杆来减小气象杆和风力发电设备之间的距离可能会缓和该问题，但为此所需的耗费过大并且过于昂贵。另一个缺点在于，每个气象杆只能在垂直方向上测量风切，因此水平风切仍旧是未知的。

尽管安装在吊舱上的光学系统，如LIDAR系统(激光探测及测距系统，英语：Light detection and ranging)可以穿过转子轮毂进入形成的风场中测量，但该测量只能沿激光束进行，因此从测量位置出发可扫描到的区域局限为一个锥形，其与被转子扫过的面积的截面只代表了该扫过面积的一部分。因此只能够不充分地在被转子扫过的面积上测量风的特征值。

由此存在这样的期望，创造一种优选随时可以确定风力发电设备的准确电功率估算值的可能性。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于，构成风力发电设备的尽可能准确的电功率估算值。优选也应可以将该估算值与风力发电设备的实际电功率进行比较。

该技术问题按本发明通过一种用于风力发电设备的控制装置和一种控制风力发电设备运行的方法解决。该风力发电设备带有一个电力系统和一个包括多个转子叶片的转子，该转子由风驱动并且将转子机械功率传送给所述电力系统，该电力系统将所述转子机械功率的至少一部分转化为电功率，该控制装置