[发明专利]用于运行风能设备的方法、调节器结构、风能设备和风电场

说明书

本发明涉及一种用于运行风能设备(100)的方法(600)，其中所述风能设备(100)具有塔(102)和气动的转子(106)，所述塔具有作用于所述塔的外部塔负荷，所述转子具有桨距角可调节的转子叶片(108)，所述桨距角产生转子推力，其中所述方法(600)包括以下步骤：确定(610)所述风能设备(100)的塔的塔顶的速度(v_TK)和/或吊舱的速度；确定(620)在所述风能设备(100)的区域中的绝对风速(v_w)；基于所述绝对风速(v_w)；确定(630)在所述转子上的纯风功率(P_wind)；基于所述塔顶和/或吊舱的速度确定(640)在所述转子上的视在风功率(P_scheinbar)；基于所述视在风功率(P_scheinbar)和所述纯风功率(P_wind)的差确定(650)气动的塔振动功率(P_AT)；和利用所述气动的塔振动功率(P_AT)调节(660)所述风能设备。

技术领域

本发明涉及一种用于运行风能设备的方法、一种调节器结构、一种风能设备和一种风电场。

背景技术

风能设备是已知的。为了运行这样的设备提出不同的设计概念或调节策略，其中之一是所谓的速度调节，其尤其旨在通过调节风能设备的转子的转速来实现优化的功率，而在此不产生过高的负荷或转速。

已知的是，塔振动对于风能设备的结构上的完整性和负荷来说是不期望的甚至是危险的，使得已经开发了用于衰减塔振动的有源系统。塔振动导致风能设备所“经历”的风速的失真。当塔向前振动时，相对风速以塔顶速度的分量提高(反之亦然)。

因此，塔向前的振动导致气动的转子功率提高(更多风)，从而导致转速提高。因此，转速调节会使转子叶片稍微向后变桨，然而这会减轻塔的负荷从而加强塔的振动。结合塔顶速度，也能够提及(可测量的)干扰变量。已知的转速调节受到所产生的塔振动的干扰，使得转速调节本身就是(进一步)激励塔振动的源。

DE3308564A1涉及风能设备的塔的初级弯曲模式的衰减，其中通过叶片调节装置提供叶片设定角参考信号以经由叶片调节设备影响涡轮叶片的设定角来将功率保持恒定。这通过将叶片设定角参考信号生成作为调节扭矩/功率的叶片设定角参考速度信号与通过对叶片设定角参考信号进行滤波而生成的经估计的加速度信号之和的积分来实现。因此，该文献描述了一种能够如何计算塔运动的方法途径，而其不会对转速调节产生影响。

EP2115299B1涉及利用估计方法在风能设备中对塔共振运动的衰减，其中经估计的值用于提供集体的桨距角的校正。

EP2063110B1涉及一种用于衰减风能设备的塔振动的方法，所述风能设备包括转子叶片、变桨控制装置和用于设定转子叶片的桨距角的致动器系统，其中所述方法具有以下步骤：提供转子速度的速度参考值；提供表示转子速度的转子速度值；并且建立修改值，所述修改值表示为了考虑塔振动待在转子速度值上实施的校正值；使用修改值来改变速度参考值，以便获得改变的速度参考值；至少基于改变的速度参考值和转子速度值之间的差来确定桨距参考值，所述桨距参考值对应于待通过致动器系统设定的桨距角；根据桨距参考值控制转子叶片的桨距角。

据此EP2 063 110 B1从塔的所导出的运动和位置中估计塔运动并且由此确定转子速度或转速的参考值的校正。然而，为了将塔振动的影响与转速调节解耦，放大器25的放大因子，参见该文件的图4，必须被优化，这是重要的并且也没有被该文献描述。因此尽管该方法有源地用于衰减塔振动，但其根本无法避免已经因转速调节所引起的塔振动，因为未实现该干扰变量与转速调节本身的解耦。

德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索了以下现有技术：DE102017105165A1,US2009/0250932A1,US2010/0063769A1,US2011/0316277A1,US2012/0056427A1,US2014/0297052A1,US2015/0354532A1。

发明内容