專利名稱：帶有電網(wǎng)故障識別的風(fēng)能設(shè)備所用的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子(Windrotor)和由該風(fēng)轉(zhuǎn)子驅(qū)動的發(fā)電機 (Generator)的風(fēng)能設(shè)備的控制裝置，其中，發(fā)電機由風(fēng)轉(zhuǎn)子驅(qū)動，并且控制裝置具有用于 發(fā)電機轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩控制單元。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代風(fēng)能設(shè)備實施成幾乎僅轉(zhuǎn)速可變的。這意味著，風(fēng)轉(zhuǎn)子(該風(fēng)轉(zhuǎn)子通常通過 傳動器驅(qū)動發(fā)電機)可取決于風(fēng)條件以不同的轉(zhuǎn)速運行。為此，在風(fēng)轉(zhuǎn)子處設(shè)置了這樣 的可能性，即，改變轉(zhuǎn)子葉片(Rotorblatt)的偏角(Anstellwinkel) 0通過改變偏角(槳 距(Pitch))，改變由風(fēng)轉(zhuǎn)子從風(fēng)中獲得的風(fēng)功率(Windleistimg)。相應(yīng)地通過轉(zhuǎn)矩控制 單元，改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩以及由此送出的電功率。傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)通常設(shè)置有，槳距控制單元 (Pitch-Steuereinheit)和轉(zhuǎn)矩控制單元被聯(lián)接到上一級的運行點模塊處，該運行點模塊 確定用于槳距和轉(zhuǎn)速控制單元的預(yù)定理論值(Sollwertvorgabe)并且貼靠到槳距和轉(zhuǎn)速 控制單元處?？刂蒲b置可如此地設(shè)計，即，使得槳距控制單元以及轉(zhuǎn)矩控制單元彼此獨立(文 件US 6 137 187)。但是，還可設(shè)置成，這兩個控制單元彼此相接合(文件DE 10 2005 029 000)，以使得利用這種接合可實現(xiàn)顯著地改進在風(fēng)能設(shè)備的部分和全負荷運行之間的過渡 特性。如果在運行中出現(xiàn)電網(wǎng)干擾(Netzstdrung)、尤其為通過短路引起的短暫的電壓 擾動(Sparmungseinbruch)，則由此還涉及轉(zhuǎn)速可變的風(fēng)能設(shè)備。通常WEA與電網(wǎng)分離，由 此在電網(wǎng)中提供很少的功率。在短路情況中這會產(chǎn)生不良后果。因此追求的是，至少在短 暫的電壓擾動的情況下在電網(wǎng)處保持WEA，以使得在電壓擾動結(jié)束時可盡可能地快速得再 次將風(fēng)能設(shè)備(WEA)的功率輸送到電網(wǎng)中。在電壓擾動的持續(xù)期間在電網(wǎng)處保留風(fēng)能設(shè)備 的這個觀點被稱作“低電壓穿越(lowvoltage ride through)”?；谠陔娋W(wǎng)擊穿(Zusammenbruch)的情況下電的電網(wǎng)參數(shù)的快速的變化，產(chǎn) 生對WEA及其傳動系統(tǒng)的相應(yīng)的、高動態(tài)的影響。在該處產(chǎn)生振動。這種在電網(wǎng)擾 動(Netzeinbruch)開始時產(chǎn)生的振動在實際中在電網(wǎng)擾動結(jié)束時(即在電壓重返 (ffiederkehr)時)再次被激發(fā)(anregen)。在此，可出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩峰值，轉(zhuǎn)矩峰值位于兩倍的額 定力矩之上。由此，存在風(fēng)能設(shè)備的傳動系統(tǒng)的斷裂危險和周圍環(huán)境的損害危險。已知的 補救措施在于，相應(yīng)地過大設(shè)計(ilberdimensionieren)機械的傳動系統(tǒng)的尺寸。但是這具 有的缺點是，顯著地提高WEA的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
基于最后所提及的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的為，在暫時的電壓擾動時改進風(fēng)能設(shè) 備在電網(wǎng)處的特性(“低電壓穿越”)。根據(jù)本發(fā)明的解決方案存在于獨立權(quán)利要求的特征中。有利的改進方案是從屬權(quán)利要求的對象。在用于帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(該發(fā)電機由風(fēng)轉(zhuǎn)子以可變速的方式驅(qū)動)的風(fēng)能設(shè) 備的控制裝置(該控制裝置具有用于風(fēng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的槳距控制單元和用于發(fā)電機轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn) 矩控制單元)中，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有用于識別電網(wǎng)擾動及該電網(wǎng)擾動結(jié)束的檢測器、轉(zhuǎn)矩 發(fā)送器(Drehmomentgeber)(該轉(zhuǎn)矩發(fā)送器在識別電網(wǎng)擾動后提供用于發(fā)電機轉(zhuǎn)矩的預(yù)設(shè) 值)和初始器(Initialisator)(該初始器在電網(wǎng)干擾識別后將轉(zhuǎn)矩控制單元的部件初始 化為預(yù)設(shè)值)。本發(fā)明的核心是這樣的構(gòu)思，即，在結(jié)束電壓擾動時強制將轉(zhuǎn)矩控制單元置 于一定的值。這可通過將積分器狀態(tài)(Integratorzustand)置于與零相同的值(auf einen Wert identisch Null)而發(fā)生。由此實現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩控制單元由于初始化而處于這樣 的值(該值遠離于控制單元的、尤其為在該控制單元中執(zhí)行的調(diào)節(jié)器的可能的飽和極限 (Sattigungsgrenze))。本發(fā)明已意識到，在傳統(tǒng)的方法中所使用的調(diào)節(jié)裝置存在這樣的危 險，即，這些調(diào)節(jié)裝置在電網(wǎng)擾動結(jié)束時運行到飽和(Sattigung)中，因為實際所產(chǎn)生的實 際力矩在電網(wǎng)擾動的持續(xù)期間強烈地偏離起始所設(shè)置的理論值。于是，調(diào)節(jié)器可能不再足 夠靈敏地對電網(wǎng)擾動的結(jié)束產(chǎn)生反應(yīng)。本發(fā)明已意識到，通過刪除控制裝置的“記憶”，可避 免這樣的不利的結(jié)果。這通過初始化而實現(xiàn)。由此保證，在電網(wǎng)擾動結(jié)束時防止飽和，并且 由此控制裝置具有足夠的調(diào)整裕量(Stellreserve)。利用初始化，可將控制裝置置于初值， 該初值引起傳動系統(tǒng)振動的優(yōu)化的衰減。本發(fā)明在小的消耗的情況下實現(xiàn)與振動衰減相關(guān) 的令人驚訝的良好的結(jié)果。在下文首先解釋多個所使用的概念。初始化理解為，將控制單元的理論值置于一定的值。之前所提及的偏差失去其作 用。由此在某種程度上可以說(sozusagen)將控制裝置的歷史刪除?？刂茊卧斫鉃檫@樣的裝置，該裝置取決于至少一個輸入?yún)?shù)控制或調(diào)節(jié)控制變 量'(Steuergrdfie)。擴大的概念理解以此為基礎(chǔ)，S卩，該概念理解還包括調(diào)節(jié)裝置?？刂茊卧腎元件(I-Glied)理解為這樣的部件，即，該部件提供穩(wěn)定的精確度。 為此的示例是典型的帶有I元件的PI或PID調(diào)節(jié)器。但是“I元件”的概念不受此限制，而 是還包括提供穩(wěn)定的精確度的其它的調(diào)節(jié)設(shè)計(Regelkonzept)(如狀態(tài)調(diào)節(jié)器或模糊調(diào) 節(jié)(Fuzzy-Regelimg))的部件。電網(wǎng)電壓的重返在本發(fā)明的范圍內(nèi)理解為，電網(wǎng)電壓上升 到可調(diào)節(jié)的閾電壓(Schwellspanrumg)，該閾電壓在穩(wěn)定運行中是允許的(通常約為額定 電壓的90% )。尤其有利的是，這為初始化的I元件。I元件是控制單元的這樣的部件，即，該部件 提供穩(wěn)定的精確度。但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)完全不取決于此，而是相反地對I元件的作用 有助于調(diào)節(jié)器動態(tài)特性(Reglerdynamik)的改進。令人吃驚地，本發(fā)明通過有針對性地對 用于穩(wěn)定的精確度的部件(也就是I元件)產(chǎn)生影響實現(xiàn)動態(tài)特性的改進，更確切地說通 過在電網(wǎng)的重返時傳動系統(tǒng)的相當(dāng)更小的負荷。自相矛盾地，剛好對提供動態(tài)特性的改進 的I元件產(chǎn)生作用。對I元件產(chǎn)生作用的正面影響可通過以下方式提高，即，初始器還改變在轉(zhuǎn)矩控 制單元中的部件的權(quán)重因子(Gewichtungsfaktor)。因此，初始器不僅對部件產(chǎn)生作用，而 且還增加其在轉(zhuǎn)矩控制單元中的權(quán)重。如果部件是I元件，則意味著，其權(quán)重因子改變、優(yōu)選增加。在改進方案中，初始器可改變另一部件的至少一個其它的權(quán)重因子。在此例如可 涉及到在另一調(diào)節(jié)設(shè)計中的PI調(diào)節(jié)器或等同的功能單元的的P元件。優(yōu)選以與在I元件 處的權(quán)重因子的改變相反的方式實現(xiàn)該權(quán)重因子的改變。適宜地，權(quán)重因子的改變不是持 久的，而是暫時地在可調(diào)整的時間間隔內(nèi)。由此，可將權(quán)重因子的改變限制為這樣的時間間 隔，即，該時間間隔對在傳動系統(tǒng)中的振動的衰退是必須的。此外，初始器優(yōu)選構(gòu)造為，將用于轉(zhuǎn)速的改變的調(diào)整點輸出到槳距控制單元和/ 或轉(zhuǎn)矩控制單元處。由此使得在電壓擾動結(jié)束時改變、尤其提高預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速成為可能。已 表明，利用改變、尤其提高轉(zhuǎn)速調(diào)整點，仍可更好地使用于轉(zhuǎn)矩或槳距的控制單元免于飽 和。與此相對地，在傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計中經(jīng)常導(dǎo)致，在預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速不改變的情況下各個調(diào)節(jié) 器運行到飽和中，即到達其調(diào)節(jié)極限(Reglergrenze)，由此則至少短暫地喪失調(diào)節(jié)動態(tài)特 性(Regeldynamik)。尤其已證實，轉(zhuǎn)速值置為比其自身相應(yīng)于各個運行情況的高(例如高 5% )，或者-在部分負荷中-置為額定轉(zhuǎn)速。在此，還可設(shè)置，選擇用于槳距控制單元和轉(zhuǎn) 矩控制單元的調(diào)整點為不同的。在本發(fā)明的范圍內(nèi)尤其有利的是，僅改變用于轉(zhuǎn)矩控制單 元的調(diào)整點。根據(jù)其它有利的實施形式，設(shè)置有用于轉(zhuǎn)矩控制單元的理論值輸入的預(yù)過濾器 (Vorfilter)，在該預(yù)過濾器處作為輸入施加(anlegen)于轉(zhuǎn)速的調(diào)整點。由此得到這樣的 可能性，即，在改變轉(zhuǎn)速調(diào)整點時將該改變的值作為輸入信號施加到預(yù)過濾器處。預(yù)過濾器 在將調(diào)整值與實際轉(zhuǎn)速相比較的情況下確定用于參考變量(Fiihrungsgrdfie)的值，該參考 變量施加到轉(zhuǎn)矩控制單元處。利用該預(yù)過濾器可以尤其簡單且適宜的方式實現(xiàn)用于轉(zhuǎn)矩控 制單元的所期望的改變的轉(zhuǎn)速調(diào)整點。根據(jù)尤其有利的改進方案，設(shè)置有用于預(yù)設(shè)值的確定模塊(Bestimmimgsmodul)， 該確定模塊構(gòu)造成，以取決于電網(wǎng)擾動的嚴(yán)重度(Schwere)的方式確定安全力矩 (Sicherheitsmoment) 0安全力矩理解為這樣的轉(zhuǎn)矩，即，該轉(zhuǎn)矩在電網(wǎng)的各個狀態(tài)中 與仍然供使用的剩余力矩(Restmoment)相符。適宜地，確定模塊具有特性曲線元件 (Kermlinienglied)，其優(yōu)選根據(jù)關(guān)系式[Ms = MN U^Uj對應(yīng)。在此，MN是額定轉(zhuǎn)矩， 隊是額定電壓以及仏是實際上仍存在的剩余電壓。有利地，確定模塊包括最小值存儲器 (Minimum-Speicher)，該最小值存儲器存儲屬于每次所測量的最低電壓的安全力矩并且提 供其作為確定模塊的輸出值。適宜地，還設(shè)置有預(yù)控制模塊(Vorsteuermodul)，該預(yù)控制模塊構(gòu)造成，在電網(wǎng)擾 動期間識別在安全轉(zhuǎn)矩(Sicherheitsdrehmoment)之上的過力矩.(Ubermoment)的產(chǎn)生。 預(yù)控制模塊包括用于識別電網(wǎng)擾動的檢測器和比較器。如果檢測器識別電網(wǎng)擾動的產(chǎn)生， 則比較器將發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩與安全轉(zhuǎn)矩相比較并且在超出的情況下發(fā)出信號。優(yōu)選地，預(yù)控 制模塊如此地與轉(zhuǎn)矩控制單元共同起作用，即，使得該預(yù)控制模塊在電網(wǎng)擾動期間在繞過 轉(zhuǎn)矩控制單元的情況下將預(yù)設(shè)剩余力矩(Restmomentvorgabe)前饋(aufschalten)到發(fā)電 機上。適宜地，由安全力矩計算該預(yù)設(shè)剩余力矩。利用規(guī)定轉(zhuǎn)矩而避免發(fā)電機和與該發(fā)電 機共同起作用的變頻器(Umrichter)超負荷。實際的轉(zhuǎn)矩控制單元現(xiàn)在是無效的，并且可 由初始器初始化。由此，實現(xiàn)為此的前提，即，在電壓擾動結(jié)束時柔和地(sanft)使用轉(zhuǎn)矩 控制單元。優(yōu)選地，還設(shè)置有槳距快速調(diào)節(jié)模塊(Pitch-Schnellverstellmodul)，該槳距快 速調(diào)節(jié)模塊與槳距控制單元共同起作用。由預(yù)控制模塊如此地操控該槳距快速調(diào)節(jié)模塊，即，使得利用最大程度地可能的調(diào)整速度將轉(zhuǎn)子葉片的調(diào)整角(槳距)調(diào)整了一定的角度 Av。取決于轉(zhuǎn)子葉片的起始角和轉(zhuǎn)矩躍變(Drehmomentsprung)(由在之前存在的力矩和 從現(xiàn)在起所施加的剩余力矩之間的差值獲得該轉(zhuǎn)矩躍變)的高度而計算該調(diào)整角。尤其優(yōu) 選的是，借助于關(guān)系式AvzfXvJX^X^^M》計算調(diào)整角AV，其中，V(1是起始角， 是 歸納(generalisieren)的葉片調(diào)整幅度(Blattverstellamplitude)，M。是在電網(wǎng)擾動前 的轉(zhuǎn)矩，以及MK是剩余力矩。優(yōu)選在5-10°之間的區(qū)域中實現(xiàn)葉片調(diào)整幅度的調(diào)整。函數(shù) F為這樣的函數(shù)，即，該函數(shù)考慮了轉(zhuǎn)子葉片的空氣動力學(xué)的非線性的特性。
此外，本發(fā)明涉及風(fēng)能設(shè)備，其帶有塔筒(Turm)、布置在該塔筒上的外罩 (Gondel)(該外罩在端側(cè)處帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子，該風(fēng)轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動發(fā)電機，該發(fā)電機借助于 變頻器產(chǎn)生用于傳送到電網(wǎng)處的電流)以及運行控制器，其中，此外設(shè)置有如前文所描述 的控制裝置。 此外，本發(fā)明涉及用于運行風(fēng)能設(shè)備的相應(yīng)的方法。


下面參照附圖解釋本發(fā)明，在附圖中示出有利的實施例。其中圖1顯示了帶有本發(fā)明的實施例的聯(lián)接到電供應(yīng)網(wǎng)(Versorgungsnetz)處的風(fēng)能 設(shè)備的示意性的概要視圖；圖2顯示了根據(jù)圖1的風(fēng)能設(shè)備的方塊圖；圖3顯示了在風(fēng)能設(shè)備中的轉(zhuǎn)矩控制單元的示意圖；圖4顯示了帶有在電壓擾動期間的多個參數(shù)的時間變化曲線的圖表；圖5顯示了帶有在變大的時間刻度中的時間變化曲線的其它的圖表；以及圖6顯示了用于根據(jù)實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式為了實施本發(fā)明而構(gòu)造的風(fēng)能設(shè)備(該風(fēng)能設(shè)備在其整體方面以參考標(biāo)號1表 示)示出在圖1中。該風(fēng)能設(shè)備以已知的方式具有以在方位角方向(Azimuthrichtimg) 上可旋轉(zhuǎn)的方式而布置在塔筒10上的外罩11。在該外罩11的端側(cè)處以可轉(zhuǎn)動的 方式布置有風(fēng)轉(zhuǎn)子12，該風(fēng)轉(zhuǎn)子12通過轉(zhuǎn)子軸14驅(qū)動發(fā)電機13，該發(fā)電機13優(yōu) 選實施成帶有多線(mehrstrangig)的轉(zhuǎn)子和定子繞組的雙饋異步電機(doppelt gespeisteAsynchronmaschine)。發(fā)電機13的定子繞組直接聯(lián)接到風(fēng)能設(shè)備1的聯(lián)接線 (Anschlussleitung) 19處。轉(zhuǎn)子繞組(未示出)通過變頻器16同樣聯(lián)接到聯(lián)接線19處。 此外，設(shè)置有運行控制器2，該運行控制器2優(yōu)選布置在外罩11中。在正常的運行中，由風(fēng)轉(zhuǎn)子12從風(fēng)中獲得的機械功率(風(fēng)功率)通過轉(zhuǎn)子軸14 和可選的傳動器15 (見圖2)傳輸?shù)桨l(fā)電機13處。這產(chǎn)生電功率，該電功率通過聯(lián)接線19 被供應(yīng)至電網(wǎng)9中。風(fēng)能設(shè)備1還包括兩個主系統(tǒng)，一個為帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子12的機械系統(tǒng)和另 一個為帶有作為中央構(gòu)件的發(fā)電機13的電系統(tǒng)。對于這兩個主系統(tǒng)，在運行控制器2之下 設(shè)置有專用的控制單元。這兩個主系統(tǒng)由運行控制器借助于多個專用的模塊(即，工作點 發(fā)電機(Arbeitspunktgenerator) 3 而監(jiān)控。為了監(jiān)控帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子12的機械系統(tǒng)，設(shè)置有槳距控制單元4。該槳距控制單元4包括轉(zhuǎn)速傳感器41，該轉(zhuǎn)速傳感器41布置在轉(zhuǎn)子軸14處并且具有(umfassen)該轉(zhuǎn)子軸 14的轉(zhuǎn)數(shù)(Umdrehimgszahl)。假如使用傳動器15，轉(zhuǎn)速傳感器優(yōu)選布置在“快軸”上，即布 置在傳動器15的發(fā)電機側(cè)(generatorseitig)。該轉(zhuǎn)速傳感器作為輸入信號聯(lián)接到槳距控 制單元4處。在槳距控制單元4的另一輸入處施加關(guān)于工作點發(fā)電機3的轉(zhuǎn)速的理論值。 槳距控制單元4借助于比較器計算施加的理論值和由轉(zhuǎn)速傳感器41測定的實際轉(zhuǎn)速之間 的差值并且由此確定用于轉(zhuǎn)子的葉片18的偏角(槳距角)的值。然后，葉片18通過布置 在轉(zhuǎn)子處的、更準(zhǔn)確地說是布置在轉(zhuǎn)子輪轂(Rotornabe)中的槳距驅(qū)動器如此地轉(zhuǎn)動，即， 使得實現(xiàn)所期望的調(diào)整角(Einstellwinkel)。由此改變從風(fēng)中獲得的風(fēng)功率，并且由此還 改變轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)速。由此，槳距控制單元4作用為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。對電系統(tǒng)，設(shè)置有轉(zhuǎn)矩控制單元5。該轉(zhuǎn)矩控制單元5同樣獲得作為輸入值的實際 的由轉(zhuǎn)速傳感器41測量的轉(zhuǎn)速以及由工作點發(fā)電機3確定的轉(zhuǎn)速理論值。這兩個信號施 加到(anlegen)輸入端，并且由此形成差值。轉(zhuǎn)矩控制單元5由此獲取關(guān)于電轉(zhuǎn)矩(理論 轉(zhuǎn)矩)的要求值，該電轉(zhuǎn)矩施加到發(fā)電機13及其變頻器16處。變頻器16使發(fā)電機13以 這樣的電參數(shù)運行，即，根據(jù)預(yù)設(shè)理論轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生相應(yīng)的電轉(zhuǎn)矩。在下文中參照圖3解釋轉(zhuǎn)矩控制單元5的工作原理。風(fēng)能控制單元5包括調(diào)節(jié)器 核心(Reglerkern)51和預(yù)過濾器52。關(guān)于實際轉(zhuǎn)速以及提供給工作點發(fā)電機3的理論值 的這兩個輸入施加到預(yù)過濾器52。該預(yù)過濾器52具有差分元件54，并且在該預(yù)過濾器52 的輸出端處提供由這兩個轉(zhuǎn)速信號形成的差值。預(yù)過濾器52的輸出信號施加到調(diào)節(jié)器核 心51的輸入端處。調(diào)節(jié)器核心51在示出的實施例中構(gòu)造成PI調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器核心51 包括P部件和I部件。P部件53包括比例元件53，該比例元件53將施加的輸入信號乘以可 調(diào)節(jié)因子kP并且施加到加法器(SUmmierer)59的輸入端處。I元件包括第二比例元件55， 該比例元件55以系數(shù)執(zhí)行乘法。此外，I元件包括積分器57，比例元件55的輸出施加 到該積分器57的輸入端處。積分器57的輸出信號施加到加法器59的另一輸入端處。此 外，積分器具有復(fù)位輸入端56。如果信號施加到該復(fù)位輸入端56處，則積分器被初始化為 該值。借助于這兩個系數(shù)！^和、可調(diào)整PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)特性。由求和元件59形成輸出 信號，該輸出信號施加到轉(zhuǎn)換單元(UmschalteinheitWl的輸入端處(見圖2)。在轉(zhuǎn)換單 元61的另一輸入端處聯(lián)接有用于固定力矩(Festmoment)的信號線62。轉(zhuǎn)換器61的輸出 形成轉(zhuǎn)矩控制單元5的輸出并且施加到發(fā)電機/變頻器13處。此外，風(fēng)能設(shè)備具有附加模塊7，該附加模塊7與控制單元2共同起作用。附加模 塊7包括用于識別電網(wǎng)干擾的檢測器71、轉(zhuǎn)矩發(fā)送器72 (該轉(zhuǎn)矩發(fā)送器72確定用于可由轉(zhuǎn) 矩控制裝置5調(diào)節(jié)的力矩的預(yù)設(shè)值)以及初始器73 (該初始器73作用于調(diào)節(jié)器核心51的 積分器57)。本發(fā)明的工作原理如下借助于檢測器71確定，電網(wǎng)擾動是否存在，并且該電 網(wǎng)擾動何時結(jié)束。轉(zhuǎn)矩發(fā)送器72提供用于轉(zhuǎn)矩的預(yù)設(shè)值，該轉(zhuǎn)矩在電網(wǎng)擾動結(jié)束時通過信 號線62前饋到發(fā)電機13上。此外，檢測器71觸發(fā)初始器73，以使得該初始器73在電網(wǎng)擾 動結(jié)束時將積分器57初始化，更確切地說初始化為由轉(zhuǎn)矩發(fā)送器72提供的轉(zhuǎn)矩。此外，初 始器73作用于比例元件53，55，更確切地說如此，即，使得在電網(wǎng)電壓重返時將系數(shù)kP和h 置為預(yù)定的偏離(abweichend)值。該值保持例如10秒的可調(diào)節(jié)的時間。該時間間隔顯著 地長于約1秒的時間間隔(在此期間，通過在初始輸入端56處的轉(zhuǎn)矩的預(yù)設(shè)初始化積分器 57)。
從現(xiàn)在起參考圖4至圖6解釋，當(dāng)檢測器71獲取存在電網(wǎng)擾動(步驟101)時，風(fēng) 能設(shè)備利用常規(guī)的控制裝置在電網(wǎng)擾動時如何表現(xiàn)。為此，在示出的實施形式中檢測器71 構(gòu)造成閾值開關(guān)(Schwellwertschalter)，當(dāng)電網(wǎng)電壓值低于可調(diào)節(jié)的閾時，該閾值開關(guān)輸 出信號。電網(wǎng)擾動(該電網(wǎng)擾動應(yīng)在時刻t= 1秒時開始)并且檢測器71在此所產(chǎn)生的輸 出信號示出在圖5a中。如果識別了電網(wǎng)干擾，則確定模塊74以取決于在電網(wǎng)擾動期間所測 量的電網(wǎng)電壓(步驟103)的方式根據(jù)關(guān)系式MK = MNXU/UN獲取剩余力矩(步驟105)。確 定模塊74包括最小值檢測器，該最小值檢測器存儲在電網(wǎng)擾動的過程期間所確定的最低 的關(guān)于剩余力矩的值并且將該值作為輸出信號提供(步驟107)。轉(zhuǎn)矩發(fā)送器72借助于比 較器75檢查，由轉(zhuǎn)矩控制單元5所要求的理論力矩是否超出獲取的剩余力矩(步驟109)。 如果是這種情況，則理論力矩限制為剩余力矩并且激活初始器73 (步驟111，113)。初始器 73構(gòu)造成，操縱轉(zhuǎn)換單元61，以使得視為安全的剩余力矩作為理論力矩前饋到發(fā)電機/變 頻器13，16上。由此不僅防止發(fā)電機13而且防止變頻器16在電網(wǎng)擾動期間超負荷。此外， 初始器73起到如下作用，即，將調(diào)節(jié)器核心51的積分器57初始化，更確切地說同樣初始化 化剩余力矩的值。由此實現(xiàn)，在電壓重返的情況下柔和地使用PI調(diào)節(jié)器核心51。最后，初 始器73作用于槳距調(diào)節(jié)單元4，更確切地說以這樣的方式，即，利用盡可能高的調(diào)整速度將 轉(zhuǎn)子葉片18調(diào)整了角度AV(步驟115)。取決于輸出角V(l和在在電網(wǎng)擾動期間所施加的 轉(zhuǎn)矩禮和所計算的剩余力矩之間的轉(zhuǎn)矩差值，根據(jù)下面關(guān)系式Av = f(v0) XvAX (M0-Me) 計算該調(diào)節(jié)角Av，其中，^是歸納的葉片調(diào)整幅度并且優(yōu)選位于5和10°之間的區(qū)域中， 并且函數(shù)f(V(l)是非線性的、考慮了轉(zhuǎn)子葉片18的空氣動力學(xué)的函數(shù)，可為各個轉(zhuǎn)子葉片 18根據(jù)實驗(empirisch)確定該函數(shù)。如果在t = 1. 5s時在電網(wǎng)擾動結(jié)束時電網(wǎng)電壓重返時(步驟117)，則檢測器71的 輸出信號在超出閾電壓之前被重置。在此，再次激活初始器73，該初始器73確定用于轉(zhuǎn)速 的改變的調(diào)整點(步驟119)。這可通過特有的計算或通過接受上一級的控制器2的信號而 實現(xiàn)。適宜地如此地選擇調(diào)整值，即，確定比相應(yīng)于在電網(wǎng)干擾前運行狀態(tài)的更高的轉(zhuǎn)速； 備選地額定轉(zhuǎn)速還可設(shè)置為調(diào)整值。該調(diào)整值由超過模塊(Oberreitmodul)76前饋到用于 預(yù)過濾器52的調(diào)整值的輸入端上。由此防止，轉(zhuǎn)矩控制單元5、更確切地說尤其為其調(diào)節(jié)器 核心51立即在電壓重返之后進入飽和中。適宜地，用于轉(zhuǎn)速的調(diào)整值的改變維持例如1秒 的可預(yù)選取的時間。此外，初始器73在電網(wǎng)擾動結(jié)束時引起調(diào)節(jié)器核心51的比例元件53， 55的增益因子！^和、的改變(步驟121)。增益因子！^和、的值如此地改變，即，使得值 kx增加而值kP于此成比例地變小。因此，I元件在調(diào)節(jié)器核心51中的比重增強，由此-如 本發(fā)明已提及的那樣-可取得調(diào)節(jié)器的有利的振蕩(Einschwingen)。由轉(zhuǎn)矩控制單元5確 定的力矩示出在圖5b中，其中，以虛線表示I元件的輸出值。識別到調(diào)和的(harmonisch) 且?guī)缀鯚o超調(diào)的(ilberschwingerfrei)、未超出輸出值的力矩的再次上升。增益因子1^和 的改變還僅是暫時的、例如為10秒的持續(xù)時間。此外，在電網(wǎng)電壓重返時再次將積分器53 初始化，更確切地說初始化為剩余力矩的值。在預(yù)定的第一持續(xù)時間(例如1秒)結(jié)束后 (步驟125)，初始器再次被再次釋放(步驟127)。相應(yīng)地，在第二持續(xù)時間(例如10秒) 結(jié)束后(步驟129)，系數(shù)和轉(zhuǎn)速理論值被重置為起始值(Ursprimgswert)。由此再次開始 正常運行。利用這些措施的組合防止，轉(zhuǎn)矩或槳距控制單元4，5在電網(wǎng)電壓重返的情況下進入飽和中。由此，調(diào)節(jié)可完全地發(fā)揮其作用，并且因此在電網(wǎng)擾動結(jié)束時實現(xiàn)功率的更柔 和并且更好地監(jiān)控的再次上升，以使得在傳動系統(tǒng)中不產(chǎn)生有害的振動。這在圖4中加以 說明。在圖4a中示出發(fā)電機轉(zhuǎn)速，在圖4b中示出葉片角，在圖4c中示出傳動系統(tǒng)負荷 (Triebstrangbelastung)以及在圖4d中示出電功率。為了對比，以虛線示出在非本發(fā)明情 況下的各個過程。明顯地看到，重要的傳動系統(tǒng)負荷(圖4c)(在非本發(fā)明的情況下該傳動 系統(tǒng)負荷可達到230%的額定力矩的值)強烈地衰減并且僅僅還超出約30%。這可無問題 地被接收。在此所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速振動是最小的。明顯地在圖4a中看到由本發(fā)明所引起的發(fā) 電機轉(zhuǎn)速的對比緩和(VergleichmaBigung)。該發(fā)電機轉(zhuǎn)速的振動強烈地降低并且具有僅 僅相應(yīng)于在非本發(fā)明的情況下產(chǎn)生的幅度的約1/4的幅度。電功率(圖4d)相應(yīng)地更緩慢 地上升，但是在電網(wǎng)電壓重返后約0. 5秒已經(jīng)再次達到輸出值。
權(quán)利要求
一種帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子(12)和發(fā)電機(13)的風(fēng)能設(shè)備控制裝置，所述發(fā)電機(13)由所述風(fēng)轉(zhuǎn)子(12)驅(qū)動，所述風(fēng)能設(shè)備控制裝置具有用于所述發(fā)電機(13)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩控制單元(5)，其特征在于，設(shè)置有附加控制器(7)，所述附加控制器(7)包括用于識別電網(wǎng)擾動及所述電網(wǎng)擾動的結(jié)束的檢測器(71)，剩余力矩發(fā)送器(72)，在識別電網(wǎng)擾動后所述剩余力矩發(fā)送器(72)提供用于所述發(fā)電機(13)轉(zhuǎn)矩的預(yù)設(shè)值，以及初始器(73)，在識別電網(wǎng)擾動后所述初始器(73)將所述轉(zhuǎn)矩控制單元(5)的部件初始化為預(yù)設(shè)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩控制單元(5)的部件是I元件(57)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，所述初始器(73)改變在所述轉(zhuǎn)矩控制單元(5)中的部件的權(quán)重因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，所述初始器(73)改變另一部件的至少一個其它的權(quán)重因子，更確切地說優(yōu)選為以相 反的方式。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，暫時地在可調(diào)整的時間間隔上進行所述權(quán)重因子的改變。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，設(shè)置有用于預(yù)設(shè)值的確定模塊(74)，所述確定模塊(74)構(gòu)造成，以取決于電網(wǎng)擾動的 嚴(yán)重度的方式確定安全力矩(Mk)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，所述確定模塊(74)包括特性曲線元件。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，所述附加控制器(7)具有超過模塊(76)，所述超過模塊(76)將用于轉(zhuǎn)速的改變的調(diào)整 點施加到槳距控制單元(4)和/或轉(zhuǎn)矩控制單元(5)處。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，用于所述槳距控制單元(4)和所述轉(zhuǎn)矩控制單元(5)的調(diào)整點是不同的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置， 其特征在于，改變的轉(zhuǎn)速調(diào)整點施加到用于所述轉(zhuǎn)矩控制單元(5)的調(diào)節(jié)器核心(51)的預(yù)過濾器 (52)處。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置，其特征在于，所述附加控制器(7)還具有預(yù)控制模塊，所述預(yù)控制模塊構(gòu)造成，識別所述電網(wǎng)擾動 和過力矩的產(chǎn)生。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置，其特征在于，所述預(yù)控制模塊作用于轉(zhuǎn)換裝置(61)，以為了在電網(wǎng)擾動期間給所述發(fā)電機(13)加 載理論力矩。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置，其特征在于，所述預(yù)控制模塊如此地與所述初始器(73)共同起作用，即，使得將所述轉(zhuǎn)矩控制單元 (5)的I元件(57)初始化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的風(fēng)能設(shè)備控制裝置，其特征在于，所述附加控制器還具有槳距快速調(diào)整模塊，所述槳距快速調(diào)整模塊由所述預(yù)控制模塊 操控。
15.一種風(fēng)能設(shè)備，帶有塔筒(10)、在端側(cè)處帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子(12)的布置在所述塔筒(10) 上的外罩(11)以及用于產(chǎn)生電能并將電能饋送到電網(wǎng)(9)中的由所述風(fēng)轉(zhuǎn)子(12)驅(qū)動的 發(fā)電機(13)，其特征在于，設(shè)置有根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的控制裝置。
16.一種用于運行風(fēng)能設(shè)備的方法，所述風(fēng)能設(shè)備帶有用于產(chǎn)生電能并將電能饋送到 電網(wǎng)(9)中的由風(fēng)轉(zhuǎn)子(12)驅(qū)動的發(fā)電機(13)以及帶有轉(zhuǎn)矩控制單元(5)的控制裝置，其特征在于，識別電網(wǎng)擾動以及電網(wǎng)電壓的重返，在識別所述電網(wǎng)擾動后確定用于所述發(fā)電機(13)轉(zhuǎn)矩的預(yù)設(shè)值，以及在識別所述電網(wǎng)擾動后將所述轉(zhuǎn)矩控制單元(5)的部件初始化為預(yù)設(shè)值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，使用根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能設(shè)備控制裝置以及一種用于帶有風(fēng)轉(zhuǎn)子(12)和發(fā)電機(13)的風(fēng)能設(shè)備的運行方法，該發(fā)電機(13)由風(fēng)轉(zhuǎn)子(12)驅(qū)動，該風(fēng)能設(shè)備控制裝置具有用于發(fā)電機(13)轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩控制單元(5)。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置有附加控制器，該附加控制器包括用于識別電網(wǎng)擾動及其結(jié)束的檢測器(71)、在識別電網(wǎng)擾動后提供用于發(fā)電機(13)轉(zhuǎn)矩的預(yù)設(shè)值的剩余力矩發(fā)送器(72)以及在電網(wǎng)干繞識別后將轉(zhuǎn)矩控制單元(5)的部件初始化為預(yù)設(shè)值的初始器(73)。本發(fā)明已識別，利用在電網(wǎng)擾動結(jié)束時將轉(zhuǎn)矩控制單元(5)初始化為預(yù)定的轉(zhuǎn)矩值，在電網(wǎng)電壓重返時可顯著改進風(fēng)能設(shè)備的振動特性。以簡單的方式可將傳動系統(tǒng)的超負荷在電網(wǎng)電壓重返時降低到1/4。
文檔編號F03D7/02GK101999040SQ200880122008
公開日2011年3月30日 申請日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者T·克魯格 申請人:再生動力系統(tǒng)股份公司