專利名稱：用于風力發(fā)電站的至少一個轉(zhuǎn)子葉片的葉片調(diào)整角度的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風力發(fā)電站的至少一個轉(zhuǎn)子葉片的葉片調(diào)整角 度的控制器。
背景技術(shù)：
具有葉片調(diào)整角度的控制器的風力發(fā)電站是已知的。葉片調(diào)整角 度的控制器能夠使風力發(fā)電站的電力和轉(zhuǎn)矩波動保持平衡。關(guān)于降低 負荷峰值減少的效果決定性地取決于控制器的反應時間，即取決于葉 片調(diào)整速度。由于要移動的質(zhì)量的慣性，并且由于需要避免致動元件 的超負荷，葉片調(diào)整角度控制器不能對風速的短期波動做出反應(見
Erich Hau所著的Windkraftanlagen [風力發(fā)電站(Wind Power Plants)],第三版，Springer出版社，第6.3章)。
隨著對風力發(fā)電站的預期轉(zhuǎn)子葉片直徑的大小不斷增加的要求， 先前的傾斜控制器方法不能再使用了?？刂破髯兊迷絹碓铰?，因而在 未來風力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子葉片直徑很大的情況下，電力和扭矩偏離不能 被有效地修正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于至少一個轉(zhuǎn)子葉片的葉片調(diào)整角 度的控制器，其允許對于大轉(zhuǎn)子葉片直徑進行有效調(diào)節(jié)，而無需使致 動元件超負荷，并且可以同時用于具有較小的轉(zhuǎn)子葉片直徑的風力發(fā) 電站。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)是通過具有權(quán)利要求1所述特征的控制器來 解決的。有利的實施例是從屬權(quán)利要求的主題。器用于為風力發(fā)電站的至少一個轉(zhuǎn)子葉片調(diào) 節(jié)葉片調(diào)整角度。有時，該控制器也被簡稱為葉片調(diào)整角度控制器或
傾斜控制器。在根據(jù)本發(fā)明的控制器的情況下，調(diào)節(jié)是這樣進行的 根據(jù)風力發(fā)電站的操作狀態(tài)，接通第一控制器分支來確定葉片調(diào)整角 度。利用該可切換的控制器分支，根據(jù)本發(fā)明的葉片調(diào)整角度的控制 器可以執(zhí)行用于根據(jù)風力發(fā)電站的操作狀態(tài)來確定葉片調(diào)整角度的 目標值的兩種不同的調(diào)節(jié)處理。根據(jù)本發(fā)明，在第一控制器分支中設(shè) 置至少一個微分部件，其允許快速和動態(tài)的調(diào)節(jié)，即使是在大轉(zhuǎn)子葉 片直徑的情況下。通過接通具有其至少 一 個微分部件的第 一控制器分 支，能夠根據(jù)操作狀態(tài)來改變控制器行為。根據(jù)本發(fā)明的控制器的特 別優(yōu)點還在于其既可以用于具有較小轉(zhuǎn)子葉片直徑的風力發(fā)電站， 而且還能通過適當?shù)剡x擇操作狀態(tài)觸發(fā)用于具有大轉(zhuǎn)子葉片直徑的 風力發(fā)電站的開關(guān)。
在根據(jù)本發(fā)明的控制器的 一 個優(yōu)選實施例的情況下，葉片調(diào)整角 度的調(diào)節(jié)通過第二和第三控制器分支在第一操作狀態(tài)下進行。第一操 作狀態(tài)被優(yōu)選地定義為風力發(fā)電站的部分負荷模式。在風力發(fā)電站的 部分負荷模式下，它不在額定功率下運行，而是以較低的功率值進行 操作。
在根據(jù)本發(fā)明的控制器的 一個優(yōu)選實施例中，對于發(fā)電機和/或 轉(zhuǎn)子速度可使用第一預定轉(zhuǎn)換值。比較發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的測量實 際值和第一預定轉(zhuǎn)換值。如果實際值小于該轉(zhuǎn)換值，則根據(jù)本發(fā)明的 控制器使用第二和第三控制分支運行。在根據(jù)本發(fā)明的控制器的這個 優(yōu)選實施例的情況下，僅通過用于速度值小于第一轉(zhuǎn)換值的第二和第 三控制器分支來進行調(diào)節(jié)。在慢速的范圍內(nèi)，可通過第二和第三控制 器分支以通常已知的方式來進行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的該實施例是基于以下 知識與不需要太頻繁的傾斜角度校正的較低速度的情況相比，在高 速度的情況下有可能更快、更動態(tài)地調(diào)節(jié)葉片調(diào)整角度。此外，根據(jù) 發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的轉(zhuǎn)換值，在要求對于高速度進行動態(tài)調(diào)節(jié)的具 有大轉(zhuǎn)子葉片直徑的風力發(fā)電站中，轉(zhuǎn)換也使得有可能使用迄今為止
4所使用的控制器和為風力發(fā)電站所改進的控制器。
在根據(jù)本發(fā)明的控制器的情況下，如果第二操作狀態(tài)被確定，葉 片調(diào)整角度的調(diào)節(jié)也通過第 一控制器葉片來進行。第二操作狀態(tài)優(yōu)選 地出現(xiàn)在風力發(fā)電站的全負荷模式中。第二操作狀態(tài)也可以出現(xiàn)在從 部分負荷模式向全負荷模式的過渡范圍中。
在控制器中優(yōu)選地指定用于發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的第二預定轉(zhuǎn) 換值。將第二轉(zhuǎn)換值與發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的實際值相比較。如果發(fā) 電機和/或轉(zhuǎn)子速度的實際值大于第二轉(zhuǎn)換值，則第 一控制器分支切換 至第二和第三控制器分支。切換也可以包括之前使用的控制器分支中 的 一個或兩個不再使用的事實。第 一和第二轉(zhuǎn)換值可以具有相同值。
在一個特別優(yōu)選的實施例中，在第二控制器分支中設(shè)置與功率鏈 振蕩相協(xié)調(diào)的比例濾波器。該比例濾波器抑制在功率鏈中、在傳輸和 潛在的耦合中的振蕩，即轉(zhuǎn)子軸的速度偏離。除第三控制器分支的信 號以外，優(yōu)選地將第二控制器分支的信號提供給控制器的輸出端。.
不管風力發(fā)電站的操作狀態(tài)如何，總是優(yōu)選地使用的第三控制器 分支具有積分部件，利用該積分部件對提供給控制器的調(diào)節(jié)差進行積


下面，使用附圖對根據(jù)本發(fā)明的控制器進行更詳細地解釋。
具體實施例方式
該圖示出了對其供應發(fā)電機速度的實際值10的傾斜控制器的結(jié) 構(gòu)的示意圖。從發(fā)電機速度的實際值減去發(fā)電機速度的目標值12，以 形成誤差變量14。把該誤差變量14提供給控制器16?？刂破鬏敵龆?18處的信號通過比例;故大器20和特征場(characteristic field ) 22被_ 變換為葉片調(diào)整角度的輸出變量25。根據(jù)變換得到的輸出變量25來 進行葉片調(diào)整角度的調(diào)節(jié)。
控制器16具有積分部件24，其以積分方式放大信號而不管風力發(fā)電站的操作狀態(tài)如何。在第二控制器分支26中，通過比例濾波器 28對所提供的信號進行濾波。比例濾波器28包括帶阻濾波器30和微 分部件32。帶阻濾波器30被設(shè)計為在功率鏈中的振蕩被傳遞到微分 部件32之前將其抑制。信號隨后通過比例部件34被放大并轉(zhuǎn)發(fā)至控 制器的輸出端。
可以在所示的控制器的中間看到第 一控制器分支。第一控制器分 支具有兩個串聯(lián)的微分部件36和38、以及比例部件40。可以在微分 部件36和38之間設(shè)置開關(guān)43，所述開關(guān)基于發(fā)電機速度的實際值切 換。閾值42的詢問為切換檢查是否發(fā)電機速度的實際值大于預定閾 值。如果測試表明實際值小于閾值，則微分部件36和38通過開關(guān)43 彼此相連接。另一方面，如果發(fā)電機速度的電流值大于閾值，則微分 部件38與比例濾波器28的輸出端相連接。
此外，在第二控制器分支中設(shè)置的第二開關(guān)44使得有可能在產(chǎn) 出模式下將第一控制器分支與控制器輸出端18相連接。
當使用根據(jù)本發(fā)明的控制器時，進行下述處理
風力發(fā)電站總是在開關(guān)44打開時運行，即使用具有正常轉(zhuǎn)子葉 片長度的轉(zhuǎn)子葉片。風力發(fā)電站的整體操作一直通過第三控制器分支 (積分部件24)和第二控制器分支26來進行。由于比例濾波器28, 控制器對于功率鏈的振蕩不敏感。同時，選擇微分部件32的時間常 數(shù)以進行慢速調(diào)節(jié)。開關(guān)43對該類型的操作沒有影響。
在開關(guān)44關(guān)閉時風力發(fā)電站運行，即使用具有大轉(zhuǎn)子葉片長度 的轉(zhuǎn)子葉片。如果發(fā)電機速度的實際值10低于預定閾值42，則通過 開關(guān)43饋送第一微分部件36的輸出，并且具有微分部件36、 38的 第一控制器分支對控制器結(jié)果作出貢獻。在該狀態(tài)下，第二控制器分 支26也通過控制器輸出端18傳遞該結(jié)果。串聯(lián)的微分部件36、 38 可以選擇允許快速調(diào)節(jié)的時間常數(shù)，特別是用于將風力發(fā)電站切換至 電網(wǎng)，其中僅通過傾斜控制器來進行速度的調(diào)節(jié)。由于第一控制器分 支獨立于比例濾波器28的濾波值，此處進行直接調(diào)節(jié)，其在該運行 范圍內(nèi)允許對發(fā)電機速度的振蕩進行可靠和快速的補償。如果風力發(fā)電站配備有長轉(zhuǎn)子葉片，則在開關(guān)44關(guān)閉時風力發(fā) 電站運行。如果發(fā)電機速度的實際值10大于閾值42，則表現(xiàn)產(chǎn)出模 式，并通過積分部件24和第二控制器分支26來進行信號處理。由于 比例濾波器28，第二控制器分支對功率鏈的振蕩不敏感。同時，選擇 微分部件32的時間常數(shù)使得進行慢速調(diào)節(jié)。開關(guān)43將比例濾波器28 的輸出端與微分部件38的輸入端相連接，并且通過微分部件38和比 例部件40將比例濾波器28的輸出信號提供給控制器的輸出端18。附 加的微分部件38現(xiàn)在可以提供時間常數(shù)，該時間常數(shù)允許控制器對 于所提供的信號做出快速反應。因此可以削弱功率鏈振蕩的影響。然 而，調(diào)節(jié)仍取決于比例濾波器28的濾波值。
權(quán)利要求
1. 一種用于風力發(fā)電站的至少一個轉(zhuǎn)子葉片的葉片調(diào)整角度的控制器，其中接通第一控制器分支，以根據(jù)風力發(fā)電站的操作狀態(tài)確定葉片調(diào)整角度，其中在接通的第一控制器分支中設(shè)置至少一個微分部件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于在第一操作狀 態(tài)下，通過第二和第三控制器分支(26， 16)進行葉片調(diào)整角度的調(diào) 節(jié)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于第一操作狀態(tài) 表現(xiàn)為風力發(fā)電站的部分負荷模式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項所述的控制器，其特征在于 提供發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的預定轉(zhuǎn)換值，當發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的 實際值小于該轉(zhuǎn)換值時將其轉(zhuǎn)換至第一操作狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項所述的控制器，其特征在于 在第二操作狀態(tài)下，附帶地通過第一控制器分支進行葉片調(diào)整角度的調(diào)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器，其特征在于第二操作狀態(tài) 表現(xiàn)為全負荷模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制器，其特征在于在從部分負荷 模式過渡期間，第二操作狀態(tài)仍表現(xiàn)為全負荷模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中的一項所述的控制器，其特征在于 提供發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的第二轉(zhuǎn)換值，當發(fā)電機和/或轉(zhuǎn)子速度的 實際值大于該第二轉(zhuǎn)換值時將其轉(zhuǎn)換至第二操作狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2至8中的一項所述的控制器，其特征在于 在第二控制器分支中設(shè)置與功率鏈振蕩相協(xié)調(diào)的比例濾波器(28)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2至9中的一項所述的控制器，其特征在于 在第三控制器分支中設(shè)置積分部件。
全文摘要
一種用于風力發(fā)電站的至少一個轉(zhuǎn)子葉片的葉片調(diào)整角度的控制器，其中接通第一控制器分支，以根據(jù)風力發(fā)電站的操作狀態(tài)確定葉片調(diào)整角度，其中在接通的第一控制器分支中設(shè)置至少一個微分部件。
文檔編號F03D7/02GK101520022SQ20091000446
公開日2009年9月2日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者W·卡巴茨克 申請人:諾德克斯能源有限公司