專利名稱：風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備帶有通過風(fēng)驅(qū)動(dòng) 的、并且繞水平或基本上水平定向的轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述 轉(zhuǎn)子葉片分別在橫向或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的葉片軸線方向延伸，各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片圍 繞所述各葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，轉(zhuǎn)子繞垂直或基本上垂直定向的搖轉(zhuǎn)軸線以搖轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn) 動(dòng)，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷。本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，帶有可通過風(fēng)驅(qū)動(dòng) 并且繞水平或基本上水平定向的轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn) 子葉片分別在橫向于或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的葉片軸線的方向延伸，該風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備還帶有一搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，借助于該驅(qū)動(dòng)器可使轉(zhuǎn)子繞垂直或基本上垂直定向的搖轉(zhuǎn) 軸線以搖轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，通過轉(zhuǎn)子繞搖轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷，并且 該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備還包括葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，借助于該驅(qū)動(dòng)器可使轉(zhuǎn)子葉片繞其葉片軸線轉(zhuǎn) 動(dòng)。
背景技術(shù)：
能提供多兆瓦電功率的現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也可以稱為多兆瓦設(shè)備，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)地 支承在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片，因此通過改變相對轉(zhuǎn)子的葉片角可以為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片改變風(fēng)的 入流角。按照用于運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的第一種方法，向所有的轉(zhuǎn)子葉片控制器發(fā)出唯一一 個(gè)葉片角度偏差，因此所有轉(zhuǎn)子葉片的葉片角進(jìn)行共同改變。反之，按照用于運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備的第二種方法，使用單獨(dú)的葉片角控制器，其也稱作IPC，因此可為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片單獨(dú) 設(shè)定葉片角。在理想情況下可以通過使用IPC減小能量開銷，因?yàn)橐词浅跏纪顿Y成本由 于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的大量減小而能夠得以降低，要么是年度能量產(chǎn)出由于較長的 轉(zhuǎn)子葉片得以提高。然而，IPC不是成熟的技術(shù)，而是不斷發(fā)展的主題。這種發(fā)展的目的是減小由于剪 切力和風(fēng)的渦流短時(shí)間在轉(zhuǎn)子葉片上出現(xiàn)的負(fù)荷。用于減小這種負(fù)荷的已知的和使用IPC 的控制策略要么以評估由一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片獲得的負(fù)荷信號、膨脹信號或加速度信號為 基礎(chǔ)，要么以評估風(fēng)力發(fā)電設(shè)備支承轉(zhuǎn)子的主軸的變形為基礎(chǔ)。US 6 361 275 Bl公開了一種基于葉片表面上的葉片負(fù)荷傳感器或風(fēng)速傳感器 的、單獨(dú)的葉片角控制裝置，用于減小由于風(fēng)速局部的、暫時(shí)的峰值在部分轉(zhuǎn)子區(qū)域?qū)е碌?負(fù)荷。WO 01/33075 Al記載了一種基于轉(zhuǎn)子葉片上的機(jī)械負(fù)荷的、單獨(dú)的葉片角控制裝 置，以便使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備接近其設(shè)計(jì)極限運(yùn)行，而不超過該極限。按照WO 2004/074681 Al，為改善風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的穩(wěn)定性，在每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片前的局 部測量流動(dòng)特性(例如通過長的、向前背離葉片延伸的并且支承風(fēng)速計(jì)的臂)，使得疲勞應(yīng) 力和轉(zhuǎn)子葉片-塔-交替作用的風(fēng)險(xiǎn)得以減小。WO 2008/041066 Al公開了一種用于減小由風(fēng)剪切力和搖轉(zhuǎn)角的失調(diào)形成的力矩的單獨(dú)葉片角控制裝置，其中，根據(jù)測得的作用在轉(zhuǎn)子葉片上的力矩進(jìn)行葉片角的控制，以 便減小測得的力矩與(存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中)的額定值的偏差。WO 2008/087180 A2記載了一種用于減小轉(zhuǎn)子不對稱的負(fù)荷的單獨(dú)葉片角控制裝 置，其中，葉片角控制根據(jù)測得的主軸變形進(jìn)行(用膨脹測量帶測量)。US 7 118 339 B2公開了一種單獨(dú)的葉片角控制器以及一種搖轉(zhuǎn)角控制器，其以 轉(zhuǎn)子葉片負(fù)荷測量或主軸偏移測量為基礎(chǔ)，使得通過搖轉(zhuǎn)將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備處于有利的朝 向，其中，使用單獨(dú)的葉片角控制裝置以減小額外的、不對稱的轉(zhuǎn)子負(fù)荷(也就是疲勞應(yīng) 力)。此外還公開了通過預(yù)定的搖轉(zhuǎn)角偏差來運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，以便抑制不對稱的轉(zhuǎn)子負(fù) 荷。WO 2008/119351 A2記載了一種用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)子力矩的單獨(dú)葉片角控制器，所述轉(zhuǎn) 子力矩與重力矩相反，使得主軸軸承的負(fù)荷得以減輕。根據(jù)上述文獻(xiàn)，試圖通過減小疲勞應(yīng)力以間接的方式降低能量開銷，使得風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備的結(jié)構(gòu)承載能力能夠減小(例如通過減小重量)。但為了能夠減小結(jié)構(gòu)的承載能力， 也必須降低其他負(fù)荷，如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在其使用壽命中經(jīng)受的極端天氣負(fù)荷。否則，通過 IPC可實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)完全或部分失去。出于該原因以及其它原因，IPC當(dāng)前不在商業(yè)層面上應(yīng)用。因此存在對這樣一種IPC系統(tǒng)的需求，借助于該系統(tǒng)能夠降低能量開銷，并且該 系統(tǒng)可在最低程度地改變具有當(dāng)前設(shè)備設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)的情況下應(yīng)用。與運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相關(guān)的另一領(lǐng)域(然而不是前述文獻(xiàn)的主題)涉及搖轉(zhuǎn)角偏 差的效果。搖轉(zhuǎn)角偏差定義為風(fēng)方向和轉(zhuǎn)子軸線之間的角度。然而，在確定搖轉(zhuǎn)角偏差時(shí) 不考慮風(fēng)速的垂直分量，因?yàn)檗D(zhuǎn)子軸線的傾斜在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行過程中不會(huì)改變(對 于商用的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)子軸線通常向上傾斜例如5° )。因此，為確定搖轉(zhuǎn)角偏差僅考慮 風(fēng)速在水平面中的分量。通過風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子的搖轉(zhuǎn)可以將搖轉(zhuǎn)角偏差減小到零(在 恒定的風(fēng)條件下)。WO 2008/143009 Al公開了一種單獨(dú)的葉片角控制裝置，用于產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子葉 片上的力，該力產(chǎn)生搖轉(zhuǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的搖轉(zhuǎn)力矩。因此可以完全或部分放棄搖轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器， 因此可減小電功率損失。但是，作用在轉(zhuǎn)子葉片上的力用于產(chǎn)生搖轉(zhuǎn)力矩的可利用性不敵 風(fēng)的偶然和隨機(jī)的自然性，以及渦流效果，使得不可能有精確并準(zhǔn)時(shí)的搖轉(zhuǎn)過程。為了基于 該力實(shí)現(xiàn)可控制的搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在整個(gè)搖轉(zhuǎn)過程中通過制動(dòng)系統(tǒng)緩沖。但是，緩沖明 顯減小了搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，因此必須通過提高的、周期性的葉片負(fù)荷克服制動(dòng)系統(tǒng)的摩擦 力，這有損風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的壽命并因此是不希望的。與葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器增大的活動(dòng)性相 關(guān)的額外的電功率損失也抵消了與搖轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器較小的功率損失相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。此外，風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備必須在風(fēng)靜止時(shí)能夠搖轉(zhuǎn)以便繞放展開電纜，因此取消電搖轉(zhuǎn)系統(tǒng)的愿望在實(shí)際中 不能實(shí)現(xiàn)。由于在搖轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的不希望的和有害的回旋的轉(zhuǎn)子葉片負(fù)荷，當(dāng)前商業(yè)多兆 瓦設(shè)備的搖轉(zhuǎn)速率在0. 7° /S以下(大多甚至在0. 5° /S以下)。這種回旋的負(fù)荷隨搖轉(zhuǎn) 速率線性上升，因此搖轉(zhuǎn)速率的極限也限制了回旋負(fù)荷。搖轉(zhuǎn)速率也稱作搖轉(zhuǎn)角速度。在可使用的商業(yè)多兆瓦設(shè)備中詳細(xì)測量搖轉(zhuǎn)角偏差，例如在由T. F. Pedersen， N. N. S(trensen， L. Vita 禾口 P. Enevoldsen (2008)以題目"Optimization of Wind TurbineOperation by Use of Spinner Anemometer，，在 艮告 Ris Φ-R-1654 (EN)中的描述表明，搖 轉(zhuǎn)角偏差瞬時(shí)值達(dá)到高于30°，并且在顯著的持續(xù)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的偏差在4° /s以內(nèi)。這種 角速度明顯高于現(xiàn)在的商業(yè)多兆瓦設(shè)備的0.4° /s至0.6° /s的極限。因此，當(dāng)前的風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備不能跟隨風(fēng)向的改變，并且持續(xù)地在顯著的搖轉(zhuǎn)角偏差下運(yùn)行。如果在5至15秒 的持續(xù)時(shí)間內(nèi)測量搖轉(zhuǎn)角偏差，通常的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備控制裝置允許約為25°至30°的搖 轉(zhuǎn)角偏差，如果在超過一分鐘的時(shí)間內(nèi)測量搖轉(zhuǎn)角偏差，允許10°至15°的搖轉(zhuǎn)角偏差， 如果在超過10分鐘或更長的時(shí)間內(nèi)測量搖轉(zhuǎn)角偏差，則允許3°至6°的搖轉(zhuǎn)角偏差。因此存在對這樣一種可能性的需求，S卩，能夠以減小的或小的搖轉(zhuǎn)角偏差運(yùn)行現(xiàn) 代多兆瓦設(shè)備。如果風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在額定速度以下運(yùn)行，搖轉(zhuǎn)角偏差的減小實(shí)現(xiàn)了能量吸 收的增大。此外，搖轉(zhuǎn)角偏差的減小也減小了轉(zhuǎn)子葉片上的彎曲負(fù)荷，所述彎曲負(fù)荷在風(fēng)力 發(fā)電站設(shè)備在額定速度以上運(yùn)行的情況下通過轉(zhuǎn)子掃過的面上的不對稱的風(fēng)的條件產(chǎn)生。由現(xiàn)有技術(shù)公開的、通過基于葉片負(fù)荷或葉片加速度的單獨(dú)葉片角控制的各方案 不能成功地用于減小回旋負(fù)荷。一方面，風(fēng)渦流導(dǎo)致葉片負(fù)荷和葉片加速度的改變，因此掩 蓋了回旋負(fù)荷的使用。另一方面，由于轉(zhuǎn)子葉片的慣性，回旋的葉片負(fù)荷(短暫地)緊跟著 葉片角的調(diào)整。這在兩種情況下都導(dǎo)致相對于回旋負(fù)荷減小的延遲并低效率的葉片角調(diào)
iF. οUS 2009/0068013A1公開了一種用于減小由搖轉(zhuǎn)力矩作用在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的搖轉(zhuǎn) 系統(tǒng)上的負(fù)荷的方法，其中，搖轉(zhuǎn)力矩通過轉(zhuǎn)子傳遞到搖轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)，所述轉(zhuǎn)子包括帶有葉片 角調(diào)節(jié)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片。借助于轉(zhuǎn)子傳遞到搖轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的搖轉(zhuǎn)力矩被確定，其中，基于所檢 測到的搖轉(zhuǎn)力矩這樣調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片的葉片角，使得確定的搖轉(zhuǎn)力矩得以減小。按照該方法，沒有減小各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片由搖轉(zhuǎn)過程導(dǎo)致的回旋負(fù)荷，而是減小了圍 繞搖轉(zhuǎn)軸線作用的、并且作用在搖轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的力矩。尤其應(yīng)通過轉(zhuǎn)子葉片繞其葉片軸線的 轉(zhuǎn)動(dòng)根據(jù)搖轉(zhuǎn)力矩的額定值減小搖轉(zhuǎn)系統(tǒng)的氣體動(dòng)力學(xué)負(fù)荷。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，創(chuàng)造這樣一種可能性，使得在風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備中能夠盡可能快地減小搖轉(zhuǎn)角偏差。按照本發(fā)明，該技術(shù)問題首先通過一種用于控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法來解決，該 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備帶有一通過風(fēng)驅(qū)動(dòng)的、并且繞水平或基本上水平定向的轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn) 子，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片分別沿橫向或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的 葉片軸線方向延伸，各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片圍繞所述各葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述轉(zhuǎn)子繞垂直或基本 上垂直定向的搖轉(zhuǎn)軸線以搖轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，因此導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷，按照本發(fā) 明，通過所述轉(zhuǎn)子葉片根據(jù)所述搖轉(zhuǎn)角速度或影響所述搖轉(zhuǎn)角速度的指令參數(shù)繞其葉片軸 線的轉(zhuǎn)動(dòng)，減小所述轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷。根據(jù)按本發(fā)明的、用于控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，轉(zhuǎn)子繞垂直或基本上垂直定向 的搖轉(zhuǎn)軸線以搖轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，因此產(chǎn)生轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷，其中，通過所述轉(zhuǎn)子葉片根 據(jù)所述搖轉(zhuǎn)角速度或與影響所述搖轉(zhuǎn)角速度的指令參數(shù)繞其葉片軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)來減小轉(zhuǎn)子 葉片的回旋負(fù)荷，其中，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備帶有一通過風(fēng)驅(qū)動(dòng)的、并且繞水平或基本上水平 定向的轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片分別沿橫向于或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的葉片軸線的方向延伸，各轉(zhuǎn)子葉片繞所述各葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。所 述搖轉(zhuǎn)角速度是轉(zhuǎn)子繞搖轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度并且也稱作搖轉(zhuǎn)速率。通過轉(zhuǎn)子葉片根據(jù)所述搖轉(zhuǎn)角速度或所述指令參數(shù)繞其葉片軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以產(chǎn) 生轉(zhuǎn)子葉片的空氣動(dòng)力學(xué)的負(fù)荷，該負(fù)荷抵抗由轉(zhuǎn)子的搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù) 荷?？諝鈩?dòng)力學(xué)的負(fù)荷以風(fēng)和轉(zhuǎn)子葉片之間的空氣動(dòng)力學(xué)的相互作用為基礎(chǔ)，并且與轉(zhuǎn)子 葉片被風(fēng)流帶動(dòng)的角度(入流角)有關(guān)。但是，入流角可通過轉(zhuǎn)子葉片繞其縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)改 變。因?yàn)樵撧D(zhuǎn)動(dòng)按照本發(fā)明與搖轉(zhuǎn)角速度或影響該搖轉(zhuǎn)角速度的指令參數(shù)相關(guān)地進(jìn)行，所 以可以完全或部分通過空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷抵消回旋負(fù)荷，因此搖轉(zhuǎn)角速度相對傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備能夠明顯的提高。因此，尤其是由轉(zhuǎn)子繞搖轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷通過轉(zhuǎn)子葉片 根據(jù)所述搖轉(zhuǎn)角速度或所述指令參數(shù)繞其葉片軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)被減小。這種減小可以部分或完 全地實(shí)現(xiàn)。空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷優(yōu)選涉及力和/或力矩。此外，回旋負(fù)荷優(yōu)選涉及力和/或力矩。在US 2009/0068013 Al中盡管除了記載根據(jù)搖轉(zhuǎn)力矩的額定值繞葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)子葉片之外，還記載了根據(jù)搖轉(zhuǎn)速度繞葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片，但是僅僅涉及搖轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 器的恒定的夾持力矩或磨擦制動(dòng)器恒定的夾持磨擦。因此，轉(zhuǎn)子不是繞搖轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而是 保持在其位置上，其中，所述搖轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器僅僅對作用在搖轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的空氣動(dòng)力學(xué)的擾動(dòng)力 矩起反應(yīng)。因此，由于轉(zhuǎn)子繞搖轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)引起的轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷較小，因此沒有提供 減小這種負(fù)荷的方法，并且在US 2009/0068013 Al中也沒有公開。優(yōu)選根據(jù)指令參數(shù)控制或調(diào)節(jié)搖轉(zhuǎn)角速度。指令參數(shù)尤其形成搖轉(zhuǎn)角速度的額定 值。因?yàn)檗D(zhuǎn)子葉片繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，也會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷，該負(fù)荷不 適于抵消回旋負(fù)荷。這種負(fù)荷會(huì)使轉(zhuǎn)子額外地受到承載并因此是不希望的。因此，優(yōu)選每 個(gè)轉(zhuǎn)子葉片額外地根據(jù)旋轉(zhuǎn)角繞其葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)角是各葉片軸線與垂直或基本 上垂直定向的直線之間形成的夾角，所述直線尤其沿?fù)u轉(zhuǎn)軸線的方向延伸。各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片 優(yōu)選額外地根據(jù)一個(gè)角的余弦繞其葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，該角度等于各自的旋轉(zhuǎn)角或者等于各自 的旋轉(zhuǎn)角和各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的相位差之和。相位差可以對于所有的轉(zhuǎn)子葉片都是相同的，或 者在轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間變化。因?yàn)檎铱梢酝ㄟ^相位移動(dòng)轉(zhuǎn)換為余弦，所以也可以尤其在考 慮相位移動(dòng)的情況下替代余弦使用正弦。轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)選繞其葉片軸線額外地根據(jù)由風(fēng)向轉(zhuǎn)子傳遞和/或待傳遞的功率轉(zhuǎn) 動(dòng)。該過程也稱作“修正(Pitchen) ”。尤其通過該修正控制和調(diào)節(jié)功率。因此，可以在搖 轉(zhuǎn)過程中正常地繼續(xù)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，該搖轉(zhuǎn)過程通過同時(shí)產(chǎn)生空氣動(dòng)力學(xué)的負(fù)荷以高 的搖轉(zhuǎn)速率進(jìn)行。尤其是與功率相關(guān)的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)和用于減小回旋負(fù)荷的轉(zhuǎn)子葉片的 轉(zhuǎn)動(dòng)優(yōu)選補(bǔ)充地疊加。優(yōu)選測量帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)子的風(fēng)流方向。還優(yōu)選測量轉(zhuǎn)子繞搖轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的搖轉(zhuǎn)角。 尤其由風(fēng)向和搖轉(zhuǎn)角確定搖轉(zhuǎn)角偏差，搖轉(zhuǎn)角偏差表示轉(zhuǎn)子軸線的方向和風(fēng)向之間的角度 偏差。搖轉(zhuǎn)角偏差例如定義為轉(zhuǎn)子軸線的方向和風(fēng)向之間的角度。但是，轉(zhuǎn)子軸線通常相 對水平線略微向上傾斜，其中，這種傾斜在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行過程中一般不可改變。因 此，搖轉(zhuǎn)角偏差優(yōu)選相當(dāng)于轉(zhuǎn)子軸線方向在水平或基本上水平的平面的投影和風(fēng)向或風(fēng)向在該平面上的投影形成的夾角。該平面尤其垂直于搖轉(zhuǎn)軸線延伸。在轉(zhuǎn)子直徑較大時(shí)，風(fēng)向會(huì)局部改變，因此，風(fēng)向也可以是在轉(zhuǎn)子區(qū)域中產(chǎn)生的或局部測得的風(fēng)向，或者是在轉(zhuǎn)子 區(qū)域中的確定地點(diǎn)測得的風(fēng)向。尤其確定指令參數(shù)。優(yōu)選根據(jù)搖轉(zhuǎn)角偏差和/或搖轉(zhuǎn)角偏差速率確定指令參數(shù)。 指令參數(shù)尤其與搖轉(zhuǎn)角偏差速率成比例或線形相關(guān)，所述搖轉(zhuǎn)角偏差速率定義為搖轉(zhuǎn)角偏 差的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。優(yōu)選規(guī)定指令參數(shù)不超過的最大閾值，使得可以避免風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的過載。尤其測量搖轉(zhuǎn)角速度或者基于測量轉(zhuǎn)子繞搖轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)確定搖轉(zhuǎn)角速度。轉(zhuǎn)子葉片繞其葉片軸線的扭轉(zhuǎn)尤其分別通過葉片角和/或其變化描述。因此，優(yōu) 選通過根據(jù)搖轉(zhuǎn)角速度或指令參數(shù)控制和調(diào)節(jié)葉片角實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)。按照本發(fā)明的 一種設(shè)計(jì)，為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片確定與搖轉(zhuǎn)角速度或指令參數(shù)有關(guān)的額定葉片角，其中，根據(jù)各 個(gè)額定葉片角控制或調(diào)節(jié)各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片角。各個(gè)額定葉片角尤其形成各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片 的葉片角的額定值。優(yōu)選測量各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片角。每個(gè)額定葉片角優(yōu)選與搖轉(zhuǎn)角速度或指令參數(shù)線形相關(guān)。各個(gè)額定葉片角尤其通 過多個(gè)相加數(shù)的和形成，其中一個(gè)與搖轉(zhuǎn)角速度或指令參數(shù)尤其是線性相關(guān)或成比例。這 一個(gè)相加數(shù)優(yōu)選額外地與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)子角速度和/或風(fēng)速和/或各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋 轉(zhuǎn)角有關(guān)，所述旋轉(zhuǎn)角是所述轉(zhuǎn)子葉片的葉片軸線與垂直或基本上垂直定向的直線之間形 成的夾角，所述直線尤其沿?fù)u轉(zhuǎn)軸線的方向延伸。因此，這一相加數(shù)形成用于產(chǎn)生空氣動(dòng)力 學(xué)負(fù)荷的抵消項(xiàng)，所述空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)荷完全或部分抵消回旋負(fù)荷。另一相加數(shù)優(yōu)選與風(fēng)向轉(zhuǎn)子傳遞和/或待傳遞的功率有關(guān)，并因此形成功率項(xiàng)， 該功率項(xiàng)優(yōu)選通過風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的功率調(diào)節(jié)被確定或參與確定。該功率項(xiàng)尤其描述轉(zhuǎn)子葉 片的“修正”，并因此也表征風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)行。這是希望的，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電設(shè)備在搖 轉(zhuǎn)過程中優(yōu)選繼續(xù)運(yùn)行。用于產(chǎn)生空氣動(dòng)力學(xué)的負(fù)荷的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)優(yōu)選與用于控制和 調(diào)節(jié)由風(fēng)傳遞給轉(zhuǎn)子的功率的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)尤其補(bǔ)充地疊加。和可以包括一個(gè)或多個(gè)附 加的相加數(shù)，所述相加數(shù)例如用于調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)其它的干擾量。優(yōu)選由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)一產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。產(chǎn)生的能量優(yōu)選被輸送到電網(wǎng)。本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其帶有一通過風(fēng)驅(qū)動(dòng)的、并且繞水平或基本上 水平定向的轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片分別沿橫向或 基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的葉片軸線的方向延伸，還帶有一搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，借助于 該驅(qū)動(dòng)器可使轉(zhuǎn)子繞垂直或基本上垂直定向的搖轉(zhuǎn)軸線以搖轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，通過轉(zhuǎn) 子繞搖轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷，還帶有若干個(gè)葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，借助于 所述葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器可使轉(zhuǎn)子葉片繞其葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，和一個(gè)包括搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和 葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的控制裝置，借助于該控制裝置可通過轉(zhuǎn)子葉片根據(jù)所述搖轉(zhuǎn)角速度或 與影響所述搖轉(zhuǎn)角速度的指令參數(shù)繞其葉片軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)可減小轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷。按本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可以根據(jù)所有結(jié)合按本發(fā)明的方法描述的設(shè)計(jì)擴(kuò)展。按 本發(fā)明的方法尤其通過按本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備實(shí)施。由轉(zhuǎn)子繞搖轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子葉片的回旋負(fù)荷尤其可通過轉(zhuǎn)子葉片根據(jù)搖 轉(zhuǎn)角速度或指令參數(shù)繞其葉片軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)減小?？刹糠只蛲耆貙?shí)現(xiàn)這種減小。搖轉(zhuǎn)角速度優(yōu)選可借助于所述控制裝置根據(jù)指令參數(shù)控制或調(diào)節(jié)。按照本發(fā)明的一種擴(kuò)展方案，借助于控制裝置可使每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片額外地根據(jù)旋轉(zhuǎn)角繞其葉片軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，該旋轉(zhuǎn)角是各個(gè)葉片軸線與垂直或基本上垂直定向的直線之間 的夾角，該直線尤其沿?fù)u轉(zhuǎn)軸線的方向延伸，其中，控制裝置包括一旋轉(zhuǎn)角檢測裝置，借助 于該旋轉(zhuǎn)角檢測裝置可檢測至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角。因?yàn)檗D(zhuǎn)子葉片繞轉(zhuǎn)子軸線相互之 間的夾角對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備來說通常是固定的，所以檢測一個(gè)旋轉(zhuǎn)角就足夠，因?yàn)橥ㄟ^該 旋轉(zhuǎn)角可以計(jì)算出其余的旋轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)選均勻分布地環(huán)繞轉(zhuǎn)子軸線布置，因此可以 從檢測出的第一轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角β 1出發(fā)，用公式βη= β1+(η-1)*360° /N計(jì)算出第 η個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角βη，其中，η是自然數(shù)并且N是轉(zhuǎn)子葉片數(shù)目。但也可以為所有的 轉(zhuǎn)子葉片測量旋轉(zhuǎn)角。所述旋轉(zhuǎn)角檢測裝置優(yōu)選具有至少一個(gè)角度傳感器，借助于該角度 傳感器可檢測至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)子優(yōu)選與一可由該轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)耦連。借助于該發(fā)電機(jī)可產(chǎn)生電能，優(yōu)選 可將該電能輸送到電網(wǎng)。所述控制裝置優(yōu)選包括一功率檢測裝置，借助于該功率檢測裝置可檢測或可確定 風(fēng)向轉(zhuǎn)子傳輸?shù)墓β剩渲?，轉(zhuǎn)子葉片可借助于控制裝置額外地根據(jù)功率繞其葉片軸線進(jìn) 行轉(zhuǎn)動(dòng)。功率檢測裝置優(yōu)選包括一風(fēng)速傳感器，借助于該風(fēng)速傳感器可檢測轉(zhuǎn)子區(qū)域內(nèi)的 風(fēng)速。由風(fēng)速尤其可推導(dǎo)出由風(fēng)向轉(zhuǎn)子傳輸?shù)墓β?空氣動(dòng)力學(xué)功率)。所述控制裝置優(yōu)選包括一風(fēng)向傳感器，借助于該風(fēng)向傳感器可檢測風(fēng)向。尤其可 通過該風(fēng)向傳感器檢測或確定風(fēng)向的水平分量。風(fēng)向傳感器可通過風(fēng)速傳感器形成或獨(dú)立 于該風(fēng)速傳感器設(shè)置。所述控制裝置優(yōu)選包括一個(gè)搖轉(zhuǎn)角傳感器，借助于其可測量搖轉(zhuǎn)角。因此，控制裝 置可以從風(fēng)向或其水平分量和搖轉(zhuǎn)角計(jì)算出搖轉(zhuǎn)角偏差。尤其借助于該控制裝置根據(jù)搖轉(zhuǎn) 角偏差確定指令參數(shù)。所述控制裝置優(yōu)選包括一個(gè)搖轉(zhuǎn)速率檢測裝置，借助于其可檢測或可確定搖轉(zhuǎn)角 速度。搖轉(zhuǎn)速率檢測裝置可以包括搖轉(zhuǎn)角傳感器，并且例如由多個(gè)在已知的時(shí)間點(diǎn)檢測的 搖轉(zhuǎn)角計(jì)算出所述搖轉(zhuǎn)角速度。作為補(bǔ)充或替代，搖轉(zhuǎn)速率檢測裝置包括一搖轉(zhuǎn)速率傳感 器，借助于其可檢測搖轉(zhuǎn)角速度。在這種情況下，搖轉(zhuǎn)速率檢測裝置可以單獨(dú)于搖轉(zhuǎn)角傳感 器設(shè)置。轉(zhuǎn)子葉片繞其葉片軸線的扭轉(zhuǎn)優(yōu)選分別通過一葉片角描述。按照本發(fā)明的一種擴(kuò) 展設(shè)計(jì)，可借助于控制裝置為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片確定一個(gè)與搖轉(zhuǎn)角速度或指令參數(shù)相關(guān)的額定 葉片角，其中，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片角可根據(jù)各自的額定葉片角借助于控制裝置控制或調(diào) 節(jié)。控制裝置優(yōu)選包括葉片角傳感器，借助于其可檢測葉片角。按照本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)，所述控制裝置包括至少一個(gè)葉片角控制單元，借助于其 可控制葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，以及包括一個(gè)搖轉(zhuǎn)角控制單元，借助于該搖轉(zhuǎn)角控制單元可控 制搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。控制裝置尤其包括一主控制單元，借助于該主控制單元可控制所述 葉片角控制單元和所述搖轉(zhuǎn)角控制單元。所述葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器、搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器、葉片 角控制單元、搖轉(zhuǎn)角控制單元和/或主控制單元可以設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的不同地點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備優(yōu)選包括一個(gè)塔、一個(gè)可繞搖轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在塔上的機(jī)械支架 和一個(gè)可繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在機(jī)械支架上的轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子的輪轂抗扭地連接， 轉(zhuǎn)子葉片可繞其葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在該輪轂上，其中，發(fā)電機(jī)與轉(zhuǎn)軸耦連，并且可由轉(zhuǎn)子 驅(qū)動(dòng)。發(fā)電機(jī)優(yōu)選固定在機(jī)械支架上。所述塔尤其樹立在地基上。機(jī)器支架優(yōu)選在塔的上端和/或塔的遠(yuǎn)離地基的端部繞搖轉(zhuǎn)軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在塔上。總的來說，本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和一種用于控制該設(shè)備的方法，其中，通 過搖轉(zhuǎn)導(dǎo)致的回旋負(fù)荷被抵消。因此可以實(shí)現(xiàn)高的搖轉(zhuǎn)速率，使得搖轉(zhuǎn)角偏差得以減小或 消除。搖轉(zhuǎn)速率可以在4° /s或以上。此外，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可以具有當(dāng)前的商業(yè)設(shè)計(jì)， 而不需要對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)系、機(jī)械支架、塔)進(jìn)行大的改變。 可以避免有害的和不希望的葉片負(fù)荷的增加。根據(jù)按本發(fā)明的方法的一種設(shè)計(jì)，檢測風(fēng)向和轉(zhuǎn)子軸線方向之間或該方向的水平 分量之間的夾角，并且通過這樣一個(gè)過程減小該夾角，在該過程中，搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和葉片角運(yùn)動(dòng) 在時(shí)間上相互協(xié)調(diào)。按照所述方法的一種擴(kuò)展，-主控制單元基本上同時(shí)向搖轉(zhuǎn)角控制單元和葉片角控制單元發(fā)送搖轉(zhuǎn)角速度的 額定值，和/或-使用搖轉(zhuǎn)角速度的額定值、風(fēng)條件和轉(zhuǎn)子位置為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片計(jì)算出用于葉片 角調(diào)節(jié)的圖表，因此風(fēng)和轉(zhuǎn)子葉片之間的空氣動(dòng)力學(xué)相互作用產(chǎn)生一負(fù)荷，該負(fù)荷反作用 于由搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的回旋負(fù)荷，和/或-為搖轉(zhuǎn)速率和葉片角調(diào)節(jié)速率以及搖轉(zhuǎn)角和葉片角基本上連續(xù)地相互比較額定 值和測量值，和/或-如果速率和/或角度的額定值和測量值之間的差超過分別預(yù)定的水平，發(fā)現(xiàn)錯(cuò) 誤(并且例如設(shè)置一 “錯(cuò)誤_標(biāo)記”)，和/或-搖轉(zhuǎn)角速度被減小到這樣一個(gè)值，在該值時(shí)在沒有抵消的葉片角調(diào)整時(shí)在轉(zhuǎn)子 葉片上出現(xiàn)可接受的回旋負(fù)荷，并且在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)(或者在“錯(cuò)誤標(biāo)記”被設(shè)置時(shí))設(shè)置回 旋負(fù)荷的抵消。尤其通過本發(fā)明-在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在額定速度以下運(yùn)行時(shí)，創(chuàng)造了提高的能量接收的可能性，和/ 或-當(dāng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在額定速度以上運(yùn)行時(shí)，使得由不對稱的風(fēng)條件造成的轉(zhuǎn)子葉 片負(fù)荷能夠減小，和/或-實(shí)現(xiàn)了提高的能量接收，而不需要對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和/或-實(shí)現(xiàn)了提高的能量接收，其中，可以用簡單的方式借助于現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的 控制邏輯電路實(shí)現(xiàn)按本發(fā)明的方法的實(shí)施，和/或-實(shí)現(xiàn)了提高的能量接收，其中，按本發(fā)明的控制裝置可以事后安裝到現(xiàn)有的風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備中，和/或-通過減小搖轉(zhuǎn)角偏差實(shí)現(xiàn)提高的能量吸收，該搖轉(zhuǎn)角偏差定義為風(fēng)向和轉(zhuǎn)子軸 線的方向之間的夾角，和/或-提高了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的搖轉(zhuǎn)速率，而不在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生較大的回旋負(fù)荷，和/或_實(shí)現(xiàn)了搖轉(zhuǎn)速率超過1° /s，并優(yōu)選超過4° /s的快速搖轉(zhuǎn)過程，而不在轉(zhuǎn)子葉 片和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的主傳動(dòng)系上產(chǎn)生較大的回旋負(fù)荷。


以下根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施形式參照

本發(fā)明。在附圖中示出
圖1是按本發(fā)明的一種實(shí)施形式的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的立體視圖，圖2是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的搖轉(zhuǎn)軸線和轉(zhuǎn)子軸線以及風(fēng)向的示意側(cè)視圖，圖3是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的俯視圖，圖4是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的前視圖，圖5是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制裝置的方塊圖，圖6是一坐標(biāo)系統(tǒng)，其中示出了按照第一種模擬的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的隨時(shí)間變化的 搖轉(zhuǎn)角，圖7是一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中示出了按第一種模擬的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子 葉片的隨時(shí)間變化的葉片角，圖8是一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中示出了按照第一種模擬的轉(zhuǎn)子葉片的葉根上 的沖擊力矩，圖9是一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中示出了按照另一種模擬的轉(zhuǎn)子葉片的葉根上 的沖擊力矩，圖10是一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中示出了在快速搖轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的回旋負(fù)荷 和能量產(chǎn)出關(guān)于與回旋負(fù)荷的減小有關(guān)的損失的圖示。
具體實(shí)施例方式圖1示出了帶有包括三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片1，2和3以及帶有轉(zhuǎn)子輪轂4的轉(zhuǎn)子5的風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備10，該轉(zhuǎn)子可繞轉(zhuǎn)子軸線6轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在機(jī)械支架7上。轉(zhuǎn)子葉片1，2和3分別 繞葉片軸線11，12或13可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在輪轂4上，并且沿葉片軸線的方向背離輪轂4延伸。 葉片軸線11，12和13橫向于或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線6延伸，其中，轉(zhuǎn)子葉片1，2和3繞 其葉片軸線11，12和13扭轉(zhuǎn)的葉片角用Θ” 02和θ3表示。通常，第η個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉 片角用θ 表示，其中下標(biāo)η表示各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，并且設(shè)為對于第一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片1值η = 1， 對于第二轉(zhuǎn)子葉片2值η = 2，并且對于第三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片3值η = 3。盡管轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)量 N在此等于三(N= 3)，但可選地，轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)量N也可以是二或大于三。通過轉(zhuǎn)子葉片1，2和3繞其縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)改變轉(zhuǎn)子葉片被風(fēng)14帶動(dòng)的有效空氣動(dòng) 力學(xué)入流角，因此由風(fēng)向轉(zhuǎn)子5傳遞的功率可以通過轉(zhuǎn)子葉片繞其葉片軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)控制或 調(diào)節(jié)。為了使轉(zhuǎn)子葉片1，2和3繞其葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置有葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器20，21和 22 (參見圖5)，其中，每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片1，2和3可以借助于各自的葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器20，21或 22單獨(dú)地繞其葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器20，21和22是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的單獨(dú) 葉片角控制裝置的一部分。轉(zhuǎn)子4與機(jī)械支架7 —起借助于搖轉(zhuǎn)軸承34(見圖3)繞垂直或基本上垂直定向 的搖轉(zhuǎn)軸線8可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在塔9的上端，其中，轉(zhuǎn)子5與機(jī)械支架7 —起繞搖轉(zhuǎn)軸線8相 對塔9扭轉(zhuǎn)的搖轉(zhuǎn)角用Γ表示。搖轉(zhuǎn)角Γ的時(shí)間導(dǎo)數(shù)稱為搖轉(zhuǎn)角速度(搖轉(zhuǎn)速率)Y，并 且由γ =dr/dt得出。搖轉(zhuǎn)軸線8沿塔9的縱軸方向延伸，并且尤其是與縱軸重合。轉(zhuǎn) 子5繞搖轉(zhuǎn)軸線8的轉(zhuǎn)動(dòng)借助于搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器25 (參見圖5)實(shí)現(xiàn)，該運(yùn)動(dòng)稱為搖轉(zhuǎn)或 搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由圖2可見，轉(zhuǎn)子軸線6相對水平或基本上水平的平面33略向上傾。這種傾斜尤 其用于避免轉(zhuǎn)子葉片1，2和3與塔9之間的碰撞，因?yàn)檗D(zhuǎn)子葉片在風(fēng)的影響下會(huì)彈性地彎曲。在實(shí)踐中，彎曲優(yōu)選為約5°，并且在圖2中夸張地示出。水平面33尤其垂直于搖轉(zhuǎn) 軸線8延伸。另外，風(fēng)向14可能相對水平面33傾斜。因?yàn)檗D(zhuǎn)子5為了跟蹤風(fēng)繞搖轉(zhuǎn)軸線 8轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在此僅考慮轉(zhuǎn)子軸線和風(fēng)向的水平分量，這些分量通過將風(fēng)向14和轉(zhuǎn)子軸線6 投影到水平面33上獲得。圖3示出了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備10的俯視圖，其中，風(fēng)向38的水平分量和轉(zhuǎn)子軸線39 的水平分量之間的角度稱為搖轉(zhuǎn)角偏差δ。在此，水平面33位于圖面中。在持續(xù)穩(wěn)定的風(fēng) 條件下，搖轉(zhuǎn)角偏差δ可以通過轉(zhuǎn)子5恰當(dāng)?shù)膿u轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減小到零。此外，圖3以示意圖示出了搖轉(zhuǎn)軸承34、發(fā)電機(jī)35和轉(zhuǎn)軸36，轉(zhuǎn)子5借助于轉(zhuǎn)軸 與發(fā)電機(jī)35機(jī)械耦連。發(fā)電機(jī)35固定在機(jī)械支架7上，轉(zhuǎn)軸36可繞轉(zhuǎn)子軸線6轉(zhuǎn)動(dòng)地支 承在該機(jī)械支架7上。發(fā)電機(jī)35在此直接由轉(zhuǎn)軸36驅(qū)動(dòng)并產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電能被輸送 到電網(wǎng)37。作為替代，也可以在轉(zhuǎn)軸36和發(fā)電機(jī)35之間連接一傳動(dòng)裝置。圖4示出了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備10的前視圖，其中示出了轉(zhuǎn)子葉片1，2和3與垂直或基 本上垂直定向的直線15圍成的旋轉(zhuǎn)角β 1，β 2和β 3。通常，第η個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角用 β η表示，其中下標(biāo)η表示各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。直線15尤其沿?fù)u轉(zhuǎn)軸線8的方向延伸。因?yàn)檗D(zhuǎn) 子葉片1，2和3環(huán)繞轉(zhuǎn)子軸線6并且相互間成固定的角度，所以測量一個(gè)旋轉(zhuǎn)角就足夠。然 后可以通過計(jì)算確定其它的旋轉(zhuǎn)角。如果測量出了第一轉(zhuǎn)子葉片1的旋轉(zhuǎn)角β ，那么由 β2= β 1+2 π/3得出第二轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角β2，并由β3= β 1+4 π/3得出第三轉(zhuǎn)子葉 片的旋轉(zhuǎn)角β 3，其中，角度在此按弧度給出。旋轉(zhuǎn)角β 1的時(shí)間導(dǎo)數(shù)稱為旋轉(zhuǎn)角速度ω， 并且由ω =di3 1/dt得出。所有轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角速度相等并且描述轉(zhuǎn)子5繞轉(zhuǎn)子軸線 6轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。由圖5可見風(fēng)力發(fā)電設(shè)備10的控制裝置16的示意方塊圖?？刂蒲b置16包括可 檢測轉(zhuǎn)子葉片ι的葉片角θ 1的葉片角傳感器17、可檢測轉(zhuǎn)子葉片2的葉片角θ 2的葉片 角傳感器18、可檢測轉(zhuǎn)子葉片3的葉片角θ 3的葉片角傳感器19、可使轉(zhuǎn)子葉片1繞其葉 片軸線11轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器20、可使轉(zhuǎn)子葉片2繞其葉片軸線12轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片角調(diào) 節(jié)驅(qū)動(dòng)器21、可使轉(zhuǎn)子葉片3繞其葉片軸線13轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器22、可檢測搖轉(zhuǎn) 角Γ的搖轉(zhuǎn)角傳感器23、可檢測搖轉(zhuǎn)角速度γ的搖轉(zhuǎn)速率傳感器24、可使轉(zhuǎn)子5繞搖轉(zhuǎn) 軸線8轉(zhuǎn)動(dòng)的搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器25、可檢測第一轉(zhuǎn)子葉片1的旋轉(zhuǎn)角β 1的旋轉(zhuǎn)角傳感器 26、可檢測轉(zhuǎn)子5繞轉(zhuǎn)子軸線6轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器27、可檢測風(fēng)速V的 風(fēng)速傳感器28、可檢測描述風(fēng)向的水平分量的角度Ψ的風(fēng)向傳感器29、可控制葉片角調(diào)節(jié) 驅(qū)動(dòng)器20，21和22的葉片角控制單元30、可控制搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器25的搖轉(zhuǎn)角控制單元 31以及可控制葉片角控制單元30和搖轉(zhuǎn)角控制單元31的主控制單元32。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備10更高級的控制通過主控制單元32實(shí)現(xiàn)。該單元與葉片角控制單 元30和搖轉(zhuǎn)角控制單元31雙向通信。各控制單元可以通過同一電路(硬件)或單獨(dú)的電 路構(gòu)成。此外，控制單元可以設(shè)置在共同的殼體或單獨(dú)的殼體中。通過下標(biāo)“C”區(qū)分由控制單元確定和/或發(fā)出的額定值與借助于傳感器檢測的測 量值。例如Yc表示搖轉(zhuǎn)速率的額定值，然而Y表示測得的搖轉(zhuǎn)速率。搖轉(zhuǎn)速率是轉(zhuǎn)子5 繞搖轉(zhuǎn)軸線8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的搖轉(zhuǎn)角速度。主控制單元32向搖轉(zhuǎn)角控制單元31發(fā)送作為命令的搖轉(zhuǎn)速率額定值γ c，并且從 該搖轉(zhuǎn)角控制單元接收關(guān)于執(zhí)行該命令的狀態(tài)的狀態(tài)信息Si。搖轉(zhuǎn)角控制單元31又控制搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器25并且檢查，測得的搖轉(zhuǎn)速率Y是否跟隨搖轉(zhuǎn)速率額定值Y c變化。主控制單元32與葉片角控制單元30通信，以便調(diào)節(jié)由風(fēng)向轉(zhuǎn)子5傳遞的空氣動(dòng) 力學(xué)功率和為了檢測涉及葉片角θη的命令的執(zhí)行狀態(tài)。主控制單元32還可以出于其它 在現(xiàn)有技術(shù)中已知的目的與葉片角控制單元30通信。第η個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的葉片角θη的用 于調(diào)節(jié)功率或除了其它以外還用于調(diào)節(jié)功率的額定值在此稱為θ ncp。為控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備10，傳感器向控制單元提供信息。主控制單元32從搖轉(zhuǎn)角傳 感器23接收搖轉(zhuǎn)角Γ，并從風(fēng)向傳感器29接收描述風(fēng)向的角Ψ，并且用δ = ψ-Γ計(jì)算 出搖轉(zhuǎn)角偏差δ。此外，主控制單元32還從風(fēng)速傳感器28接收風(fēng)速V，由風(fēng)速可得出空氣 動(dòng)力學(xué)的功率。葉片角控制單元30從葉片角傳感器17，18和19接收各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片1，2和3的當(dāng) 前葉片角θ η,以便能夠監(jiān)控葉片角控制單元30向葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器20，21和22發(fā)出的、 關(guān)于葉片角θ nc待設(shè)定的額定值的命令，使其在預(yù)定的容差范圍內(nèi)執(zhí)行。葉片角控制單元 30還從傳感器28，24，26和27接收風(fēng)速度V，搖轉(zhuǎn)速率Y，第一轉(zhuǎn)子葉片1的旋轉(zhuǎn)角β 和 轉(zhuǎn)子5的角速度ω，以計(jì)算各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的額定葉片角θ nc?？刂蒲b置16，尤其是主控制單元32監(jiān)控?fù)u轉(zhuǎn)角偏差δ，并且如果認(rèn)為搖轉(zhuǎn)角偏差 δ過大，則為減小該偏差而開始快速的搖轉(zhuǎn)過程。“過大”的條件例如可以通過當(dāng)前的搖轉(zhuǎn) 角偏差S、在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)測得的搖轉(zhuǎn)角偏差、搖轉(zhuǎn)角偏差隨時(shí)間的變化(例如搖轉(zhuǎn)角偏 差速率)和/或轉(zhuǎn)子5當(dāng)前的搖轉(zhuǎn)速率的函數(shù)定義?？焖贀u轉(zhuǎn)過程通過計(jì)算搖轉(zhuǎn)速率額定值Y c進(jìn)行。尤其為了實(shí)現(xiàn)幾乎最佳的搖轉(zhuǎn) 角偏差最小化，搖轉(zhuǎn)速率的額定值基本上與搖轉(zhuǎn)角偏差速率d δ /dt成比例，搖轉(zhuǎn)角偏差速 率相當(dāng)于搖轉(zhuǎn)角偏差δ的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。搖轉(zhuǎn)速率的額定值通過最大允許的搖轉(zhuǎn)速率Ymax 限定，該搖轉(zhuǎn)速率可與搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的功率特性統(tǒng)一。搖轉(zhuǎn)速率額定值Y c被傳輸?shù)綋u轉(zhuǎn)控制單元31并同時(shí)或基本上同時(shí)被傳輸?shù)饺~ 片角控制單元30。葉片角控制單元30可以單獨(dú)操縱各個(gè)葉片轉(zhuǎn)子，并且對各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片繞 其葉片軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)負(fù)責(zé)。在使用快速搖轉(zhuǎn)過程時(shí)，搖轉(zhuǎn)速率額定值Yc從0平緩地升高到 計(jì)算出的值，以避免搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器25的沖擊式的負(fù)荷。在快速的搖轉(zhuǎn)過程中，優(yōu)選連 續(xù)地改變搖轉(zhuǎn)速率額定值Y c，以便轉(zhuǎn)子5跟隨風(fēng)向的改變。同時(shí)向搖轉(zhuǎn)控制單元31和葉片角控制單元30傳輸關(guān)于搖轉(zhuǎn)活動(dòng)開始和搖轉(zhuǎn)速率 額定值Yc的信息使得能夠與所出現(xiàn)的回旋負(fù)荷時(shí)間同步地進(jìn)行抵消作用的葉片角調(diào)解 過程，使得回旋負(fù)荷被完全或部分地抵消。在此，第η個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的額定葉片角enc通過 一個(gè)函數(shù)描述，該函數(shù)基本上具有以下形式(1) θ nc = θ ncp+ y c*G*cos ( β η+Φ), URθ nc轉(zhuǎn)子葉片η的額定葉片角θ ncp轉(zhuǎn)子葉片η的、沒有抵消回旋負(fù)荷的額定葉片角Y c搖轉(zhuǎn)速率的額定值G放大系數(shù)β η測得的轉(zhuǎn)子葉片η的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角Φ相位差額定葉片角θ nc由和構(gòu)成，其中，和的第一個(gè)相加數(shù)“ θ ncp”相應(yīng)于沒有抵消回旋負(fù)荷的額定葉片角(如在傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備“正常”運(yùn)行時(shí)形成的)，并且其中，和的第 二相加數(shù)“ Yc*G*C0S(i3n+O)”造成回旋負(fù)荷的抵消。因此，第二相加數(shù)產(chǎn)生了額定葉片 角θ nc，該額定葉片角周期性地隨著各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角β η改變。如果放大系數(shù)G保持恒定，則第二相加數(shù)與搖轉(zhuǎn)速率額定值Y c成比例。此外，回 旋負(fù)荷與測得的搖轉(zhuǎn)速率Y成比例?，F(xiàn)在這樣地選擇放大系數(shù)G和相位差Φ，使得作用在 轉(zhuǎn)子葉片上的回旋負(fù)荷減小到希望的大小?；匦?fù)荷減小到的希望的大小并不是必然使回旋負(fù)荷盡可能大地減小。尤其當(dāng)剩 余的回旋負(fù)荷與轉(zhuǎn)子允許的負(fù)荷一致時(shí)，希望的大小僅能夠使回旋負(fù)荷部分地減小。因此， 剩余的回旋負(fù)荷不縮短風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的部件預(yù)期的壽命。因?yàn)榛匦?fù)荷的減小與尤其隨減 小的增多而上升的損失相關(guān)，所以，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的能量產(chǎn)出在回旋負(fù)荷部分減小時(shí)通常 比回旋負(fù)荷減至最小或完全消除時(shí)更大。因此，優(yōu)選僅部分地減小回旋負(fù)荷，使得剩余的回旋負(fù)荷處于轉(zhuǎn)子葉片允許的負(fù) 荷范圍內(nèi)。在此，回旋負(fù)荷減至的大小也稱為最優(yōu)大小，因?yàn)樵摯笮∫环矫骊P(guān)于減小回旋負(fù) 荷的希望，另一方面關(guān)于最大能量產(chǎn)出的希望尤其達(dá)到了最佳。因此，允許的負(fù)荷優(yōu)選是最 大允許的負(fù)荷。確定最佳大小的影響因素例如是轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的其它部件的特性以 及其成本，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備預(yù)計(jì)的風(fēng)條件，以及渦流和預(yù)計(jì)的搖轉(zhuǎn)活動(dòng)性。如果確定最佳大小 的影響因素已知，那么可以使用由現(xiàn)有技術(shù)公開的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化程序確定最佳大小。由圖10可見一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中描繪了搖轉(zhuǎn)速率例如為5° /s的快速搖 轉(zhuǎn)過程中的回旋負(fù)荷GB與和回旋負(fù)荷的減小相關(guān)的損失GV的關(guān)系，其中，所屬的圖稱為負(fù) 荷曲線(虛線示出)40。在坐標(biāo)系統(tǒng)中還描繪出了快速搖轉(zhuǎn)過程中的能量產(chǎn)出EA與損失GV 的關(guān)系，其中，所屬的圖稱為能量曲線(實(shí)線)41?？v坐標(biāo)上的值GBopt表示回旋負(fù)荷，該回 旋負(fù)荷相當(dāng)于轉(zhuǎn)子葉片的允許負(fù)荷，其中，在橫坐標(biāo)上所屬的值用Opt.表示。尤其是高于 GBopt的GB值導(dǎo)致不允許的高負(fù)荷，使得GBopt在這種意義上表示最大允許的負(fù)荷?；匦?負(fù)荷在負(fù)荷曲線40與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)處最小(最小值)，其中，橫坐標(biāo)上所屬的值用100%標(biāo) 示，并且尤其形成GV的最大值。能量曲線對應(yīng)于損失值Opt.和100%的縱坐標(biāo)值之間的差 用ΔΕΑ標(biāo)示。如果回旋負(fù)荷僅部分減小，并具體優(yōu)選減小到GBopt，則相對回旋負(fù)荷的最小 化獲得了提高ΔΕΑ的能量產(chǎn)出。因此，負(fù)荷值GBopt優(yōu)選相當(dāng)于最佳大小。相應(yīng)地，回旋負(fù)荷的部分減小尤其在渦流的風(fēng)條件下實(shí)現(xiàn)了提高的能量接收，所 述渦流的風(fēng)條件例如要求恒定的搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，優(yōu)選這樣選擇放大系數(shù)G和相位差φ，使 得作用在轉(zhuǎn)子葉片上的回旋負(fù)荷減小到最佳大小。然而不應(yīng)排除也將回旋負(fù)荷減小到最小 值的可能性。因?yàn)槔每諝鈩?dòng)力學(xué)負(fù)荷抵消回旋負(fù)荷，G和Φ的希望值既隨風(fēng)條件也隨風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)(例如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度、搖轉(zhuǎn)角偏差等)改變。另外，G和Φ的值不僅與 轉(zhuǎn)子葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特性，例如升力系數(shù)和使用的流動(dòng)輪廓(Str0mungsabriss)的入流 角有關(guān)，也與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性，例如轉(zhuǎn)子葉片的慣性有關(guān)。如果各轉(zhuǎn)子葉片的這些 特性不同，那么各轉(zhuǎn)子葉片的G和Φ也不同。G和Φ的值尤其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)子角速 度ω和/或風(fēng)速ν和/或各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片η的旋轉(zhuǎn)角β η有關(guān)。G和Φ合適于不同的風(fēng)條件和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備條件的值優(yōu)選尤其以表格的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。為此，確定已知的風(fēng)條件和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備條件下的G和Φ合適的值，并且 作為這種條件的函數(shù)以表格的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中。因此可以通過從表格中讀取恰當(dāng)?shù)?值確定當(dāng)前風(fēng)條件和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備條件下G和Φ的值。這種確定要么可以由此實(shí)現(xiàn)，即， 讀取并使用最適應(yīng)當(dāng)前的風(fēng)條件和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備條件的G和Φ的值，要么根據(jù)當(dāng)前的條件 使用線性插值方法或其它恰當(dāng)?shù)牟逯捣椒ǐ@得G和Φ的值。因?yàn)橥ㄟ^插值可以形成中間 值，所以應(yīng)用插值方法是優(yōu)選的，其中，現(xiàn)有技術(shù)已知有若干種恰當(dāng)?shù)牟逯捣椒?。上述風(fēng)條件和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備條件尤其包括轉(zhuǎn)子角速度ω、風(fēng)速度V、搖轉(zhuǎn)角偏差 δ以及各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片允許的葉根負(fù)荷。允許的葉根負(fù)荷包括靜態(tài)部分和/或動(dòng)態(tài)部分，其 中，尤其是動(dòng)態(tài)的葉根負(fù)荷導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備部件的材料疲勞。優(yōu)選通過在使用受控的風(fēng)條件下的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的數(shù)字模擬實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的G和Φ 值的確定。優(yōu)選為形成表格使用所有相關(guān)的、在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運(yùn)行過程中參與的條件。在 此，這樣選擇風(fēng)條件和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備條件，使得其實(shí)際的變化范圍盡可能完全被覆蓋?？刂蒲b置16，尤其是住控制單元32例如基于狀態(tài)信息Si在快速搖轉(zhuǎn)過程中監(jiān)視 搖轉(zhuǎn)速率的額定值Yc和當(dāng)前的搖轉(zhuǎn)速率γ之間的偏差。該偏差由于調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)誤差并且 在更大的程度上由于被調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)疊加的干擾運(yùn)動(dòng)通常不為零，所述干擾運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)子5上的 渦流和不對稱的風(fēng)運(yùn)動(dòng)引起。只要偏差在預(yù)定的閾值之下，搖轉(zhuǎn)速率額定值Yc和當(dāng)前的搖轉(zhuǎn)速率Y之間的偏 差可以忽略。反之，超出閾值的偏差被解釋為，搖轉(zhuǎn)系統(tǒng)中存在錯(cuò)誤，因此將搖轉(zhuǎn)速率的額 定值減小到這樣一個(gè)值，在這個(gè)值時(shí)不再需要抵消回旋負(fù)荷。同時(shí)，停止回旋負(fù)荷的抵消。 例如將搖轉(zhuǎn)負(fù)荷的額定值減小到小于0. 。/s的值，這對于沒有抵消回旋負(fù)荷的傳統(tǒng)風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備的搖轉(zhuǎn)是常見的。但是如果搖轉(zhuǎn)速率額定值YC和當(dāng)前的搖轉(zhuǎn)速率Y之間的偏差相當(dāng)小，為抵消回 旋負(fù)荷既可以使用搖轉(zhuǎn)速率額定值Yc也可以使用當(dāng)前的搖轉(zhuǎn)速率Y，以便成功地執(zhí)行快 速搖轉(zhuǎn)過程。在這種情況下，在等式(1)中搖轉(zhuǎn)速率的額定值Y c可以通過測得的當(dāng)前搖 轉(zhuǎn)速率Y替代，因此第二個(gè)相加數(shù)與搖轉(zhuǎn)速率Y成比例。控制裝置16，尤其是主控制裝置32還例如基于由葉片角控制單元30提供的狀態(tài) 信息在快速搖轉(zhuǎn)過程中為各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片監(jiān)視相應(yīng)于各自的葉片角θη的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的當(dāng)前 葉片角速率(den/dt)和葉片角速率的額定值之間的偏差。如果該偏差超過預(yù)定的閾值， 則中斷快速搖轉(zhuǎn)過程并且將搖轉(zhuǎn)速率的額定值減小到這樣一個(gè)值，在該值時(shí)不再需要抵消 回旋負(fù)荷。搖轉(zhuǎn)過程例如以通常小于0.7° /S的搖轉(zhuǎn)速率進(jìn)行。參照圖6至9說明快速搖轉(zhuǎn)過程的四個(gè)模擬Si、S2、S3和S4，所述模擬是針對按 本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行的。例如可以使用如在D.J.Malcolm和Α. C. Hansen的文獻(xiàn) NREL/SR-500-32495, "WindPACT Turbine Rotor Design Study”(2002)中描述的型號為 NREL 1.5MW的基線渦輪機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其中，這種設(shè)備以按本發(fā)明的方式修改。由圖6可見一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中描述了搖轉(zhuǎn)角Γ (偏轉(zhuǎn)位置)與時(shí)間t的關(guān)系。搖轉(zhuǎn)角用度(deg)表示，而時(shí)間用秒(sec)表示。對于快速搖轉(zhuǎn)過程的四個(gè)模擬 51、52、53和54，搖轉(zhuǎn)角Γ按圖6變化。由圖7可見一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中描述了第一轉(zhuǎn)子葉片1 (葉片-1修正) 的葉片角β 1在第一模擬Sl過程中與時(shí)間t的關(guān)系。葉片角以度(deg)表示，而時(shí)間以秒(sec)表不。按照圖6和7，搖轉(zhuǎn)角Γ以速率5° /s在持續(xù)IOs的時(shí)間改變，這導(dǎo)致?lián)u轉(zhuǎn)角總 共改變50°。風(fēng)速恒定保持在7m/s，而風(fēng)向以與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的搖轉(zhuǎn)角Γ相同的方式變 化，以使搖轉(zhuǎn)角偏差δ在模擬過程中保持為零(即，δ =0)。風(fēng)向和搖轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系表 示完美的風(fēng)向追蹤的臨界情況。葉片角的調(diào)節(jié)以1. 25s的放大系數(shù)G和-20°的相位Φ進(jìn) 行，因此獲得帶有小于10° /s的最大額定葉片角速率d θ nc/dt的額定葉片角enc，這與 當(dāng)前在市場上可買到的葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的功率額定數(shù)值一致。按照圖7，最大的葉片角速 率d θ 1/dt為10. 2° /s (最大10. 2deg/s)。轉(zhuǎn)子角速度ω例如為約18/s。由圖8可見一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中以實(shí)線描繪了在第一轉(zhuǎn)子葉片1 (葉片1， 根部沖擊式力矩)的葉根上出現(xiàn)的沖擊力矩My在第一模擬Sl中與時(shí)間t的關(guān)系，并以虛 線描繪了在第二模擬S2過程中的關(guān)系。沖擊力矩的單位為kNm，而時(shí)間的單位是秒(sec)。 按照第一種模擬Si，進(jìn)行抵消回旋負(fù)荷的葉片角調(diào)整，反之，按第二種模擬S2不進(jìn)行回旋 負(fù)荷的抵消(沒有修正)。轉(zhuǎn)子軸線6朝向風(fēng)向14，因此沒有出現(xiàn)搖轉(zhuǎn)角偏差δ。借助于虛線示出的大振動(dòng)(模擬2，沒有抵消回旋負(fù)荷)會(huì)損壞風(fēng)力發(fā)電設(shè)備并因 此是不允許的。按照實(shí)線(模擬Si，帶有被激活的回旋負(fù)荷抵消)，沖擊力矩僅遭受和沒有 搖轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行過程中出現(xiàn)的波動(dòng)一樣的波動(dòng)，因此可以不改變轉(zhuǎn)子葉片或風(fēng)力發(fā)電設(shè)備 的傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)快速搖轉(zhuǎn)過程。按照一種簡化的模型構(gòu)造，回旋負(fù)荷的抵消關(guān) 于沖擊力矩如虛擬的鉸鏈(虛擬鉸鏈)一樣起作用，然而這僅理解為示例。由圖9可見一坐標(biāo)系統(tǒng)，在該坐標(biāo)系統(tǒng)中以實(shí)線描繪了在第一轉(zhuǎn)子葉片1的葉根 上出現(xiàn)的沖擊力矩My在第三模擬S3中與時(shí)間t的關(guān)系，并以虛線描繪了在第四模擬S4過 程中的關(guān)系。按照第三種模擬S3，進(jìn)行抵消回旋負(fù)荷的葉片角調(diào)整，反之，按第四種模擬S4 中斷回旋負(fù)荷的抵消。按照圖8，風(fēng)向14是不變的，因此搖轉(zhuǎn)角偏差δ上升到最大值。轉(zhuǎn)子5按圖6搖轉(zhuǎn)，其中風(fēng)向保存恒定。在這種情況下，搖轉(zhuǎn)角偏差δ等于搖轉(zhuǎn) 角Γ，這表示不完美的風(fēng)向追蹤的臨界情形。通過虛線示出的大的振動(dòng)(模擬4，沒有回旋 負(fù)荷抵消)是不允許的。在回旋負(fù)荷抵消被激活的情況下約60s時(shí)可見的沖擊力矩My的振動(dòng)部分(模擬 S3，實(shí)線)由不斷增大的搖轉(zhuǎn)角偏差引起，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備以該搖轉(zhuǎn)角偏差運(yùn)行。該搖轉(zhuǎn)角偏 差在快速搖轉(zhuǎn)過程結(jié)束之后60秒時(shí)最大。為減小這種振動(dòng)部分，可以使用用于減小通過搖 轉(zhuǎn)角偏差引起的葉片負(fù)荷的單獨(dú)的葉片角控制邏輯電路。這種搖轉(zhuǎn)角控制邏輯電路對于現(xiàn) 有技術(shù)中不搖轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子是已知的。用于抵消回旋負(fù)荷的、按本發(fā)明的搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)優(yōu)選也可 以與用于單獨(dú)或共同的葉片角控制的其它已知的葉片角控制策略一起使用。附圖標(biāo)記清單1轉(zhuǎn)子葉片2轉(zhuǎn)子葉片3轉(zhuǎn)子葉片4轉(zhuǎn)子輪轂5 轉(zhuǎn)子6轉(zhuǎn)子軸線7船形框架/機(jī)械支架
8搖轉(zhuǎn)軸線
9塔
10風(fēng)力發(fā)電設(shè)備
U葉片軸線
12葉片軸線
13葉片軸線
14風(fēng)向
15直線
16控制裝置
17葉片角傳感器
18葉片角傳感器
19葉片角傳感器
20葉片角調(diào)節(jié)裝置
21葉片角調(diào)節(jié)裝置
22葉片角調(diào)節(jié)裝置
23搖轉(zhuǎn)角傳感器
24搖轉(zhuǎn)角速度傳感器
25搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)裝置
26旋轉(zhuǎn)角傳感器
27旋轉(zhuǎn)角速度傳感器
28風(fēng)速傳感器
29風(fēng)向傳感器
30葉片角控制單元
31搖轉(zhuǎn)角控制單元
32主控制單元
33水平面
34搖轉(zhuǎn)軸承
35發(fā)電機(jī)
36轉(zhuǎn)軸
37電網(wǎng)
38風(fēng)向的水平分量
39轉(zhuǎn)子的水平分量
40負(fù)荷曲線
41能量曲線
權(quán)利要求
1.一種用于控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備帶有一通過風(fēng)驅(qū)動(dòng)的、并且繞 水平或基本上水平定向的轉(zhuǎn)子軸線(6)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子(5)，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2， 3)，所述轉(zhuǎn)子葉片分別沿橫向或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的葉片軸線(11，12，13)方向 延伸，各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)圍繞所述各葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述轉(zhuǎn)子(5)繞垂直或基本 上垂直定向的搖轉(zhuǎn)軸線⑶以搖轉(zhuǎn)角速度(Y)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)的回 旋負(fù)荷，其特征在于，通過所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)根據(jù)所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)或影響所述搖 轉(zhuǎn)角速度的指令參數(shù)(Yc)繞其葉片軸線(11，12，13)的轉(zhuǎn)動(dòng)，減小所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3) 的回旋負(fù)荷。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述指令參數(shù)(Yc)控制和調(diào)節(jié)所述搖 轉(zhuǎn)角速度(Y)0
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)額外地根據(jù)一旋 轉(zhuǎn)角(β ，β2，β3)繞其葉片軸線(11，12，13)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述旋轉(zhuǎn)角是各個(gè)葉片軸 線(11，12，13)與垂直或基本上垂直定向的直線(15)之間的夾角。
4.如前列各項(xiàng)權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)額外地 根據(jù)由風(fēng)向所述轉(zhuǎn)子(5)傳遞的功率繞其葉片軸線(11，12，13)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.如前列各項(xiàng)權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，測量或基于測量所述轉(zhuǎn)子(5) 繞所述搖轉(zhuǎn)軸線(8)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)確定所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)。
6.如前列各項(xiàng)權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，分別通過一葉片角(Θ1，θ2， θ 3)描述所述葉片轉(zhuǎn)子(1，2，3)繞其葉片軸線(11，12，13)的扭轉(zhuǎn)，為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1， 2,3)確定一與所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)或與所述指令參數(shù)(Yc)有關(guān)的額定葉片角(Θ lc， 0 2c, θ 3c)，根據(jù)所述各自的額定葉片角(0 1c，0 2c, 9 3c)控制或調(diào)節(jié)各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1， 2,3)的所述葉片角(Θ 1，θ 2，θ 3)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，各個(gè)額定葉片角(Θlc，0 2c, 9 3c)與所述 搖轉(zhuǎn)角速度(Y)或所述指令參數(shù)(Yc)線性相關(guān)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，各個(gè)額定葉片角(01c，02c,e3c)通 過多個(gè)相加數(shù)的和形成，其中，一個(gè)相加數(shù)與所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)或所述指令參數(shù)(YC) 有關(guān)。
9.如權(quán)利要求4和8所述的方法，其特征在于，另一相加數(shù)(θncp)與功率有關(guān)。
10.如權(quán)利要求3和8或9所述的方法，其特征在于，與所述搖轉(zhuǎn)角速度(γ)或所述指 令參數(shù)(Yc)有關(guān)的相加數(shù)隨各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角周期性地改變。
11.如權(quán)利要求3或10所述的方法，其特征在于，各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)根據(jù)一個(gè)角的 正弦或余弦繞其葉片軸線(11，12，13)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述角等于各旋轉(zhuǎn)角或等于各旋轉(zhuǎn)角和各個(gè) 轉(zhuǎn)子葉片的相位差之和。
12.—種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，帶有一可通過風(fēng)驅(qū)動(dòng)并且繞水平或基本上水平定向的轉(zhuǎn)子軸線(6)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子(5)，該轉(zhuǎn) 子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)，所述轉(zhuǎn)子葉片分別在橫向于或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線(6) 延伸的葉片軸線(11，12，13)的方向延伸，一搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(25)，借助于該驅(qū)動(dòng)器可使所述轉(zhuǎn)子(5)繞垂直或基本上垂直定 向的搖轉(zhuǎn)軸線(8)以搖轉(zhuǎn)角速度(Y)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，通過所述轉(zhuǎn)子(5)繞所述搖轉(zhuǎn)軸線(8)的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)的回旋負(fù)荷，一些葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(20，21，22)，借助于該些驅(qū)動(dòng)器可使所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)繞 其葉片軸線(11，12，13)轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于，具有一個(gè)包括所述搖轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(25)和所 述葉片角調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器(20，21，22)的控制裝置(16)，借助于該控制裝置可通過使所述轉(zhuǎn)子 葉片(1，2，3)與所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)或影響所述搖轉(zhuǎn)角速度的指令參數(shù)(Yc)相關(guān)地繞 其葉片軸線(11，12，13)的轉(zhuǎn)動(dòng)減小所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)的回旋負(fù)荷。
13.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，借助于所述控制裝置(16)可根 據(jù)所述指令參數(shù)(Yc)控制或調(diào)節(jié)所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，借助于所述控制裝置(16) 可使各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)額外地根據(jù)旋轉(zhuǎn)角(β ，β 2，β 3)繞其葉片軸線(11，12，13) 轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述旋轉(zhuǎn)角是各葉片軸線(11，12，13)與垂直或基本上垂直定向的直線(15)之 間形成的夾角，其中，所述控制裝置(16)包括一旋轉(zhuǎn)角檢測裝置(26)，借助于該旋轉(zhuǎn)角檢 測裝置可為至少一個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)檢測所述旋轉(zhuǎn)角(β ，β2，β3)。
15.如權(quán)利要求12至14之一所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置(16)包 括一功率檢測裝置(28，32)，借助于該功率檢測裝置可確定由風(fēng)向所述轉(zhuǎn)子(5)傳遞的功 率，其中，借助于所述控制裝置(16)，所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)可額外地根據(jù)所述功率繞其葉 片軸線(11，12，13)轉(zhuǎn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求12至15之一所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置(16) 包括一搖轉(zhuǎn)速率檢測裝置(24)，借助于該搖轉(zhuǎn)速率檢測裝置可檢測或確定所述搖轉(zhuǎn)角速度 (Y)0
17.如權(quán)利要求12至16之一所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，可分別通過一葉片角 (Θ 1，θ 2，θ 3)描述所述葉片轉(zhuǎn)子(1，2，3)繞其葉片軸線(11，12，13)的扭轉(zhuǎn)，借助于所述 控制裝置(16)可為每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)確定一與所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)或與所述指令參 數(shù)(Yc)有關(guān)的額定葉片角(θ lc，0 2c, θ 3c)，可借助于所述控制裝置(16)根據(jù)所述各自 的額定葉片角(θ lc，θ 2c, θ 3c)控制或調(diào)節(jié)各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)的所述葉片角(θ 1， θ 2， θ 3)。
18.如權(quán)利要求14和17所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，各個(gè)額定葉片角(01c， 0 2c, 9 3c)通過多個(gè)相加數(shù)的和形成，其中，一個(gè)相加數(shù)與所述搖轉(zhuǎn)角速度(Y)或所述指 令參數(shù)(Yc)有關(guān)并且隨各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)角周期性地改變。
19.如權(quán)利要求15和18所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，另一相加數(shù)(θncp)與功率有關(guān)。
20.如權(quán)利要求18或19所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，與所述搖轉(zhuǎn)角速度(γ)或 所述指令參數(shù)(Yc)有關(guān)的相加數(shù)隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化。
21.如權(quán)利要求14或權(quán)利要求18至20之一所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，各個(gè)轉(zhuǎn) 子葉片(1，2，3)根據(jù)一個(gè)角的正弦或余弦繞其葉片軸線(11，12，13)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述角等于各自 的旋轉(zhuǎn)角或等于各自的旋轉(zhuǎn)角和各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的相位差之和。
22.如權(quán)利要求12至21之一所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其特征在于，具有一塔(9)，一可繞所述搖轉(zhuǎn)軸線(8)轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在所述塔(9)上的機(jī)械支架(7)，一可繞所述轉(zhuǎn)子軸線(6)轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在所述機(jī)械支架(7)上的轉(zhuǎn)軸(36)，該轉(zhuǎn)軸與所 述轉(zhuǎn)子(5)的輪轂(4)抗扭地連接，所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)可繞其葉片軸線(11，12，13)轉(zhuǎn) 動(dòng)地支承在所述輪轂上，一固定在所述機(jī)械支架(7)上的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)可與所述轉(zhuǎn)軸(36)耦連并且可由所 述轉(zhuǎn)子(5)驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
一種用于控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備帶有一通過風(fēng)驅(qū)動(dòng)的、并且繞水平或基本上水平定向的轉(zhuǎn)子軸線(6)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子(5)，該轉(zhuǎn)子包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)，所述轉(zhuǎn)子葉片分別沿橫向于或基本上橫向于轉(zhuǎn)子軸線延伸的葉片軸線(11，12，13)方向延伸，各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)圍繞所述各葉片軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，所述轉(zhuǎn)子(5)繞垂直或基本上垂直定向的搖轉(zhuǎn)軸線(8)以搖轉(zhuǎn)角速度(γ)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)的回旋負(fù)荷，并且其中，通過所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)根據(jù)所述搖轉(zhuǎn)角速度(γ)或與影響所述搖轉(zhuǎn)角速度的指令參數(shù)(γc)繞其葉片軸線(11，12，13)的轉(zhuǎn)動(dòng)，減小所述轉(zhuǎn)子葉片(1，2，3)的回旋負(fù)荷。
文檔編號F03D7/04GK101994650SQ20101025602
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者法比奧·伯托洛蒂 申請人:Ssb風(fēng)系統(tǒng)兩合公司