DE102013100703B4

DE102013100703B4 - System und Verfahren zur Bestimmung von Anstellwinkeln für eine Windkraftanlage während Spitzenlastminderung

Info

Publication number: DE102013100703B4
Application number: DE102013100703.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Franklin Perley; Bruce C. Busbey; Brandon S. Gerber
Original assignee: General Electric Renovables Espana SL
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL Es
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2025-11-20
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: DE102013100703A1; DK201370037A; US20130193686A1; CN203297036U

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Anstellwinkeln für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage während einer Spitzenlastminderung, wobei das Verfahren aufweist:Empfangen eines Signals mit einer Steuereinrichtung, das mit einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage im Zusammenhang steht, wobei das Empfangen eines Signals mit einer Steuereinrichtung, das mit einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage im Zusammenhang steht, ein Empfangen eines Signals von einem Sensor aufweist, der mit einer Ausgangsleistung der Windkraftanlage oder der mit einer auf die Windkraftanlage einwirkenden Last im Zusammenhang steht; undBestimmen eines Sollanstellwinkels für das wenigstens eine Rotorblatt auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter,wobei die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion modelliert wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der vorliegende Gegenstand betrifft allgemein Windkraftanlagen und insbesondere ein System und Verfahren zur Bestimmung der Anstellwinkel für Rotorblätter von Windkraftanlagen während Spitzenlastminderung, um bei gleichzeitiger Minimierung von Leistungsverlusten Lasten zu reduzieren.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Windenergie wird als eine der reinsten, umweltfreundlichsten Energiequellen, die derzeit zur Verfügung stehen, angesehen, und Windkraftanlagen haben in dieser Hinsicht zunehmend Beachtung gewonnen. Eine moderne Windkraftanlage enthält gewöhnlich einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter sind die wichtigsten Elemente zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie. Die Blätter weisen gewöhnlich das Querschnittsprofil einer Tragfläche auf, so dass während des Betriebs Luft über das Blatt strömt und dabei eine Druckdifferenz zwischen den Seiten erzeugt. Folglich wirkt eine Auftriebskraft, die von der Druckseite zu der Saugseite hin gerichtet ist, auf das Blatt ein. Die Auftriebskraft erzeugt ein Drehmoment an der Hauptrotorwelle, das über ein Getriebe zu einem Generator zur Erzeugung von Elektrizität übertragen wird.
Bei Windgeschwindigkeiten unterhalb der Nennwindgeschwindigkeit einer Windkraftanlage (d.h. der Windgeschwindigkeit, bei der eine Windkraftanlage ihre Nennleistung erreichen kann) wird der Anstellwinkel der Rotorblätter gewöhnlich in der Leistungsposition gehalten, um die maximale Energiemenge aus dem Wind einzufangen. Bei Windgeschwindigkeiten, die die Nennwindgeschwindigkeit erreichen oder überschreiten, muss der Anstellwinkel jedoch in Richtung auf die Segelstellung verstellt werden, um die Leistungsabgabe der Windkraftanlage bei ihrer Nennleistung aufrechtzuerhalten, wodurch verhindert wird, dass Komponenten der Windkraftanlage, wie beispielsweise elektrische Komponenten, beschädigt werden. Somit steigen die aerodynamischen Lasten, die auf die Rotorblätter einwirken, kontinuierlich bei steigenden Windgeschwindigkeiten, während der Anstellwinkel der Rotorblätter bei der Leistungsposition aufrechterhalten wird (d.h. bis die Nennwindgeschwindigkeit erreicht wird), und sie beginnen anschließend abzunehmen, wenn der Anstellwinkel bei Windgeschwindigkeiten oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit zu der Segelstellung hin verstellt wird. Eine derartige Steuerung der Windkraftanlage ruft gewöhnlich eine Spitzenlast der aerodynamischen Belastung einer Windkraftanlage bei ihrer Nennwindgeschwindigkeit hervor. Zum Beispiel veranschaulicht 1 eine grafische Darstellung einer Windgeschwindigkeit (x-Achse) im Verhältnis zu Lasten (y-Achse) für eine typische Windkraftanlage. Wie veranschaulicht, nehmen aerodynamische Lasten an der Windkraftanlage bis zu einer Spitzenlast 10 bei der Nennwindgeschwindigkeit (wie durch die Linie 12 angezeigt) zu, und sie verringern sich anschließend, wenn die Rotorblätter zu der Segelstellung hin verstellt werden, um die Nennleistung der Windkraftanlage aufrechtzuerhalten.
Um die Bildung einer derartigen Lastspitze 10 zu verhindern, sind Steuerverfahren zur Spitzenlastminderung bzw. -glättung (sog. Peak Shaving) bekannt, die verwendet werden können, um die Lasten an einer Windkraftanlage bei oder in der Nähe der Nennwindgeschwindigkeit zu reduzieren. Insbesondere beginnen diese Steuerverfahren gewöhnlich, den Anstellwinkel der Rotorblätter zu irgendeinem Zeitpunkt vor der Nennwindgeschwindigkeit anzupassen. Indem zum Beispiel, wie in 1 veranschaulicht, der Anstellwinkel der Rotorblätter in Richtung auf die Segelstellung verstellt wird, bevor die Nennwindgeschwindigkeit (Linie 12) erreicht wird, können die auf das Rotorblatt bei oder in der Nähe der Nennwindgeschwindigkeit einwirkenden Belastungen reduziert werden. Insbesondere kann der Einsatz eines Steuerverfahrens zur Spitzenlastminderung, wie in 1 veranschaulicht, einen Spitzenlastminderungsbereich 14 innerhalb der Grafik erzeugen, bei dem Lasten in einem Bereich von Windgeschwindigkeitswerten reduziert werden. Jedoch hat ein derartiges Steuerverfahren auch eine Reduktion der Gesamteffizienz der Windkraftanlage zur Folge, da die Leistungserzeugung bei oder in der Nähe der Nennwindgeschwindigkeit geopfert wird (d.h. durch vorzeitige Anstellwinkelverstellung der Rotorblätter), um Windlasten zu reduzieren.
Herkömmliche Steuerverfahren zur Spitzenlastminderung, wie beispielsweise das in 1 veranschaulichte, beruhen auf einer linearen Beziehung zwischen der Leistungsabgabe und dem Anstellwinkel, um Anstellwinkeleinstellungen innerhalb des Spitzenlastminderungsbereiches 14 vorzunehmen. Zum Beispiel sind viele Spitzenlastminderungs-Steuerverfahren ausgelegt, um Anstellwinkeleinstellungen unter Verwendung der Gleichung y = Ax + B vorzunehmen, worin y dem Anstellwinkel der Rotorblätter entspricht, x der Ausgangsleistung der Windkraftanlage entspricht und A und B vorbestimmten Konstanten entsprechen. Während derartige lineare Spitzenlastminderungs-Steuerverfahren zur Reduktion der Lasten bei oder in der Nähe der Nennwindgeschwindigkeit nützlich sind, führen sie auch zu beträchtlichen Leistungsverlusten innerhalb des Spitzenlastminderungsbereiches 14. Insbesondere ist die Änderungsgeschwindigkeit, mit der die auf die Windkraftanlage einwirkenden Lasten innerhalb des Lastminderungsbereiches 14 angepasst werden, relativ langsam, was in der Grafik durch den abgerundeten, gekrümmten Abschnitt 16 innerhalb des Spitzenlastminderungsbereiches 14 gekennzeichnet ist. Diese langsame Änderungsgeschwindigkeit hat beträchtliche Leistungsverluste zur Folge, da es länger dauert, bis die Windkraftanlage ihre Nennleistung erreicht, wenn der Anstellwinkel während einer Spitzenlastminderung verstellt wird.
Demgemäß würde ein verbessertes System und/oder Steuerverfahren zur Spitzenlastminderung, das für eine hinreichende Lastminderung sorgt, während es Leistungsverluste minimiert, in der Technik begrüßt werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes System und/oder Steuerverfahren zur Spitzenlastminderung, das für eine hinreichende Lastminderung sorgt, während es Leistungsverluste minimiert, bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind zum Teil in der folgenden Beschreibung angegeben oder können aus der Beschreibung offenkundig sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
In einem Aspekt offenbart der vorliegende Gegenstand ein Verfahren zur Bestimmung von Anstellwinkeln für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage während einer Spitzenlastminderung. Das Verfahren kann allgemein ein Empfang eines Signals mit einer Steuereinrichtung, das mit einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage im Zusammenhang steht, und Bestimmen eines Sollanstellwinkels für das wenigstens eine Rotorblatt auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter enthalten, wobei die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion modelliert ist.
In einem weiteren Aspekt offenbart der vorliegende Gegenstand ein System zur Bestimmung von Anstellwinkeln für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage während einer Spitzenlastminderung. Das System kann allgemein einen Sensor, der eingerichtet ist, um einen Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage zu überwachen, und eine Steuereinrichtung enthalten, die mit dem Sensor in Kommunikationsverbindung steht. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um einen Sollanstellwinkel für das wenigstens eine Rotorblatt auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter zu bestimmen, wobei die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion modelliert ist.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden. Die begleitenden Zeichnungen, die in dieser Offenbarung enthalten sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, die sich an einen Fachmann auf dem Gebiet richtet, ist in der Beschreibung angegeben, die auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt, in denen zeigen:

1 eine Ausführungsform einer grafischen Darstellung der Windgeschwindigkeit (x-Achse) im Vergleich zu Lasten (y-Achse) für eine typische Windkraftanlage insbesondere unter Veranschaulichung des Einsatzes eines herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahrens zur Reduktion von Lasten an der Windkraftanlage;
2 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Windkraftanlage;
3 eine perspektivische interne Ansicht einer Ausführungsform einer Gondel einer Windkraftanlage;
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Turbinensteuerung einer Windkraftanlage;
5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung von Anstellwinkeln für eine Windkraftanlage während einer Spitzenlastminderung;
6 eine Ausführungsform einer grafischen Darstellung der Windgeschwindigkeit (x-Achse) im Vergleich zu Lasten (y-Achse) für eine typische Windkraftanlage insbesondere unter Veranschaulichung des Einsatzes sowohl eines herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahrens als auch des offenbarten Spitzenlastminderungsverfahrens; und
7 eine Ausführungsform einer grafischen Darstellung der Windgeschwindigkeit (x-Achse) im Vergleich zu der Ausgangsleistung (y-Achse) für eine typische Windkraftanlage insbesondere unter Veranschaulichung des Einsatzes sowohl eines herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahrens als auch des offenbarten Spitzenlastminderungsverfahrens.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von dem Rahmen oder Umfang der Erfindung abgewichen wird. Zum Beispiel können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen mit umfasst, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
Allgemein ist der vorliegende Gegenstand auf ein System und Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage gerichtet, um Lasten zu reduzieren und dabei Leistungsverluste zu minimieren. Insbesondere offenbart der vorliegende Gegenstand ein Steuerverfahren zur Spitzenlastminderung, das für reduzierte Lasten bei oder in der Nähe der Nennwindgeschwindigkeit einer Windkraftanlage sorgt, während es geringere Leistungsverluste als diejenigen gemäß einem herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahrens zeigt. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen die Beziehung zwischen dem Anstellwinkel für die Rotorblätter und einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage (z.B. Ausgangsleistung, Lasten und/oder dergleichen) als eine nichtlineare Funktion, wie beispielsweise eine Polynomfunktion zweiten oder höheren Grades, moduliert sein. Es ist durch die vorliegenden Erfinder festgestellt worden, dass die Verwendung einer derartigen nichtlinearen Beziehung zur Bestimmung der Sollanstellwinkel während einer Spitzenlastminderung die gleiche oder eine sogar noch bessere Lastreduktion im Vergleich zu linearen Spitzenlastminderungsverfahren ermöglicht, während sie eine wesentlich höhere Leistungsabgabe im Vergleich zu derartigen herkömmlichen Verfahren erzielt.
Indem nun auf 2 Bezug genommen wird, ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Windkraftanlage 20 veranschaulicht. Wie veranschaulicht, enthält die Windkraftanlage 20 allgemein einen Turm 22, der sich von einer Stützfläche aus erstreckt, eine Gondel 26, die an dem Turm 22 montiert ist, und einen Rotor 28, der mit der Gondel 26 gekoppelt ist. Der Rotor 28 enthält eine drehbare Nabe 30 und wenigstens ein Rotorblatt 32, das mit der Nabe 30 gekoppelt ist und sich von dieser aus nach außen erstreckt. Zum Beispiel enthält der Rotor 28 in der veranschaulichten Ausführungsform drei Rotorblätter 32. Jedoch kann der Rotor 28 in einer alternativen Ausführungsform mehr oder weniger als drei Rotorblätter 32 enthalten. Jedes Rotorblatt 32 kann im Abstand rings um die Nabe 30 angeordnet sein, um eine Drehung des Rotors 28 zu unterstützen, um eine Umsetzung kinetischer Energie aus dem Wind in nutzbare mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie zu ermöglichen. Zum Beispiel kann die Nabe 30 mit einem elektrischen Generator 34 (3) drehfest gekoppelt sein, der innerhalb der Gondel 26 positioniert ist, um eine Erzeugung elektrischer Energie zu ermöglichen.
Die Windkraftanlage 10 kann ferner ein Turbinensteuersystem oder eine Turbinensteuereinrichtung 36 enthalten, die in der Gondel 26 zentralisiert vorgesehen ist. Im Allgemeinen kann die Turbinensteuerung 36 einen Computer oder eine andere geeignete Verarbeitungseinheit aufweisen. Somit kann die Turbinensteuereinrichtung 36 in verschiedenen Ausführungsformen geeignete computerlesbare Instruktionen enthalten, die, wenn sie ausgeführt, die Steuereinrichtung 36 konfigurieren, um mehrere verschiedene Funktionen, wie beispielsweise das Empfangen, Übertragen und/oder Ausführen von Windkraftanlagensteuersignalen, durchzuführen. An sich kann die Turbinensteuereinrichtung 36 allgemein konfiguriert sein, um die verschiedenen Betriebsmodi (z.B. Start- oder Abschaltsequenzen) und/oder Komponenten der Windkraftanlage 20 zu steuern. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 36 konfiguriert sein, um die Blattneigung oder den Anstellwinkel jedes Rotorblattes 22 (d.h. einen Winkel, der eine Perspektive des Blattes 22 in Bezug auf die Richtung des Windes bestimmt) um dessen Anstellachse 38 herum zu verstellen, um die Drehgeschwindigkeit des Rotorblattes 32 und/oder die durch die Windkraftanlage 20 erzeugte Ausgangsleistung zu steuern. Zum Beispiel kann die Turbinensteuereinrichtung 36 den Anstellwinkel der Rotorblätter 32 entweder einzeln oder gleichzeitig durch Übertragung geeigneter Steuersignale direkt oder indirekt (z.B. über eine Anstellwinkelsteuerung 40 (3)) zu einer oder mehrerer Blattverstelleinrichtungen 42 (3) der Windkraftanlage 10 steuern. Während eines Betriebs der Windkraftanlage 20 kann die Steuereinrichtung 36 allgemein jede Blattverstelleinrichtung 42 steuern, um den Anstellwinkel jedes Rotorblattes 30 zwischen 0 Grad (d.h. einer Leistungsposition des Rotorblattes 30) und 90 Grad (d.h. einer Segelposition des Rotorblattes 30) zu verändern.
Indem nun auf 3 Bezug genommen wird, ist eine vereinfachte interne Ansicht einer Ausführungsform der Gondel 26 der in 1 gezeigten Windkraftanlage 20 veranschaulicht. Wie gezeigt, kann ein Generator 34 innerhalb der Gondel 26 angeordnet sein. Im Allgemeinen kann der Generator 34 mit dem Rotor 28 gekoppelt sein, um aus der durch den Rotor 28 erzeugten Rotationsenergie elektrische Leistung zu erzeugen. Zum Beispiel kann, wie in der veranschaulichten Ausführungsform veranschaulicht, der Rotor 28 eine Rotorwelle 44 enthalten, die mit der Nabe 30 zur gemeinsamen Drehung mit dieser gekoppelt ist. Die Rotorwelle 44 kann wiederum mit einer Generatorwelle 46 des Generators 34 über ein Getriebe 48 drehfest gekoppelt sein. Wie allgemein verstanden wird, kann die Rotorwelle 44 in Abhängigkeit von einer Drehung der Rotorblätter 32 und der Nabe 30 eine Niedergeschwindigkeitseingabe mit hohem Drehmoment für das Getriebe 48 liefern. Das Getriebe 48 kann konfiguriert sein, um anschließend die Niedergeschwindigkeitseingabe mit hohem Drehmoment in eine Hochgeschwindigkeitsausgabe mit niedrigem Drehmoment umzuwandeln, um die Generatorwelle 46 und somit den Generator 34 anzutreiben.
Zusätzlich kann auch die Turbinensteuereinrichtung 36 innerhalb der Gondel 26 angeordnet sein. Wie allgemein verstanden wird, kann die Turbinensteuereinrichtung 36 mit einer beliebigen Anzahl der Komponenten der Windkraftanlage 20 kommunikationsmäßig verbunden sein, um den Betrieb derartiger Komponenten zu steuern. Zum Beispiel kann die Turbinensteuerung 36, wie vorstehend angegeben, mit jeder Blattverstelleinrichtung 42 der Windkraftanlage 20 (von denen eine veranschaulicht ist) über eine Anstellwinkelsteuereinrichtung 40 kommunikationsmäßig verbunden sein, um eine Verdrehung jedes Rotorblattes 32 um seine Anstellachse 38 zu unterstützen.
Im Allgemeinen kann jede Blattverstelleinrichtung 42 beliebige geeignete Komponenten enthalten und eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen, die der Blattverstelleinrichtung 42 ermöglicht, in der hierin beschriebenen Weise zu funktionieren. Zum Beispiel kann jede Blattverstelleinrichtung 42 in verschiedenen Ausführungsformen einen Blattantriebsmotor 50 (z.B. einen beliebigen geeigneten Elektromotor), ein Blattantriebsgetriebe 52 und ein Blattantriebsritzel 54 enthalten. In derartigen Ausführungsformen kann der Blattantriebsmotor 50 mit dem Blattantriebsgetriebe 52 derart gekoppelt sein, dass der Blattantriebsmotor 50 eine mechanische Kraft dem Blattantriebsgetriebe 52 vermittelt. Ähnlich kann das Blattantriebsgetriebe 52 mit dem Blattantriebsritzel 54 zur gemeinsamen Drehung mit diesem gekoppelt sein. Das Blattantriebsritzel 54 kann wiederum mit einem Blattlager 56 in drehfester Eingriffsverbindung stehen, das zwischen der Nabe 30 und einem zugehörigen Rotorblatt 32 eingekoppelt ist, so dass eine Drehung des Blattantriebsritzels 54 eine Verdrehung des Blattlagers 56 bewirkt. Somit treibt eine Drehung des Blattantriebsmotors 50 in derartigen Ausführungsformen das Blattantriebsgetriebe 52 und das Blattantriebsritzel 54 an, wodurch das Blattlager 56 und das Rotorblatt 32 um die Anstellachse 38 herum verdreht werden.
Es sollte erkannt werden, dass in alternativen Ausführungsformen jede Blattverstelleinrichtung 42 eine beliebige sonstige geeignete Konfiguration aufweisen kann, die eine Verdrehung eines Rotorblattes 32 um seine Anstellachse 28 ermöglicht. Zum Beispiel sind Blattverstelleinrichtungen 42 bekannt, die eine hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Vorrichtung (z.B. einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder) enthalten, die konfiguriert ist, um Drehenergie auf das Blattlager 56 zu übertragen, wodurch das Rotorblatt 32 zur Verdrehung rings um seine Anstellachse 38 veranlasst wird. Somit kann in verschiedenen Ausführungsformen anstatt des vorstehend beschriebenen elektrischen Blattantriebsmotors 50 jede Blattverstelleinrichtung 42 eine hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Vorrichtung enthalten, die einen Fluiddruck nutzt, um Drehmoment auf das Blattlager 56 einzuleiten.
Weiterhin bezugnehmend auf 3 kann die Windkraftanlage 20 ferner mehrere Sensoren 58, 60 zur Überwachung eines oder mehrerer Parameter und/oder Zustände der Windkraftanlage 20 enthalten. Wie hierin verwendet, wird ein Parameter oder Zustand der Windkraftanlage 20 „überwacht“, wenn ein Sensor 58, 60 verwendet wird, um dessen momentanen Wert zu bestimmen. Somit werden der Ausdruck „überwachen“ und dessen Variationen verwendet, um anzuzeigen, dass die Sensoren 58, 60 keinen direkten Messwert des Parameters und/oder Zustands, der überwacht wird, liefern müssen. Zum Beispiel können die Sensoren 58, 60 verwendet werden, um den überwachten Parameter und/oder Zustand betreffende Signale zu erzeugen, die anschließend von der Turbinensteuereinrichtung 36 oder einer anderen geeigneten Vorrichtung dazu genutzt werden können, den aktuellen Parameter und/oder Zustand zu bestimmen.
In verschiedenen Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands kann die Windkraftanlage 20 einen oder mehrere Sensoren 58, 60 enthalten, der bzw. die konfiguriert ist/ sind, um einen Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage 20 zu überwachen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Spitzenlastminderungsparameter“ auf einen beliebigen Betriebsparameter und/oder -zustand einer Windkraftanlage 20, der unmittelbar oder mittelbar mit dem Anstellwinkel eines Rotorblattes in Beziehung stehen kann, so dass das Spitzenlastminderungssteuerverfahren, wie es nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, durchgeführt werden kann. Zum Beispiel kann der Spitzenlastminderungsparameter in verschiedenen Ausführungsformen der Ausgangsleistung der Windkraftanlage 20 entsprechen. Somit kann die Windkraftanlage 20 in derartigen Ausführungsformen einen oder mehrere Ausgangsleistungssensoren 58 enthalten, die konfiguriert sind, um die Leistungsabgabe der Windkraftanlage 20 zu überwachen. Zum Beispiel kann der Ausgangsleistungssensor oder können die Ausgangsleistungssensoren 58 Sensoren aufweisen, die konfiguriert sind, um elektrische Eigenschaften der Ausgabe bzw. Ausgangsleistung des Generators 34 zu überwachen, wie beispielsweise Stromsensoren, Spannungssensoren oder Leistungsüberwachungseinrichtungen, die die Ausgangsleistung direkt auf der Basis von Strom- und Spannungsmesswerten überwachen. Alternativ können die Ausgangsleistungssensoren 58 beliebige sonstige Sensoren aufweisen, die verwendet werden können, um die Leistungsabgabe einer Windkraftanlage 20 zu überwachen. Zum Beispiel können die Ausgangsleistungssensoren 58 in einer Ausführungsform einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen oder Drehmomentsensoren aufweisen, die konfiguriert sind, um eine Überwachung oder Erfassung an der Ausgangswelle des Generators 34 vorzunehmen, was anschließend mit der Ausgangsleistung der Windkraftanlage 20 korreliert werden kann.
In anderen Ausführungsformen kann der Spitzenlastminderungsparameter Lasten entsprechen, die auf die Windkraftanlage 20 einwirken. In derartigen Ausführungsformen kann die Windkraftanlage 20 einen oder mehrere Lastsensoren 60 enthalten, die eingerichtet sind, um die auf und/oder über eine oder mehrere der Komponenten der Windkraftanlage 20 einwirkenden Lasten zu überwachen. Zum Beispiel können die Lastsensoren 60 konfiguriert sein, um unmittelbar oder mittelbar Druck- oder Schubbelastungen auf eine oder mehrere der Komponenten der Windkraftanlage 20 zu messen, indem beispielsweise Druck- bzw. Schubbelastungen an dem Rotor 28 durch Überwachung der Windgeschwindigkeit unter Verwendung eines Anemometers oder irgendeines anderen geeigneten Windgeschwindigkeitssensors überwacht werden. Zusätzlich können die Lastsensoren 60 konfiguriert sein, um die auf und/oder über eine oder mehrere der Komponenten der Windkraftanlage 20 einwirkenden Momente unmittelbar oder mittelbar zu messen (z.B. indem die Biegemomente überwacht werden, die auf den Turm und/oder die Blätter wirken, und/oder indem die auf den Maschinenkopf einwirkenden Nickmomente überwacht werden), wie beispielsweise durch Verwendung von Dehnungsmessstreifen, Beschleunigungsmessern, Positionssensoren, optischen Sensoren und/oder dergleichen, um die Auslenkungen oder Verbiegungen einer oder mehrerer Windkraftanlagenkomponenten, die durch Biegemomente hervorgerufen werden, zu überwachen. Zum Beispiel können ein oder mehrere Lastsensoren 60, wie in 3 veranschaulicht, innerhalb der Rotorblätter 32 und/oder des Turms 14 montiert sein, um beliebige Biegemomente zu überwachen, die auf derartige Komponenten einwirken. Natürlich sollte erkannt werden, dass die Lastsensoren 60 beliebige sonstige geeignete Sensoren aufweisen können, die konfiguriert sind, um beliebige sonstige Lasten zu überwachen, die auf die Windkraftanlage 20 einwirken.
Es sollte ferner erkannt werden, dass in alternativen Ausführungsformen der Spitzenlastminderungsparameter einen beliebigen sonstigen geeigneten Betriebsparameter und/ oder -zustand einer Windkraftanlage 20 aufweisen kann, der mit dem zur Spitzenlastminderung erforderlichen Sollanstellwinkel unmittelbar oder mittelbar in Beziehung steht. In derartigen Ausführungsformen kann die Windkraftanlage 20 beliebige geeignete Sensoren enthalten, die eine Überwachung eines derartigen Spitzenlastminderungsparameters ermöglichen. Außerdem sollte erkannt werden, dass der Spitzenlastminderungsparameter eine Kombination von Betriebsparametern und/oder -zuständen einer Windkraftanlage 20, wie beispielsweise eine Kombination aus Ausgangsleistung und Lasten, aufweisen kann.
Indem nun auf 4 Bezug genommen wird, ist dort ein Blockdiagramm einer Ausführungsform von geeigneten Komponenten veranschaulicht, die innerhalb der Turbinensteuereinrichtung 36 (oder der Blattverstell- bzw. Anstellwinkelsteuereinrichtung 40) gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstands enthalten sein können. Wie veranschaulicht, kann die Turbinensteuereinrichtung 36 eine(n) oder mehrere Prozessor(en) 62 und zugehörige Speichervorrichtung(en) 64 enthalten, die konfiguriert sind, um vielfältige computerimplementierte Funktionen durchzuführen (wie z.B. die Durchführung der Verfahren, Schritte, Berechnungen und dergleichen, wie sie hierin offenbart sind). Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Prozessor“ nicht nur auf integrierte Schaltungen, die in der Technik als in einem Computer enthaltend bezeichnet werden, sondern bezieht sich auch auf einen Controller, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine programmierbare Logiksteuerung (PLC), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung und andere programmierbare Schaltkreise. Außerdem kann (können) die Speichervorrichtung(en) 64 ein oder mehrere Speicherelement(e) aufweisen, zu dem/denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, ein computerlesbares Medium (z.B. Direktzugriffsspeicher (RAM)), computerlesbares nichtflüchtiges Medium (z.B. ein Flash-Speicher), eine Magnetdiskette, ein Kompaktdisk-Nurlesespeicher (DC-ROM), eine magnetooptische Scheibe (MOD), eine DVD (Digital Versatile Disc) und/oder andere geeignete Speicherelemente gehören. Eine derartige Speichervorrichtung bzw. derartige Speichervorrichtungen 64 kann/können allgemein konfiguriert sein, um geeignete computerlesbare Instruktionen zu speichern, die, wenn sie durch den (die) Prozessor(en) 62 ausgeführt werden, die Turbinensteuereinrichtung 36 konfigurieren, um verschiedene Funktionen durchzuführen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, direktes oder indirektes (über die Anstellwinkelsteuerung 40 bewirktes) Übertragen geeigneter Steuersignale zu einer oder mehrerer der Blattverstelleinrichtungen 42, Überwachen des (der) Spitzenlastminderungsparameter(s) der Windkraftanlage 20, Bestimmen der Sollanstellwinkel für die Rotorblätter 32 basierend auf dem (den) Spitzenlastminderungsparameter(n) und verschiedene weitere geeignete computerimplementierte Funktionen.
Zusätzlich kann die Turbinensteuereinrichtung 36 auch ein Kommunikationsmodul 66 enthalten, um Kommunikationen zwischen der Steuereinrichtung 36 und den verschiedenen Komponenten der Windkraftanlage 10 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann das Kommunikationsmodul 66 als eine Schnittstelle dienen, um der Turbinensteuereinrichtung 36 zu ermöglichen, Steuersignale zu jeder Blattverstelleinrichtung 42 zur Steuerung des Anstellwinkels der Rotorblätter 32 zu übertragen. Außerdem kann das Kommunikationsmodul 66 eine Sensorschnittstelle 68 (z.B. einen oder mehrere Analog/Digital-Wandler) enthalten, um zu ermöglichen, dass von den Sensoren 58, 60 übertragene Signale in Signale umgewandelt werden, die durch die Prozessoren 62 verstanden und verarbeitet werden können.
Indem nun auf 5 Bezug genommen wird, ist dort eine Ausführungsform eines Verfahrens 100 zur Bestimmung des Anstellwinkels für ein Rotorblatt 32 während einer Spitzenlastminderung bzw. -glättung (Peak Shaving) veranschaulicht. Wie veranschaulicht, enthält das Verfahren 100 allgemein ein Empfangen eines Signals, das mit einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage 102 im Zusammenhang steht, mit einer Steuereinrichtung und Bestimmen eines Sollanstellwinkels für wenigstens ein Rotorblatt der Windkraftanlage auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter, wobei die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion 104 modelliert ist.
Insbesondere kann in 102 ein Signal empfangen werden, das mit einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage 20 verbunden ist bzw. im Zusammenhang steht. Zum Beispiel kann die Turbinensteuereinrichtung 36, wie vorstehend beschrieben, mit einem oder mehreren Sensoren 58, 60 kommunikationsmäßig verbunden sein, die konfiguriert sind, um einen Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage 20, wie beispielsweise die Ausgangsleistung der Windkraftanlage 20 und/oder die auf die Windkraftanlage 20 einwirkenden Lasten, zu überwachen. Somit kann die Turbinensteuereinrichtung 36 konfiguriert sein, um von derartigen Sensoren 58, 60 Signale zu empfangen, die dem Spitzenlastparameter zugeordnet sind. Alternativ kann die Turbinensteuereinrichtung 36 mit geeigneten computerlesbaren Instruktionen versehen sein, die, wenn sie durch ihre(n) Prozessor(en) 62 umgesetzt werden, die Turbinensteuereinrichtung 36 konfigurieren, um einen oder mehrere der Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage 20 auf der Basis von Informationen, die in ihrem Speicher 64 gespeichert sind, und/oder auf der Basis anderer Eingaben, die von der Turbinensteuereinrichtung 36 empfangen werden, zu berechnen und/oder abzuschätzen.
Außerdem kann, wie in 5 veranschaulicht, in 104 ein Sollanstellwinkel für eines oder mehrere der Rotorblätter 32 (d.h. der Anstellwinkel, auf den ein Rotorblatt innerhalb des Spitzenlastminderungsbereiches 14 (1) eingestellt wird) auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter bestimmt werden. Wie oben angegeben, beruhen herkömmliche Spitzenlastminderungsverfahren auf einer linearen Beziehung zwischen dem Anstellwinkel und der Ausgangsleistung, um Anstellwinkelverstellungen während der Spitzenlastminderung innerhalb des Spitzenlastminderungsbereiches 14 vorzunehmen. Jedoch ist festgestellt worden, dass eine derartige lineare Spitzenlastminderung zu hohe Leistungsverluste zur Folge hat. Im Lichte dessen haben die Erfinder des vorliegenden Gegenstands festgestellt, dass Leistungsverluste, die aus der Verwendung der Spitzenlastminderungssteuerverfahren herrühren, reduziert werden können, indem die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion, wie beispielsweise eine Polynomfunktion zweiten oder höheren Grades, modelliert wird.
Zum Beispiel kann die Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter in verschiedenen Ausführungsformen als eine Polynomfunktion zweiter Ordnung modelliert sein. Insbesondere kann die Beziehung in einer Ausführungsform unter Verwendung der folgenden quadratischen Gleichung modelliert sein: $y = {Ax}^{2} + Bx + C,$ worin y dem Sollanstellwinkel entspricht, x dem Spitzenlastminderungsparameter entspricht und A, B und C vorbestimmten Konstanten entsprechen. Jedoch kann in einer anderen Ausführungsform eine beliebige sonstige geeigneten Polynomfunktion zweiten Grades verwendet werden, um den Spitzenlastminderungsparameter mit dem Sollanstellwinkel in Beziehung zu setzen.
In ähnlicher Weise kann die Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter in verschiedenen Ausführungsformen als eine Polynomfunktion dritten Grades modelliert sein. Zum Beispiel kann die Beziehung unter Verwendung der folgenden kubischen Gleichung modelliert sein: $y = {Ax}^{3} + {Bx}^{2} + Cx + D,$ worin y dem Sollanstellwinkel entspricht, x dem Spitzenlastminderungsparameter entspricht und A, B, C und D vorbestimmten Konstanten entsprechen. Jedoch kann in einer alternativen Ausführungsform eine beliebige sonstige geeignete Polynomfunktion dritten Grades verwendet werden, um den Spitzenlastminderungsparameter mit dem Sollanstellwinkel in Beziehung zu setzen.
Es sollte erkannt werden, dass in weiteren Ausführungsformen die Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter als eine Polynomfunktion vierten Grades, fünften Grades oder eines höheren Grades oder als eine beliebige sonstige geeignete nichtlineare Funktion modelliert sein kann.
Es sollte ferner erkannt werden, dass die vorbestimmten Konstanten, die bei den vorstehend beschriebenen Polynomfunktionen verwendet werden, im Allgemeinen von einer Windkraftanlage 20 zur anderen Windkraftanlage 20 abhängig von zahlreichen Faktoren variieren können, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, die Größe oder Konfiguration einer Windkraftanlage 20, die Betriebsbedingungen einer Windkraftanlage 20 und/oder verschiedene weitere konstruktive Gesichtspunkte für eine Windkraftanlage 20 gehören. Somit können die vorbestimmten Konstanten in verschiedenen Ausführungsformen von Fall zu Fall für jede bestimmte Windkraftanlage 20 unter Verwendung eines beliebigen geeigneten in der Technik bekannten Verfahrens bestimmt werden, indem beispielsweise die vorbestimmten Konstanten für eine bestimmte Windkraftanlage 20 experimentell, mathematisch und/ oder unter Verwendung einer beliebigen sonstigen geeigneten Konstruktionsmethodik bestimmt werden. Jedoch soll beachtet werden, dass die vorbestimmten Konstanten allgemein derart ausgewählt werden können, dass die auf die Windkraftanlage 20 innerhalb des Spitzenlastminderungsbereiches 14 (1) einwirkenden Lasten reduziert werden, während gleichzeitig die Leistungsabgabe der Windkraftanlage 20 maximiert wird. Zum Beispiel können die Konstanten durch eine Kurvenanpassung einer Linie durch einen gewünschten Anstellwinkel im Vergleich zu einer Spitzenlastminderungsparameterkurve definiert werden, die durch eine Systemsimulation der Windkraftanlage 20 erzeugt werden kann.
Indem nun auf die 6 und 7 Bezug genommen wird, werden grafische Darstellungen zum Vergleich des herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahrens mit dem offenbarten Spitzenlastminderungsverfahren 100 geliefert. Insbesondere veranschaulicht 6 eine Grafik mit Windgeschwindigkeiten (x-Achse) im Vergleich zu Lasten (y-Achse), wenn kein Spitzenlastminderungsverfahren verwendet wird (wie durch die Linie 110 angezeigt), wenn ein lineares Spitzenlastminderungsverfahren verwendet wird (wie durch die Linie 112 angezeigt) und wenn das offenbarte Spitzenlastminderungsverfahren 100 verwendet wird (wie durch die Linie 114 angezeigt). Ähnlich veranschaulicht 7 eine Grafik mit Windgeschwindigkeiten (x-Achse) im Vergleich zur Ausgangsleistung (y-Achse), wenn kein Spitzenlastminderungsverfahren verwendet wird (wie durch die Linie 110 angezeigt), wenn ein lineares Spitzenlastminderungsverfahren verwendet wird (wie durch die Linie 112 angezeigt) und wenn das offenbarte Spitzenlastminderungsverfahren 100 verwendet wird (wie durch die Linie 114 angezeigt). Es sollte erkannt werden, dass die Daten für die Linien 114 in den 6 und 7 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen quadratischen Gleichung zur Modellierung der Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter aufgezeichnet sind. Wie oben angegeben, braucht das offenbarte Verfahren 100 jedoch nicht auf eine quadratische Funktion beschränkt zu sein, sondern kann allgemein jede beliebige Funktion zweiter oder höherer Ordnung verwenden, um den Spitzenlastminderungsparameter für die Zwecke der Vorname einer Spitzenlastminderung oder -glättung mit dem Sollanstellwinkel in Beziehung zu setzen.
Wie in 6 veranschaulicht, kann bei Verwendung einer beliebigen Methodik mit der Verstellung der Rotorblätter 32 bereits vor der Nennwindgeschwindigkeit 12 bei einer vorbestimmten Spitzenlastminderungsschwelle 116 begonnen werden. Zum Beispiel kann die vorbestimmte Spitzenlastminderungsschwelle 116 in verschiedenen Ausführungsformen einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit für die Windkraftanlage 10, einer vorbestimmten Lastgrenze für die Windkraftanlage 10, einem vorbestimmten Ausgangsleistungswert für die Windkraftanlage 10 und/oder einem beliebigen sonstigen Schwellenwert entsprechen, bei dem festgestellt wird, dass eine Anstellwinkelverstellung der Rotorblätter 32 erforderlich sein kann, um eine Belastung der Windkraftanlage 20 zu reduzieren.
Wie vorstehend angegeben, ist die Änderungsgeschwindigkeit, mit der eine Belastung an einer Windkraftanlage 20 angepasst werden kann, unter Verwendung eines herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahrens relativ gering. Somit bildet eine Linie 112, wie in 6 veranschaulicht, einen abgerundeten, gekrümmten Abschnitt 16, der sich von dem Spitzenlastminderungsschwellenwert 116 aus und in den Spitzenlastminderungsbereich 14 hinein erstreckt. Durch Modellierung der Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter unter Verwendung einer nichtlinearen Funktion (z.B. einer Polynomfunktion zweiten Grades) können jedoch Anpassungen an den auf eine Windkraftanlage 20 einwirkenden Lasten schneller vorgenommen werden. Insbesondere kann der Anstellwinkel der Rotorblätter 32, wie in 6 veranschaulicht, derart gesteuert werden, dass eine Belastung der Windkraftanlage 20 nach der Spitzenlastminderungsschwelle 116 abrupt verändert wird (d.h. von steigenden Lasten zu im Wesentlichen konstanten Lasten), was einen abgeflachten Abschnitt 118 ergibt, der entlang einer Linie 114 innerhalb des Spitzenlastminderungsbereiches 14 definiert ist. Diese Fähigkeit, derartige abrupte Änderungen zu bewerkstelligen, ermöglicht es, dass die Linie 114 der Linie 110 an den Rändern des Spitzenlastminderungsbereiches 14 dicht folgt, wodurch die gesamte Auswirkung der Spitzenlastminderung auf ein Minimum reduziert wird.
Indem zum Beispiel, wie in 7 veranschaulicht, die Fähigkeit geschaffen wird, die auf eine Windkraftanlage 20 einwirkenden Lasten schneller anzupassen, ist die Leistungsabgabe, die unter Verwendung des offenbarten Verfahrens 100 erreicht werden kann, höher als die Leistungsabgabe die mit dem herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahren erreicht werden kann (wie durch den Abstand zwischen den Linien 112 und 114 angezeigt). Insbesondere haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, dass in einigen Ausführungsformen eine Steigerung der jährlichen Energieerzeugung AEP von etwa 0,75% mit dem offenbarten Verfahren 100 zur Spitzenlastminderung gegenüber dem herkömmlichen linearen Spitzenlastminderungsverfahren erhalten werden kann. Jedoch wird auch angenommen, dass Steigerungen der jährlichen Energieerzeugung vom mehr als etwa 0,75% ebenfalls mit dem offenbarten Verfahren 100 erreicht werden können.
Wie vorstehend angegeben, sollte erkannt werden, dass in verschiedenen Ausführungsformen das offenbarte Verfahren 100 automatisch unter Verwendung der Turbinensteuereinrichtung 36 oder einer beliebigen sonstigen geeigneten Verarbeitungseinheit ausgeführt werden kann. Zum Beispiel können die Rotorblätter 32 in der Leistungsposition gehalten werden, bis die vorbestimmte Spitzenlastminderungsschwelle 116 erreicht wird. Sobald die vorbestimmte Spitzenlastminderungsschwelle 116 erreicht ist, kann die Turbinensteuereinrichtung 36 jedoch automatisch den Anstellwinkel der Rotorblätter 32 anpassen, indem sie beispielsweise direkt oder indirekt (über die Anstellwinkelsteuerung(en) 40) Steuersignale zu den Blattverstelleinrichtungen 42 auf der Basis des bzw. der Spitzenlastparameter(s) der Windkraftanlage 20 sendet. Zum Beispiel kann, wie vorstehend beschrieben, in einer Ausführungsform eine quadratische oder kubische Gleichung, die den Sollanstellwinkel mit dem Spitzenlastminderungsparameter in Beziehung setzt, innerhalb des Speichers der Steuereinrichtung 36 gespeichert sein. In einer derartigen Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 36 konfiguriert sein, um automatisch den Spitzenlastminderungsparameter (z.B. durch Analyse von Messsignalen von den Sensoren 58, 60, wie vorstehend beschrieben) zu bestimmen und anschließend den Sollanstellwinkel für jedes Rotorblatt 32 durch Einsetzen des Spitzenlastminderungsparameters in die gespeicherte Gleichung zu berechnen. Die berechneten Anstellwinkel können anschließend als eine Basis zur Einstellung der aktuellen Anstellwinkel der Rotorblätter während einer Spitzenlastminderung verwendet werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Es ist ein Verfahren zum Bestimmen von Anstellwinkeln für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage während einer Spitzenlastminderung offenbart. Das Verfahren kann allgemein ein Empfangen eines Signals, das mit einem Spitzenlastparameter der Windkraftanlage verbunden ist, mit einer Steuereinrichtung und Bestimmen eines Sollanstellwinkels für das wenigstens eine Rotorblatt auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter enthalten, wobei die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion modelliert ist.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Anstellwinkeln für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage während einer Spitzenlastminderung, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen eines Signals mit einer Steuereinrichtung, das mit einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage im Zusammenhang steht, wobei das Empfangen eines Signals mit einer Steuereinrichtung, das mit einem Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage im Zusammenhang steht, ein Empfangen eines Signals von einem Sensor aufweist, der mit einer Ausgangsleistung der Windkraftanlage oder der mit einer auf die Windkraftanlage einwirkenden Last im Zusammenhang steht; und Bestimmen eines Sollanstellwinkels für das wenigstens eine Rotorblatt auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter, wobei die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion modelliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die auf die Windkraftanlage einwirkende Last wenigstens entweder eine Druckbelastung oder ein Moment aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, wobei die mathematische Beziehung unter Verwendung einer quadratischen Gleichung modelliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die mathematische Beziehung unter Verwendung einer kubischen Gleichung modelliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, das ferner ein Einstellen eines Anstellwinkels des wenigstens einen Rotorblattes auf der Basis des Sollanstellwinkels aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Einstellen eines Anstellwinkels des wenigstens einen Rotorblattes auf der Basis des Sollanstellwinkels ein Steuern des Anstellwinkels mit einer Blattverstelleinrichtung der Windkraftanlage aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Einstellen eines Anstellwinkels des wenigstens einen Rotorblattes auf der Basis des Sollanstellwinkels ein Einstellen des Anstellwinkels auf der Basis des Sollanstellwinkels, nachdem eine vorbestimmte Spitzenlastminderungsschwelle erreicht ist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die vorbestimmte Spitzenlastminderungsschwelle auf wenigstens entweder einer vorbestimmten Lastgrenze für die Windkraftanlage und/oder einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit für die Windkraftanlage basiert.
System zur Bestimmung von Anstellwinkeln für wenigstens ein Rotorblatt einer Windkraftanlage während einer Spitzenlastminderung, wobei das System aufweist: einen Sensor, der eingerichtet ist, um einen Spitzenlastminderungsparameter der Windkraftanlage zu überwachen, wobei der Spitzenlastminderungsparameter eine Ausgangsleistung der Windkraftanlage oder eine auf die Windkraftanlage einwirkende Last aufweist; und eine Steuereinrichtung, die mit dem Sensor kommunikationsmäßig verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um einen Sollanstellwinkel für das wenigstens eine Rotorblatt auf der Basis einer mathematischen Beziehung zwischen dem Sollanstellwinkel und dem Spitzenlastminderungsparameter zu bestimmen, wobei die mathematische Beziehung als eine nichtlineare Funktion modelliert ist.
System nach einem der Ansprüche 9, wobei die Last wenigstens entweder eine Druckbelastung und/ oder ein Moment aufweist.
System nach einem der Ansprüche 9-10, wobei die mathematische Beziehung unter Verwendung einer quadratischen Gleichung modelliert ist.
System nach einem der Ansprüche 9-11, wobei die mathematische Beziehung unter Verwendung einer kubischen Gleichung modelliert ist.
System nach einem der Ansprüche 9-12, das ferner eine Blattverstelleinrichtung aufweist, die mit der Steuereinrichtung kommunikationsmäßig verbunden ist, wobei die Blattverstelleinrichtung eingerichtet ist, um einen Anstellwinkel des wenigstens einen Rotorblattes einzustellen.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuereinrichtung ferner eingerichtet ist, um einen Betrieb der Blattverstelleinrichtung derart zu steuern, dass der Anstellwinkel durch die Blattverstelleinrichtung auf der Basis des Sollanstellwinkels eingestellt wird, wenn eine vorbestimmte Spitzenlastminderungsschwelle erreicht ist.
System nach Anspruch 14, wobei die vorbestimmte Spitzenlastminderungsschwelle auf wenigstens entweder einer vorbestimmten Lastgrenze für die Windkraftanlage und/oder einer vorbestimmten Windgeschwindigkeit für die Windkraftanlage basiert.
System nach einem der Ansprüche 9-15, wobei die Steuereinrichtung eine Turbinensteuereinrichtung der Windkraftanlage aufweist.