[發明專利]用于控制風能設備的方法

在審

• 申請號: 202110566708.3
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113719426A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 約翰內斯·布龍巴赫
• 申請（專利權）人: 烏本產權有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D80/00;F03D1/06;G06F30/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王逸君;張春水

本發明涉及用于控制風能設備的方法，風能設備具有轉子，轉子具有能在其葉片角方面調節的轉子葉片，轉子能以可變的轉速運行，方法包括步驟：如果不存在扼流的要求，則在正常運行點中運行風能設備，風能設備不被扼流地運行；在扼流運行點中運行風能設備，風能設備按照扼流要求以相對于正常運行點扼流的輸出功率運行；將風能設備的運行從扼流運行點變換到儲備運行點中，作為對功率增加要求的響應，風能設備相對于扼流運行點以更高的輸出功率運行，扼流運行點相對于儲備運行點具有增加的葉尖速比，以及扼流運行點在λθ圖表中處于相應的Iso特性曲線上，并且相應的Iso特性曲線在扼流運行點中具有負的特性曲線斜率，其中葉尖速比隨著葉片角的增加而減小。

技術領域

本發明涉及用于控制風能設備的方法。本發明也涉及風能設備。

背景技術

為了運行風能設備，通常在部分負載運行中、即當風速低于額定風速時，借助于盡可能最優的運行點運行所述風能設備。在具有可變的轉速的和具有可在其葉片角方面調節的轉子葉片的轉子的風能設備的情況下，這種運行點的特征在于轉速、葉片角和所產生的輸出功率。因此，如果設定最優的運行點，則用于隨后盛行的風速的輸出功率是風能設備可以在風速下持續地產生的最大功率。

為了示出所述運行點和其他運行點，通常使用在此稱為λθ圖表的葉尖速比-葉片角圖表。因此，在所述λθ圖表中，在相同運行點的葉片角θ的對應值的情況下，繪制所涉及的運行點的葉尖速比λ。

葉尖速比λ通常被定義為轉子葉片的葉片尖端速度相對于風速的比。因此，所得出的葉尖速比λ是無單位的。通過考慮轉速與風速之間的關系，可以將λθ圖表用于不同的風速。因此，可以在相同的圖表中繪制不同風速的運行點。在理想情況下，不同風速的運行點在所述圖表中甚至可以相同。

如果葉片角在不同的風速下保持恒定、即不改變，并且轉速與風速成比例，則這種相同的運行點可以在部分負載運行中得出。恰好在風能設備的理想的設計方案中也力求這種狀態。即，如果轉速和風速彼此成比例地改變，則迎流角保持相同，空氣實際上以所述迎流角迎流轉子葉片。因此，使葉片角同樣不改變也是有意義的。

在此，輸出功率當然不保持相同，因為隨著風速的增加和轉速的增加也可以產生更多功率。

附加地，常見且有意義的是，在λθ圖表中繪制也稱為Cp值的功率系數。因此，這種功率系數說明如下效率：對應的運行點可以借助于所述效率將風功率轉換成旋轉功率。為了更好地示出，在分別為閉合線的共同的線上繪制了具有相同Cp值的運行點。例如，這種Cp特性曲線可以以0.05的步長繪制。在此，所述特性曲線也稱為Iso特性曲線。在風能設備的優化設計方案中，所述風能設備的運行點在部分負載運行中處于最高可能的Cp值中，所述最高可能的Cp值略微大于0.45。

因此，運行點的確定比較明確、即盡可能使得功率收益盡可能地高，這通常引起處于具有最高Cp值的Iso特性曲線內的運行點。但是，根據邊界條件可能的是，運行點不能達到所述理想值。尤其在非常低的風速下，摩擦狀態例如可能占優勢，使得應選擇具有比較高的轉速、即較高的葉尖速比的運行點，所述運行點然后也可以具有增加的葉片角。風能設備的最大轉速也受限制。因此，從確定的風速開始，設備的轉速不允許進一步升高，并且運行點到達最優值外。但是，也可以通過模擬或可能的調整來立即確定這種運行狀態。

現在考慮應滿足預設減小的輸出功率的附加要求。例如，對于例如可以為15分鐘但是也可以持續多個小時的時間段，可能要求減小的輸出功率，以便借此符合供電網的情況。這種情況可以在對功率的對應少的需求時發生，但是也可以要求所述情況以便提供儲備功率。在提供儲備功率時，與由于盛行的風可能引起的輸出功率相比，風能設備以更少的輸出功率運行，使得在功率需求突然升高的情況下，所述風能設備然后可以增加其功率生產，即可以持續地增加到可從盛行的風中產生的最大的功率。但是，也考慮其他預設，如例如減小地運行風能設備以用于噪聲最小化的預設。在此，減少可以涉及輸出功率，但是也可以涉及轉速。