專利名稱：動(dòng)態(tài)慣性調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)能設(shè)備，該風(fēng)能設(shè)備帶有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子、由其驅(qū)動(dòng)的與變流器配合作用用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置和與其配合作用的變流器控制裝置，其中，該轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)到變流器控制裝置上。
背景技術(shù)：
伴隨風(fēng)能設(shè)備的增長(zhǎng)式地更廣泛的傳播，也要求它們對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性作出大的貢獻(xiàn)。在這種情況中，一個(gè)重要的方面是提供所謂的調(diào)節(jié)功率。該調(diào)節(jié)功率通常大多通過(guò)常規(guī)的發(fā)電站，特別是煤發(fā)電站或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站提供，確切地說(shuō)，特別是以在少數(shù)幾秒內(nèi)可額外調(diào)用的功率的形式(一次調(diào)節(jié))。為了能夠保證如此快速的反應(yīng)，要求相應(yīng)的發(fā)電站永久地保持“冒蒸汽”。這是高耗費(fèi)的并且要求燃料的高投入，所述燃料在很多情況中根本沒(méi)有被利用，當(dāng)沒(méi)有調(diào)節(jié)功率被調(diào)用時(shí)。為了減少這種高耗費(fèi)，風(fēng)能設(shè)備也應(yīng)該被包含在一次 調(diào)節(jié)過(guò)程中。在這種情況中存在如下問(wèn)題，S卩，在風(fēng)能設(shè)備中，輸出的功率由風(fēng)確定并且不同于常規(guī)的發(fā)電站的情況，不能根據(jù)需求而升高。為了在這種限制下仍可以利用風(fēng)能設(shè)備來(lái)提供一次調(diào)節(jié)功率，由轉(zhuǎn)子的飛輪能量中取得所需要的一次調(diào)節(jié)功率是公知的。對(duì)此，發(fā)展出不同的方法。在第一種方法中，預(yù)防性地改變風(fēng)能設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)。該風(fēng)能設(shè)備通過(guò)特定的運(yùn)行參數(shù)的、特備是轉(zhuǎn)子葉片的迎角的改變?nèi)绱说卣{(diào)節(jié)，從而使它準(zhǔn)優(yōu)化地運(yùn)行(Janssens，N.et al: “Active Power Control Strategies of DFIG Wind Turbines”，IEEE Power Tech2007, Lausanne, Switzerland, I. -5. July 2007)。因此如下是可能的，即，根據(jù)需求向優(yōu)化的運(yùn)行點(diǎn)移動(dòng)運(yùn)行參數(shù)，并且因此即使在保持不變的風(fēng)中也輸出更多的功率和作為一次調(diào)節(jié)功率調(diào)用。這種方案的缺點(diǎn)在于，在正常運(yùn)行中(當(dāng)沒(méi)有調(diào)節(jié)功率被需求時(shí))，由于準(zhǔn)優(yōu)化的運(yùn)行點(diǎn)，通過(guò)風(fēng)能設(shè)備比本來(lái)可能的情況更少地產(chǎn)生功率。在備選的方案中僅在需要時(shí)進(jìn)行運(yùn)行點(diǎn)的改變，即為了汲取額外的電功率作為一次調(diào)節(jié)功率。在這種情況中，短時(shí)間內(nèi)地修改風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器并且相應(yīng)于額外輸出的一次調(diào)節(jié)功率而升高輸出功率的目標(biāo)值(例如通過(guò)提高目標(biāo)扭矩(Morren，J.et al: “Wind Turbines Emulating Inertia and Supporting Primary FrequencyControl，，，IEEE Transactions on Power Systems, vol. 21, no. I, February 2006))。雖然該方法也如其它公知的方法那樣是簡(jiǎn)單的，但沒(méi)有考慮在提供一次調(diào)節(jié)功率期間改變的風(fēng)條件的影響。這些公知的方法其實(shí)僅在固定的運(yùn)行條件上，也就是說(shuō)在保持不變的風(fēng)的情況下被設(shè)計(jì)。這帶來(lái)本身的缺陷，即，在非固定的風(fēng)條件時(shí)，如它們?cè)趯?shí)際中經(jīng)常遇到的那樣，僅達(dá)到一次調(diào)節(jié)功率的劣化的提供。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出用于風(fēng)能設(shè)備的經(jīng)改善的調(diào)節(jié)方法，該調(diào)節(jié)方法即使在非固定的風(fēng)速時(shí)也提供足夠的一次調(diào)節(jié)功率。依據(jù)本發(fā)明的解決方法存在于獨(dú)立權(quán)利要求的特征中。有利的改進(jìn)方案是從屬權(quán)利要求的主題。在風(fēng)能設(shè)備中，該風(fēng)能設(shè)備帶有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子、由該風(fēng)輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的與變流器配合作用用來(lái)產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置和與其配合作用的變流器調(diào)節(jié)裝置，其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)，依據(jù)本發(fā)明設(shè)置有輔助調(diào)節(jié)裝置，該輔助調(diào)節(jié)裝置具有用于希望的輔助功率的輸入端并且構(gòu)造成用于在考慮轉(zhuǎn)子慣性矩的情況下由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)速變化信號(hào)并且將其作為輸出信號(hào)給出，該輸出信號(hào)經(jīng)由運(yùn)算環(huán)節(jié)加在目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)上。本發(fā)明以如下思路為基礎(chǔ)，S卩，不調(diào)節(jié)由風(fēng)能設(shè)備輸出到電網(wǎng)上的功率，而是(gp是說(shuō)在風(fēng)能設(shè)備的系統(tǒng)的輸入端上)控制由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的飛輪質(zhì)量中汲取的能量。通過(guò)由輔助調(diào)節(jié)裝置確定轉(zhuǎn)速變化的信號(hào)，而由此從風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的飛輪質(zhì)量中控制性地汲取特定的能量。該能量相當(dāng)于在考慮轉(zhuǎn)速變化前后的存儲(chǔ)在飛輪質(zhì)量中的動(dòng)能之間的差值。該差值在 “能量追蹤”的含義中使每個(gè)時(shí)間單位由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子中調(diào)用的飛輪能量的控制成為可能，該飛輪能量作為動(dòng)力的支持功率使作用在發(fā)電機(jī)上的機(jī)械功率升高，該升高的機(jī)械功率可以由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)升高的電功率。以這種方式提供所希望的一次調(diào)節(jié)功率。利用本發(fā)明達(dá)到，可額外提供的功率僅由轉(zhuǎn)子的飛輪質(zhì)量中抽取并且在此由風(fēng)生成的功率是沒(méi)有影響的。額外輸送的功率的“計(jì)量”，也就是說(shuō)一次調(diào)節(jié)功率，僅通過(guò)轉(zhuǎn)速變化信號(hào)而發(fā)生。它不依賴于實(shí)際的風(fēng)供應(yīng)，從而使得在即使波動(dòng)的風(fēng)環(huán)境下，特別是即使在風(fēng)速?gòu)?qiáng)烈下降時(shí)也確保一次調(diào)節(jié)功率的精確提供。本發(fā)明將在提供一次調(diào)節(jié)功率方面的這個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)與在消耗方面僅很小的需求相結(jié)合。特別是不需要額外的硬件，而是通?？梢栽跓o(wú)論如何都存在的運(yùn)行控制裝置中實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的輔助調(diào)節(jié)裝置。目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)的概念理解為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置的如下輸出量，該輸出量作為參數(shù)被呈送到風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)速控制裝置上和/或?yàn)樵O(shè)定出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速而被呈送到發(fā)電機(jī)或者連接在發(fā)電機(jī)上的變流器上。在大多數(shù)情況中，這是目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)本身，但這也可以是目標(biāo)扭矩信號(hào)。這些信號(hào)也由從功能上理解的“目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)”概念所包括。變流器控制裝置理解為如下裝置，S卩，該裝置通過(guò)由發(fā)電機(jī)和變流器形成的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換器控制電功率的輸出。它通常直接作用于變流器產(chǎn)生影響，但不應(yīng)該將如下情況排除在外，即，它也或者備選地直接作用于發(fā)電機(jī)。輔助調(diào)節(jié)裝置理解為如下裝置，S卩，該裝置不依賴于在風(fēng)能設(shè)備的運(yùn)行控制范圍中通常存在的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置。它優(yōu)選地具有轉(zhuǎn)速反饋。優(yōu)選地設(shè)置有校正環(huán)節(jié)，該校正環(huán)節(jié)構(gòu)造成用于依賴于調(diào)用的輔助功率來(lái)改變輔助調(diào)節(jié)裝置的參數(shù)。輔助功率的量值本身也算作這些參數(shù)。利用該校正環(huán)節(jié)可以考慮到，風(fēng)能設(shè)備在調(diào)用輔助功率時(shí)，伴隨以此為條件的轉(zhuǎn)速減小，運(yùn)行在它的最優(yōu)運(yùn)行條件之外并且因此誘發(fā)功率損耗。如果不考慮這個(gè)誘發(fā)的功率損耗，那么可能導(dǎo)致不能達(dá)到希望的輔助功率值。用該校正環(huán)節(jié)可以相應(yīng)地進(jìn)行預(yù)備。此外，校正環(huán)節(jié)優(yōu)選地具有特性曲線環(huán)節(jié)。該特性曲線環(huán)節(jié)依賴于索取的輔助功率得出目標(biāo)轉(zhuǎn)速的校正值。此外，優(yōu)選地設(shè)置有估計(jì)風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力效率的空氣動(dòng)力估計(jì)器。由該效率的確定可以連同風(fēng)速一起確定由風(fēng)可得到的功率和在調(diào)用輔助功率時(shí)由非優(yōu)化狀態(tài)得出的功率損耗。為了使該功率損耗不對(duì)風(fēng)能設(shè)備的輸出功率產(chǎn)生影響，可以在功率預(yù)先給出時(shí)相應(yīng)地預(yù)備。此外，空氣動(dòng)力估計(jì)器的輸出值借助運(yùn)算環(huán)節(jié)加在輔助功率的需求上。由此達(dá)到，在可能出現(xiàn)風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的空氣動(dòng)力上的顯著變化的高功率需求的情況下，保證輔助功率的穩(wěn)定提供。優(yōu)選地設(shè)置風(fēng)速為空氣動(dòng)力估計(jì)器的輸入量。在此可以涉及實(shí)際測(cè)量的量。有利地設(shè)置有風(fēng)觀測(cè)器，該風(fēng)觀測(cè)器由本就存在于運(yùn)行控制裝置中的參數(shù)，特別是輸出的電功率、風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的安裝角(Einstellwinkel)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來(lái)確定風(fēng)速。因此可以達(dá)到空氣動(dòng)力估計(jì)器的特別優(yōu)良的運(yùn)行表現(xiàn)。此外，優(yōu)選地設(shè)置有在滿負(fù)載時(shí)阻斷輔助調(diào)節(jié)裝置的抑制環(huán)節(jié)。這以如下認(rèn)知為基礎(chǔ)，即，在額定負(fù)載運(yùn)行中，也就是說(shuō)當(dāng)風(fēng)速在額定風(fēng)速之上時(shí)，可以由風(fēng)本身提供足夠的功率并且因此不需要由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的飛輪能量中抽取需求的輔助功率。因此避免在高風(fēng)速時(shí)的不必要的轉(zhuǎn)速降低。抑制環(huán)節(jié)有利地具有起動(dòng)模塊，該起動(dòng)模塊構(gòu)造成用于在輔助功率需求變化時(shí)，允許短時(shí)間的轉(zhuǎn)速變化并且為此超馳越過(guò)(Ubersteuern)該抑制模塊。短時(shí)間在這里理解為大約2秒至60秒的時(shí)間段。這以如下認(rèn)知為基礎(chǔ)，即，在滿負(fù)載情況中，風(fēng)輪轉(zhuǎn)子的葉片的槳距調(diào)節(jié)需要幾秒，以便設(shè)定出新的槳距角，用該槳距角可以由風(fēng)中汲取需求的輔助功率。為了度過(guò)這個(gè)直至設(shè)定出新的槳距角的時(shí)間段，可以短時(shí)間地由輔助調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速下降提供需求的輔助功率。由此改善風(fēng)能設(shè)備在額定負(fù)載下對(duì)輔助功率的需 求的響應(yīng)。在必要時(shí)應(yīng)受無(wú)依賴性保護(hù)的、優(yōu)選的實(shí)施方式中，設(shè)置有極限值監(jiān)控模塊，該極限值監(jiān)控模塊依賴于極限值打破來(lái)限制或解除輔助調(diào)節(jié)裝置。因此達(dá)到，風(fēng)能設(shè)備不會(huì)通過(guò)提供輔助功率而運(yùn)行在損壞或過(guò)載該風(fēng)能設(shè)備的運(yùn)行范圍中。這樣的極限值特別是電子技術(shù)設(shè)計(jì)極限，如視在電流、有功電流或無(wú)功電流、電壓或在變流器的半導(dǎo)體上的熱極限，特別是允許的最大功率。但極限值打破也涉及優(yōu)選依賴轉(zhuǎn)速的極限扭矩的超出(例如在依賴轉(zhuǎn)速的特性曲線環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)的)，從而通過(guò)限制輔助調(diào)節(jié)器避免在過(guò)載運(yùn)行范圍中的運(yùn)行。在特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，極限值監(jiān)控模塊監(jiān)控空氣動(dòng)力估計(jì)器的輸出量的極限值超出。因此示出臨界的空氣動(dòng)力損耗的超出，從而使得風(fēng)能設(shè)備在提供輔助功率后需要超量的功率，以便再次達(dá)到正常的轉(zhuǎn)速。因此如下成為可能，即，提前識(shí)別通過(guò)提供輔助功率而對(duì)風(fēng)能設(shè)備持續(xù)運(yùn)行的搶占式負(fù)面影響，并且必要時(shí)限制輔助功率的提供。因此可以特別地避免如下情況，即，提供輔助功率之后的復(fù)原階段過(guò)長(zhǎng)地持續(xù)并且導(dǎo)致相應(yīng)減少的到電網(wǎng)中的功率饋送。此外，輔助調(diào)節(jié)裝置優(yōu)選地包括扭矩限制環(huán)節(jié)。因此，即使在需求輔助功率時(shí)，也將總的作用扭矩限制到可設(shè)定的值上。這個(gè)可設(shè)定的值可以是固定的或者優(yōu)選地來(lái)自特性曲線環(huán)節(jié)。這不僅用于避免驅(qū)動(dòng)系的過(guò)載，而且此外在使用特性曲線環(huán)節(jié)時(shí)也具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，可以避免特定的運(yùn)行范圍或者更快地連續(xù)運(yùn)行。如下地構(gòu)造扭矩限制環(huán)節(jié)是特別有針對(duì)性的，即，在同步轉(zhuǎn)速的區(qū)域中強(qiáng)烈地限制扭矩。由此保護(hù)變流器不過(guò)載。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，特性曲線可由原先使用的特性曲線切換到帶有更高扭矩的特性曲線上。為此設(shè)置有與風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置配合作用的特性曲線切換模塊。在此，如果需求輔助功率，則切換到比較原先的特性曲線提供更多扭矩的另外的特性曲線上。因此可以立即升高功率輸出。在這種情況中，“特性曲線”的概念包括工作特性曲線和/或極限特性曲線。到另外的特性曲線上的切換可以理解為到另外的調(diào)節(jié)特性的切換，和/或在經(jīng)改變的，特別是在允許的扭矩方面，經(jīng)放大的工作范圍中繼續(xù)調(diào)節(jié)。
為了避免特別是電氣組件的、如發(fā)電機(jī)的和變流器的過(guò)載，這種即為有功功率升高的功率升高，伴隨無(wú)功功率輸出的限制。因此減小無(wú)功電流，從而使得電氣組件不超過(guò)允許的最大電流。在很多情況中可以要求如下，即，無(wú)功功率不是僅被強(qiáng)烈地限制，而是甚至被阻斷或者被設(shè)置為“零”。優(yōu)選地設(shè)置有輔助功率確定裝置，該輔助功率確定裝置構(gòu)造成用于借助在電網(wǎng)中測(cè)量的頻率確定輔助功率。由此達(dá)到不必等待中心的輔助功率目標(biāo)值的預(yù)先給出，而是可以在電網(wǎng)中的干擾出現(xiàn)后直接作出反應(yīng)。在此，不同備選的確定調(diào)節(jié)器可以設(shè)置在輔助功率確定裝置中。首先可以作如下設(shè)置，即，與頻率偏差成比例地確定輔助功率，其中，頻率偏差越大，輔助功率就越高。但其次也可以作如下設(shè)置，即，依賴頻率偏差的確定的值逐級(jí)地升高輔助功率。再次也可以僅作如下設(shè)置，在超出確定的頻率偏差后調(diào)用最大可能的輔助功率。在此，示例性提及的確定調(diào)節(jié)器的頻率偏差可以確定為電網(wǎng)中的頻率的實(shí)際值與頻率的目標(biāo)值或者目標(biāo)值范圍的偏差。輔助功率確定裝置優(yōu)選地與動(dòng)態(tài)模塊配合作用，該動(dòng)態(tài)模塊優(yōu)選地由電網(wǎng)中頻率干擾的強(qiáng)度和/或時(shí)間上的梯度確定輔助功率。因此可以以有效率的方式轉(zhuǎn)化電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的 特別具體的規(guī)定，如風(fēng)能設(shè)備通過(guò)輔助功率的饋送對(duì)頻率干擾作出反應(yīng)。如果借助上升環(huán)節(jié)和衰減環(huán)節(jié)，針對(duì)開(kāi)始和結(jié)束分別地執(zhí)行不同的函數(shù)，那么該動(dòng)態(tài)模塊是更加適合的。例如可以如此地設(shè)置，即，風(fēng)能設(shè)備在識(shí)別出特定時(shí)間段的頻率偏差時(shí)，例如10秒，額外地饋送10%的輔助功率，其中緊接其后，風(fēng)能設(shè)備的功率輸出不允許落到輸出值的特定的百分比之下，即例如必須有總計(jì)至少80%的頻率干擾前饋送的功率持續(xù)至少20秒。其它上升和衰減的函數(shù)自然也是可能的。輔助調(diào)節(jié)器優(yōu)選地包括轉(zhuǎn)速梯度模塊，該轉(zhuǎn)速梯度模塊構(gòu)造成用于在輔助功率結(jié)束后將剩余的功率限制到最小功率上。在輔助功率的饋送結(jié)束后，風(fēng)能設(shè)備需要來(lái)自風(fēng)中的額外的能量，以便在各個(gè)風(fēng)條件時(shí)再次達(dá)到正常的轉(zhuǎn)速范圍。該轉(zhuǎn)速梯度模塊如下作用，即，轉(zhuǎn)速在結(jié)束輔助功率的產(chǎn)生后優(yōu)先地再次升高(以最小梯度)，從而再次快速地達(dá)到在空氣動(dòng)力方面有利的運(yùn)行范圍(轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之間的關(guān)系)。于是如下被阻止，即，轉(zhuǎn)速如下程度地下降，即，風(fēng)能設(shè)備產(chǎn)生如此少的功率，以致該風(fēng)能設(shè)備要么關(guān)閉、不再覆蓋功率方面的能量要求要么向下超越對(duì)風(fēng)能設(shè)備安全運(yùn)行來(lái)說(shuō)的需要的最小扭矩。直到確定的轉(zhuǎn)速提高后才進(jìn)行帶有最大梯度的進(jìn)一步的轉(zhuǎn)速上行，從而當(dāng)前優(yōu)先地產(chǎn)生饋送到電網(wǎng)中的功率(其中優(yōu)選地維持當(dāng)前減少的最小梯度)。因此，本發(fā)明解決如下目標(biāo)沖突，即，在輔助功率饋送結(jié)束后一方面繼續(xù)盡可能多地饋送功率并且另一方面將風(fēng)能設(shè)備快速地再次引回到有效的和穩(wěn)定的運(yùn)行范圍中。此外，本發(fā)明涉及帶有多個(gè)風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)，所述風(fēng)能設(shè)備各配設(shè)有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子、用該風(fēng)輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的帶有變流器的用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置和與它配合作用的變流器控制裝置，其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)并且此外設(shè)置有用于風(fēng)能設(shè)備的上層調(diào)節(jié)的場(chǎng)管理中心，其中，依據(jù)本發(fā)明，在至少一部分風(fēng)能設(shè)備上設(shè)置有輔助調(diào)節(jié)裝置，該輔助調(diào)節(jié)裝置具有用于輔助功率的輸入端并且構(gòu)造成用于在考慮轉(zhuǎn)子慣性矩的情況下由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)速變化信號(hào)并且將其作為輸出信號(hào)給出，該輸出信號(hào)經(jīng)由運(yùn)算環(huán)節(jié)加在目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)上，并且場(chǎng)管理中心具有將需求的輔助功率分配到轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)能設(shè)備上的慣性控制模塊。這種分配優(yōu)選地如下方式地發(fā)生，即，所有轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)能設(shè)備在不考慮由它們輸出的功率情況下被操控。因此達(dá)到，盡可能大量的風(fēng)能設(shè)備參與輔助功率的提供，確切地說(shuō)還有那些目前僅輸出少量功率的風(fēng)能設(shè)備。因此不僅達(dá)到那些輸出高有效功率的風(fēng)能設(shè)備的減負(fù)，而且此外還達(dá)到在風(fēng)電場(chǎng)中更好的隨機(jī)分布，從而隨機(jī)地、更好地補(bǔ)償風(fēng)造成的波動(dòng)。此外，本發(fā)明包括用于風(fēng)能設(shè)備的或風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行的相應(yīng)的方法。為了詳細(xì)描述，參考之前的闡釋。


接下來(lái)，參照附加的附圖更詳細(xì)地闡釋本發(fā)明，在附圖中示出有利的實(shí)施例。其中圖I在本發(fā)明的實(shí)施例中示出風(fēng)能設(shè)備的概要圖；圖2依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出輔助調(diào)節(jié)裝置的和輔助校正環(huán)節(jié)的方框視圖； 圖3示出在部分負(fù)載情況中的帶有運(yùn)行參數(shù)的圖表；圖4示出在滿負(fù)載情況中的帶有運(yùn)行參數(shù)的圖表；圖5示出用于輔助校正環(huán)節(jié)的作用方式的圖表；圖6示出在非固定的風(fēng)的情況中相應(yīng)于圖3的圖表；圖7示出不同風(fēng)電場(chǎng)的功率圖表；圖8示出上升函數(shù)和衰減函數(shù)的圖表；
具體實(shí)施例方式依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，風(fēng)能設(shè)備I在其基本特征方面常規(guī)地被建造。該風(fēng)能設(shè)備該包括塔10，在它的上端部、可在偏航方向上轉(zhuǎn)動(dòng)地布置有機(jī)艙11。在該風(fēng)能設(shè)備的正面上可旋轉(zhuǎn)地布置有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12，該風(fēng)輪轉(zhuǎn)子配設(shè)有多個(gè)關(guān)于其安裝角可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片13。為了調(diào)節(jié)安裝角而設(shè)置有槳距調(diào)節(jié)裝置23。風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)14。該發(fā)電機(jī)連同連接在它上面的變流器15 —起產(chǎn)生電能。發(fā)電機(jī)14優(yōu)選地實(shí)施為雙饋異步發(fā)電機(jī)，在該發(fā)電機(jī)的定子上之直接連接有用于導(dǎo)出電能的導(dǎo)線，其中，該導(dǎo)線此外連接到變流器15上，該變流器又與發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子連接。導(dǎo)線17經(jīng)由未示出的變壓器連接到風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的匯集電網(wǎng)9上。該導(dǎo)線也可以經(jīng)由變壓器直接連接到中壓電網(wǎng)或高壓電網(wǎng)99上。此外，在機(jī)艙11上布置有運(yùn)行控制裝置2，該運(yùn)行控制裝置經(jīng)由(未示出的)通信機(jī)構(gòu)與風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)管理中心8連接。運(yùn)行控制裝置2指導(dǎo)風(fēng)能設(shè)備I的運(yùn)行并且此外配設(shè)有不同的、專門(mén)化的裝置，其中有用于風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置21。由風(fēng)能設(shè)備I產(chǎn)生的和經(jīng)由導(dǎo)線17輸出的電功率通過(guò)功率測(cè)量裝置18檢測(cè)，并且呈送到運(yùn)行控制裝置2上。風(fēng)能設(shè)備I可以單個(gè)地建立。然而該風(fēng)能設(shè)備大多處于由多個(gè)風(fēng)能設(shè)備1、1’組成的風(fēng)電場(chǎng)中。其它的風(fēng)能設(shè)備I’如風(fēng)能設(shè)備I那樣建造，但不應(yīng)該排除其它類型的風(fēng)能設(shè)備也布置在該風(fēng)電場(chǎng)中。經(jīng)由(未示出的)通信機(jī)構(gòu)與各個(gè)風(fēng)能設(shè)備1、1’連接的場(chǎng)管理中心8形成用于風(fēng)能設(shè)備1、1’的上層指導(dǎo)機(jī)構(gòu)。經(jīng)由風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的匯集電網(wǎng)9向如下結(jié)點(diǎn)引導(dǎo)由不同的風(fēng)能設(shè)備1、1’產(chǎn)生的電功率，在該結(jié)點(diǎn)上，風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)由未示出的變壓器連接到用于能量傳輸?shù)闹袎弘娋W(wǎng)或高壓電網(wǎng)99上。運(yùn)行控制裝置2帶有其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器21地包括如下單元，該單元確定風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)速的目標(biāo)值并且與變流器調(diào)節(jié)器25以如下方式配合作用，即，設(shè)定出這樣的電力矩，以便達(dá)到風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器21同樣地與葉片角度調(diào)節(jié)器23以如下方式配合作用，即，相對(duì)于吹來(lái)的風(fēng)，設(shè)定出轉(zhuǎn)子葉片13的特定的迎角(槳距角)，以便達(dá)到風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)速。根據(jù)風(fēng)能設(shè)備I的工作點(diǎn)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器21與變流器調(diào)節(jié)器25與葉片角度調(diào)節(jié)器23的配合作用。如果風(fēng)條件如下，即，風(fēng)能設(shè)備I僅可以運(yùn)行在它的額定功率(備選地也可為它的額定轉(zhuǎn)速或額定風(fēng))以下，則稱為部分負(fù)載運(yùn)行并且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與變流器調(diào)節(jié)器25配合作用。如果風(fēng)條件如下，即， 風(fēng)能設(shè)備I可以以它的額定功率運(yùn)行，則稱為額定負(fù)載運(yùn)行并且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器21與葉片角度調(diào)節(jié)器23配合作用。在從部分負(fù)載運(yùn)行到額定負(fù)載運(yùn)行的過(guò)渡區(qū)域中可以如下設(shè)置，即，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器21不但與葉片角度調(diào)節(jié)器23，也與變流器調(diào)節(jié)器25同時(shí)地配合作用。在圖2中示出來(lái)自轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器21的目標(biāo)值轉(zhuǎn)速的相應(yīng)的輸出端。依據(jù)本發(fā)明，在該輸出導(dǎo)線上連接有輔助調(diào)節(jié)器3。此外，在導(dǎo)線中設(shè)置有運(yùn)算環(huán)節(jié)29，該運(yùn)算環(huán)節(jié)構(gòu)造為求和環(huán)節(jié)，并且將由輔助調(diào)節(jié)器3確定的值加和到由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器21計(jì)算的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值nMf上，以便為變流器控制裝置25生成最終的目標(biāo)值ns。輔助調(diào)節(jié)器3具有兩個(gè)輸入端。在它的第一輸入端31上連接有針對(duì)要提供的動(dòng)能信號(hào)。在它的第二輸入端32上連接有針對(duì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速n s的信號(hào)。輔助調(diào)節(jié)器3具有使輸入端31的值除以輸入端32的值的除法環(huán)節(jié)33。通過(guò)以恒定因子、借助P環(huán)節(jié)34進(jìn)行變換，由此產(chǎn)生用于慣性矩Θ的度量。該度量借助另外的P環(huán)節(jié)35除以相應(yīng)于風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J的恒定的因子。由此得出用于轉(zhuǎn)速下降的值，該值被輸送給積分器36。該積分器通過(guò)在步進(jìn)時(shí)間上的積分確定用于轉(zhuǎn)速的離散差值△!!，該差值被接到運(yùn)算環(huán)節(jié)29上。由此形成經(jīng)校正的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值ns。該轉(zhuǎn)速目標(biāo)值經(jīng)由反饋導(dǎo)線37被引回到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的第二輸入端32。作用原理如下，S卩，在所需求的動(dòng)力功率除以各當(dāng)前的轉(zhuǎn)速目標(biāo)值時(shí)，形成由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的飛輪質(zhì)量要提供的慣性矩Θ的值，并且在考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的情況下由此求得所需的轉(zhuǎn)速變化。該轉(zhuǎn)速變化經(jīng)由運(yùn)算環(huán)節(jié)29加到由運(yùn)行控制裝置2給出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值上。然而，在高風(fēng)速的情況中，其中，風(fēng)能設(shè)備I運(yùn)轉(zhuǎn)在額定負(fù)載運(yùn)行中，不需要由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的動(dòng)能饋送額外需求的功率。為了在這里預(yù)防不希望的轉(zhuǎn)速下降，設(shè)置有抑制模塊4。它由運(yùn)行控制裝置2提供的額定負(fù)載信號(hào)操控。這樣的話，不會(huì)發(fā)生由運(yùn)行控制裝置2給出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的值的下降。盡管如此，自然可以動(dòng)態(tài)地，也就是說(shuō)，在對(duì)功率支持的要求開(kāi)始時(shí)或在其結(jié)束時(shí)，有利地執(zhí)行轉(zhuǎn)速下降。這有如下目的，即，度過(guò)如下時(shí)間段，即，直到葉片角度調(diào)節(jié)器23已能如此程度地再調(diào)節(jié)，以便在沒(méi)有轉(zhuǎn)速下降時(shí)也提供輔助功率。此外，優(yōu)選地設(shè)置有時(shí)間環(huán)節(jié)41，該時(shí)間環(huán)節(jié)如之前描述的那樣使得轉(zhuǎn)速目標(biāo)值可以校正一段時(shí)間，即葉片角度調(diào)節(jié)器23的激活時(shí)間段。此外，選擇性地設(shè)置有輔助校正環(huán)節(jié)5。該輔助校正環(huán)節(jié)包括空氣動(dòng)力估計(jì)器51以及風(fēng)觀察器52。在風(fēng)觀察器52上設(shè)置有輸入端。輸入端53用于產(chǎn)生的電功率(由傳感器18測(cè)量)。第二輸入端用于由葉片角度調(diào)節(jié)器23傳遞的、設(shè)定出的槳距角。在第三輸入端55上連接有發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)速的值，在這種情況下，優(yōu)選地為由傳感器得出的測(cè)量值。風(fēng)估計(jì)器52由此確定風(fēng)速V的值，該風(fēng)速在輸出端56上給出。此外，空氣動(dòng)力效率Cp的值在輸出端57上給出。空氣動(dòng)力估計(jì)器51構(gòu)造成用于由風(fēng)速V的值和空氣動(dòng)力效率Cp的值計(jì)算空氣動(dòng)力誘發(fā)的損耗功率APstj這可以例如借助它的二維綜合特性曲線進(jìn)行。相應(yīng)的值由空氣動(dòng)力估計(jì)器51在輸出端50上給出。這個(gè)值經(jīng)由運(yùn)算位置30加在由外部呈送的、需求的輔助功率P_的目標(biāo)值上并且如此得出要由動(dòng)力系統(tǒng)提供的功率Pa的值，該值被呈送到輔助調(diào)節(jié)器3上。需求的輔助功率Pifa的值也可以選擇性地在風(fēng)能設(shè)備I上局部地產(chǎn)生。為此，設(shè)置有輔助功率確定裝置44，針對(duì)匯集電網(wǎng)98中的頻率的信號(hào)呈送到它的輸入端。如果出現(xiàn)與可設(shè)定的目標(biāo)頻率的偏差，則有輔助功率的需求。它的高度可以預(yù)先設(shè)定或者優(yōu)選地由頻率偏差的程度確定。為此，輔助功率確定裝置44適當(dāng)?shù)嘏湓O(shè)有特性曲線環(huán)節(jié)。選擇性地設(shè)置有在它的整體上以標(biāo)號(hào)6標(biāo)識(shí)的極限值監(jiān)控模塊。該極限值監(jiān)控模塊包括作為核心環(huán)節(jié)的限制器69，該限制器將要由動(dòng)力系統(tǒng)提供的功率Pa的信號(hào)限制在最大值上。如情況可能，本發(fā)明的這個(gè)方面應(yīng)受無(wú)依賴性的保護(hù)?？梢韵拗频焦潭ú蛔兊淖畲笾瞪?，但優(yōu)選地、該限制適應(yīng)性地并且針對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行。接下來(lái)這將詳細(xì)地闡明。極限值監(jiān)控模塊6包括多個(gè)、在示出的例子中為三個(gè)極限信號(hào)模塊61、63、65。所述三個(gè)極限信號(hào)模塊構(gòu)造成用于參照可預(yù)先給出的極限值來(lái)監(jiān)控特定的參數(shù)并且將相應(yīng)的信號(hào)傳遞到評(píng)價(jià)邏輯件60上。由空氣動(dòng)力估計(jì)器51得出的空氣動(dòng)力損耗功率Λ 和可預(yù)先給出 的最大損耗功率值的信號(hào)被呈送到第一極限信號(hào)模塊61上，例如APSi±=20%的額定功率。極限信號(hào)模塊61比較這些值并且在超出最大損耗功率值時(shí)僅將其值給出到評(píng)價(jià)邏輯件60上。求和環(huán)節(jié)62置于第二極限信號(hào)模塊63前，風(fēng)能設(shè)備的來(lái)自輸入端53的功率的信號(hào)和需求的動(dòng)力功率1^的信號(hào)被呈送到該求和環(huán)節(jié)上，并且由此形成需求的總功率，并且作為輸入端信號(hào)被呈送到第二極限信號(hào)模塊63上。此外，針對(duì)允許的最大功率P最大的信號(hào)被呈送到第二極限信號(hào)模塊63上。在超過(guò)這個(gè)值時(shí)，第二極限信號(hào)模塊63僅將該值給出到評(píng)價(jià)邏輯件60上。第三極限信號(hào)模塊65監(jiān)控由功率需求得出的扭矩Mb是否保持在允許的極限以下。為了確定這個(gè)扭矩，可以設(shè)置有除法環(huán)節(jié)64，該除法環(huán)節(jié)使所需求的總功率P,6除以例如由輸入端55呈送的轉(zhuǎn)速并且如此確定所需求的扭矩Mb。如果所需求的轉(zhuǎn)矩超出允許的極限扭矩，那么相應(yīng)限制的值被傳遞到評(píng)價(jià)邏輯件60上。評(píng)價(jià)邏輯件60評(píng)價(jià)不同的、呈送的信號(hào)并且由此確定被呈送到限制器69上的最大值。該評(píng)價(jià)邏輯件60在示出的實(shí)施例中實(shí)施為低選邏輯電路(Select-Low-Logik),在該低選邏輯電路中，最低的極限值起決定作用。選擇性地設(shè)置有用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置的特性曲線切換模塊24。除了在正常運(yùn)行中使用的基本特性曲線(參見(jiàn)虛線)外，該特性曲線切換模塊具有至少一條其它的、提供升高的扭矩的特性曲線(參見(jiàn)實(shí)線)。也可以備選地如下設(shè)置，即，特性曲線切換模塊24設(shè)置用于正常運(yùn)行的極限特性曲線和至少一條用于擴(kuò)展的扭矩范圍的極限特性曲線(參見(jiàn)點(diǎn)狀線)，從而使得擴(kuò)展的運(yùn)行范圍可供扭矩/轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器使用。為了操控特性曲線切換模塊24，設(shè)置有帶有平滑過(guò)渡環(huán)節(jié)43的切換傳感器42。切換傳感器42監(jiān)控針對(duì)需求的輔助功率Pifa的信號(hào)導(dǎo)線并且當(dāng)該輔助功率被需求時(shí)打開(kāi)并操控特性曲線切換模塊24。通過(guò)扭矩升高立即產(chǎn)生更多的有功功率。為了避免過(guò)電流，同時(shí)強(qiáng)烈地減小或完全阻斷無(wú)功電流的輸出。為此，給出相應(yīng)的阻斷信號(hào)Q到運(yùn)行控制裝置2上。在輔助功率需求結(jié)束后，再次發(fā)生向正常運(yùn)行的過(guò)渡。但這不是突變地，而是逐漸地進(jìn)行，以便避免在風(fēng)能設(shè)備的機(jī)械的和電氣的系統(tǒng)中的不穩(wěn)定性。為此，特性曲線切換模塊24不是立即切換回到正常運(yùn)行上，而是與平滑過(guò)渡環(huán)節(jié)43配合作用，從而逐漸地回到正常運(yùn)行的原先的特性曲線。在此，該平滑過(guò)渡環(huán)節(jié)43如下地設(shè)計(jì)，即，直到風(fēng)能設(shè)備再次達(dá)到它的正常運(yùn)行點(diǎn)，才再次達(dá)到原先的特性曲線。為此，平滑過(guò)渡環(huán)節(jié)43評(píng)價(jià)空氣動(dòng)力的損耗功率信號(hào)。如果這個(gè)值是零或者在可設(shè)定的閾值以下，則再次達(dá)到了正常的運(yùn)行點(diǎn)。也可以如下地設(shè)置，即，這種平滑過(guò)渡通過(guò)到一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡特性曲線中的、受控制的切換來(lái)施行。此外，設(shè)置有轉(zhuǎn)速梯度模塊39。該轉(zhuǎn)速梯度模塊在輸入端31上監(jiān)控輔助功率需求的消失。此外，風(fēng)輪轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)速η的信號(hào)被呈送。轉(zhuǎn)速梯度模塊39包括最高梯度限制器和最低梯度限制器。該轉(zhuǎn)速梯度模塊在輔助功率需求結(jié)束時(shí)被操控。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，由于動(dòng)能被汲取，相對(duì)于輸出值減小了風(fēng)輪轉(zhuǎn)子14的轉(zhuǎn)速η。該減小是顯著的，從而使得風(fēng)輪轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)遠(yuǎn)地運(yùn)轉(zhuǎn)在它的優(yōu)化的運(yùn)行條件外。因此，首先給出最低梯度，從而使得轉(zhuǎn)速再次快速地升高。因而存在針對(duì)轉(zhuǎn)速升高的優(yōu)先。另一方面，通過(guò)最高梯度阻止過(guò)快的升高，從而使得仍舊有足夠的用于產(chǎn)生電能的功率可供使用。在達(dá)到切換轉(zhuǎn)速時(shí)，優(yōu)選地改變最大梯度和最小梯度，更確切地說(shuō)，到更小的最低梯度和最高梯度。因此存在針對(duì)承擔(dān)轉(zhuǎn)速升高任務(wù)的能量產(chǎn)生的優(yōu)先，該轉(zhuǎn)速升高因此大多較慢地進(jìn)行。
因此在部分負(fù)載運(yùn)行中得出在圖3中示出的特性。假設(shè)風(fēng)速為恒定的，如在圖3Α中示出。因此，轉(zhuǎn)子葉片13的槳距角同樣是恒定的，參見(jiàn)圖3Β。在時(shí)間點(diǎn)t=25秒時(shí)，值為IOOkff的支持功率的需求被呈送10秒(參見(jiàn)圖3中的虛線)。輔助調(diào)節(jié)器3持續(xù)地確定相對(duì)于原先的目標(biāo)值計(jì)算的轉(zhuǎn)速變化，由此得出在t=25秒至t=35秒的時(shí)間段中的轉(zhuǎn)速的連續(xù)下降。通過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)速下降，風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12中的動(dòng)能減少，由此得出的功率作為額外的功率輸送給發(fā)電機(jī)和變流器14、15并且作為一次調(diào)節(jié)功率經(jīng)由導(dǎo)線17給出(圖3中的實(shí)線)。在自時(shí)間點(diǎn)t=35秒開(kāi)始的需求結(jié)束時(shí)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12的轉(zhuǎn)速顯著地下降，從而接下來(lái)不能立即地，而是直到逐漸進(jìn)行的轉(zhuǎn)速升高(由于相對(duì)低的風(fēng)速，這個(gè)過(guò)程持續(xù)的相當(dāng)長(zhǎng)直至?xí)r間點(diǎn)t=80秒)之后才可以再次設(shè)定出原先饋送的功率。在這種情況中，通過(guò)轉(zhuǎn)速梯度模塊39，在最初的二十秒中存在轉(zhuǎn)速上行的優(yōu)先，而自t=55開(kāi)始，在于是平緩進(jìn)行的轉(zhuǎn)速上升中(更低的轉(zhuǎn)速梯度)，存在功率產(chǎn)生的優(yōu)先。在圖4中再次示出自t=25秒開(kāi)始、持續(xù)10秒的對(duì)輔助功率的需求；但區(qū)別于圖3的圖示，風(fēng)能設(shè)備處于額定負(fù)載運(yùn)行中。風(fēng)速(參見(jiàn)圖4A)與此相應(yīng)地更高并且超出11米/秒的額定風(fēng)速。這使得輔助功率本身由風(fēng)生成成為可能，為此必須調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片13的槳距角；這在圖4B中示出。可看出，槳距角的調(diào)節(jié)持續(xù)少許時(shí)間，更確切地說(shuō)，在示出的實(shí)施例中大約2秒。為了即使在此期間也已經(jīng)可以提供所需要的輔助功率，在輔助功率的需求開(kāi)始時(shí)、通過(guò)抑制模塊4與它的起動(dòng)模塊41的配合作用，執(zhí)行轉(zhuǎn)速的下降，如之前描述的那樣。如果槳距角在時(shí)間點(diǎn)t=28秒達(dá)到它的值，則可以結(jié)束這個(gè)過(guò)程。抑制模塊4與轉(zhuǎn)速下降關(guān)聯(lián)，因此轉(zhuǎn)速然后再次升高并且緩慢地達(dá)到它的輸出值。如果對(duì)輔助功率的需求消失，則在時(shí)間點(diǎn)t=35秒同一個(gè)過(guò)程帶有相反的符號(hào)地重復(fù)。在圖4D中看出，利用起動(dòng)模塊41的作用，分別在輔助功率的要求的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，即在t=25秒和t=35秒時(shí)，以及利用抑制模塊4在其間的時(shí)間段中達(dá)到所需求的功率(虛線)和輸出的功率(實(shí)線)之間良好的一致。空氣動(dòng)力估計(jì)器51的工作方式在圖5中詳細(xì)地示出。再次涉及在部分負(fù)載中的運(yùn)行(對(duì)比圖3)，其中，在時(shí)間點(diǎn)t=25秒，需求輔助功率10秒。通過(guò)連續(xù)的轉(zhuǎn)速下降(參見(jiàn)圖5A)提供輔助功率，由此可以使電功率升高所需要的值(參見(jiàn)圖5B)。因?yàn)榘殡S著下降的轉(zhuǎn)速，風(fēng)輪轉(zhuǎn)子12上的空氣動(dòng)力比率越來(lái)越差，風(fēng)能設(shè)備I非優(yōu)化地運(yùn)行。由此得出的誘發(fā)的損耗功率由空氣動(dòng)力估計(jì)器51確定。這個(gè)值在圖5C中示出?？梢钥闯?，該值達(dá)到多于可供使用的輔助功率的一半的數(shù)量級(jí)，即不可以忽略。借助設(shè)置的空氣動(dòng)力估計(jì)器51，盡管有這個(gè)很大的、誘發(fā)的損耗，仍可以在時(shí)間段上穩(wěn)定地提供需求的輔助功率。圖6示出在非固定的風(fēng)條件的情況中的依據(jù)本發(fā)明的輔助調(diào)節(jié)器3的特性，特別是漸增的風(fēng)。也如在圖3中示出的情況，在時(shí)間點(diǎn)t=25秒，需求輔助功率10秒。風(fēng)速同步地開(kāi)始增加(圖6A)。本身需求的功率(該功率不考慮事先不知到的風(fēng)速升高)在圖6D中虛線地示出。實(shí)際輸出的功率用實(shí)線示出?？梢钥闯觯娠L(fēng)能設(shè)備實(shí)際輸出的功率伴隨風(fēng)速的升高一起升高并且仍如所需求那樣輸出過(guò)剩功率，如在輸出功率的下降處、在需求結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)t=35秒時(shí)清楚看出的那樣。因此，借助依據(jù)本發(fā)明的輔助調(diào)節(jié)裝置不但可以利用提高的風(fēng)速和此時(shí)升高的功率供應(yīng)，以及除此之外也還可以為了滿足一次調(diào)節(jié)而提供額外地需求的輔助功率。這表明，本發(fā)明即使在非固定的條件中也最優(yōu)地工作。 本發(fā)明在帶有多個(gè)風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用在圖7中示出。圖7A作為參照而起作用并且示出單個(gè)的風(fēng)能設(shè)備，圖7B示出帶有10個(gè)風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)，圖7C示出帶有50個(gè)風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)并且圖7D示出帶有240個(gè)風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)。分別在時(shí)間點(diǎn)t=60秒時(shí)出現(xiàn)持續(xù)10秒的值為安裝功率5%的輔助功率需求。在單個(gè)的風(fēng)能設(shè)備中，幾乎不能看出這個(gè)輔助功率的滿足，因?yàn)橛捎谧兓娘L(fēng)速，相應(yīng)的功率升高由功率差別覆蓋。在帶有十個(gè)風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)中(圖7B)，風(fēng)速的隨機(jī)變化被部分地平均掉了，從而更明顯地體現(xiàn)出輔助功率。對(duì)于帶有更多風(fēng)能設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)(圖7C和圖7D)，這種現(xiàn)象得以加強(qiáng)，其中，最終在圖7D中觀察到，借助大量風(fēng)能設(shè)備實(shí)用地補(bǔ)償隨機(jī)波動(dòng)。因此，在其中應(yīng)用本發(fā)明的大風(fēng)電場(chǎng)適合以出色的方式提供輔助功率。在帶有場(chǎng)管理中心的風(fēng)電場(chǎng)中，可以設(shè)置如下，S卩，通過(guò)場(chǎng)管理中心將需要的輔助功率分配到各個(gè)風(fēng)能設(shè)備上。到各個(gè)風(fēng)能設(shè)備上的風(fēng)電場(chǎng)的輔助功率目標(biāo)值的分配與其相對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的總功率的功率份額成比例地進(jìn)行。但優(yōu)選地，所有在風(fēng)電場(chǎng)中存在的風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子慣性矩總和可以由場(chǎng)管理中心確定，并且依賴于各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子慣性矩占風(fēng)電場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子慣性矩總和的份額，確定各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的輔助功率目標(biāo)值。在圖8a和Sb中，示出由風(fēng)能設(shè)備在頻率干擾情況下所饋送的輔助功率的兩個(gè)不同的上升函數(shù)和衰減函數(shù)的例子。這些函數(shù)在動(dòng)態(tài)模塊45中實(shí)現(xiàn)(參見(jiàn)圖2)。因?yàn)樯仙退p相互區(qū)別，它們分別獨(dú)立實(shí)現(xiàn)在上升環(huán)節(jié)46或衰減環(huán)節(jié)47中。在圖8a的情況中，如此地實(shí)施上升環(huán)節(jié)，即，在時(shí)間點(diǎn)10秒時(shí)、在出現(xiàn)電網(wǎng)干擾的情況下，額外地饋送10%的輔助功率，確切地說(shuō)持續(xù)10秒。接著，衰減環(huán)節(jié)47直接作用，該衰減環(huán)節(jié)移去輔助功率并且保證至少80%的在頻率偏差出現(xiàn)前饋送的功率也在復(fù)原階段期間被饋送，確切地說(shuō)持續(xù)20秒。為此，動(dòng)態(tài)模塊45可以方便地與上面描述的梯度模塊36配合作用。在圖8b中示出另一種動(dòng)態(tài)分布。在這種情況中，上升和衰減非常顯著地相互區(qū)另|J。如下地設(shè)置，即，在時(shí)間點(diǎn)10秒出現(xiàn)頻率偏差時(shí)，上升環(huán)節(jié)46直接立即切換到最大輔助功率上，然后，該最大輔助功率在頻率干擾期間呈雙曲線形地持續(xù)下降(直到大概在時(shí)間點(diǎn)20秒時(shí))。在這種情況中，在曲線下的面積(通過(guò)陰影線辨識(shí))是由風(fēng)輪轉(zhuǎn)子汲取的動(dòng)能的度量。如果頻率在干擾結(jié)束時(shí)緩慢地再次回到它的原先的值上，那么衰減環(huán)節(jié)47可以用輕微的下沖使得在隨后的30秒后再次達(dá)到原先的狀態(tài)。利用在動(dòng)態(tài)模塊中的這樣的實(shí)現(xiàn)，風(fēng)能設(shè)備相對(duì)于電網(wǎng)表現(xiàn)得如同常規(guī)發(fā)電站的大型同步發(fā)電機(jī)。借助這個(gè)發(fā)明理念，它的 優(yōu)良的電網(wǎng)支持的特性可以移植到風(fēng)能設(shè)備上。
權(quán)利要求
1.風(fēng)能設(shè)備，其帶有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子(12)、用所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的與變流器(15)配合作用用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)(14)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)和與所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置配合作用的變流器控制裝置(25)，其中，所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)(nMf)， 其特征在于， 設(shè)置有輔助調(diào)節(jié)裝置(3)，所述輔助調(diào)節(jié)裝置具有用于輔助功率的輸入端(31)并且構(gòu)造成用于在考慮轉(zhuǎn)子慣性矩的情況下由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)速變化信號(hào)并且將轉(zhuǎn)速變化信號(hào)作為輸出信號(hào)給出，所述輸出信號(hào)經(jīng)由運(yùn)算環(huán)節(jié)(29)加在所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有校正環(huán)節(jié)(5)，所述校正環(huán)節(jié)構(gòu)造成用于依賴于所調(diào)用的輔助功率改變所述輔助調(diào)節(jié)器(3)的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有估計(jì)空氣動(dòng)力效率和/或風(fēng)能設(shè)備的功率的空氣動(dòng)力估計(jì)器(51 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，此外設(shè)置有風(fēng)觀察器(52)，所述風(fēng)觀察器由功率的和轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)確定風(fēng)速并且將風(fēng)速給出到所述空氣動(dòng)力估計(jì)器(51)上。
5.根據(jù)之前的權(quán)利要求的其中一個(gè)所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有抑制環(huán)節(jié)(4)，所述抑制環(huán)節(jié)在滿負(fù)載運(yùn)行中阻斷所述輔助調(diào)節(jié)裝置(3)，并且優(yōu)選地與起動(dòng)模塊(41)配合作用，所述起動(dòng)模塊構(gòu)造成用于在輔助功率變化時(shí)超馳越過(guò)所述抑制環(huán)節(jié)(4)。
6.根據(jù)之前的權(quán)利要求的其中一個(gè)所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有極限值監(jiān)控模塊(6)，所述極限值監(jiān)控模塊構(gòu)造成用于依賴于極限值打破來(lái)限制或解除所述輔助調(diào)節(jié)裝置(3)，特別是當(dāng)超過(guò)空氣動(dòng)力效率的極限值、電氣極限和/或依賴轉(zhuǎn)速的扭矩極限特性曲線時(shí)。
7.根據(jù)之前的權(quán)利要求的其中一個(gè)所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，所述輔助調(diào)節(jié)器(3)具有扭矩限制環(huán)節(jié)，所述扭矩限制環(huán)節(jié)優(yōu)選構(gòu)造成用于限制轉(zhuǎn)速變化。
8.根據(jù)之前的權(quán)利要求的其中一個(gè)所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有用于所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)的特性曲線切換模塊(24)，所述特性曲線切換模塊在輔助功率的情況下切換到帶有更高扭矩的另外的特性曲線上，其中，優(yōu)選地產(chǎn)生用于降低無(wú)功功率輸出的限制信號(hào)(QP_)，并且此外優(yōu)選地在所述輔助功率結(jié)束時(shí)借助平滑過(guò)渡環(huán)節(jié)(43)逐漸地切換回到原先的特性曲線上。
9.根據(jù)之前的權(quán)利要求的其中一個(gè)所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，設(shè)置有輔助功率確定裝置(44)，所述輔助功率確定裝置構(gòu)造成用于借助在電網(wǎng)(9、99)中測(cè)量的頻率來(lái)確定輔助功率，特別是借助依賴頻率的特性曲線環(huán)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，所述輔助功率確定裝置(44)與動(dòng)態(tài)模塊(45)配合作用，所述動(dòng)態(tài)模塊優(yōu)選由電網(wǎng)(9、99)中頻率陷落的深度和/或時(shí)間上的梯度確定輔助功率，更確切地說(shuō)，優(yōu)選地分別針對(duì)開(kāi)始和結(jié)束借助上升環(huán)節(jié)(46)和衰減環(huán)節(jié)(47),所述上升環(huán)節(jié)和所述衰減環(huán)節(jié)優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)不同的函數(shù)。
11.根據(jù)之前的權(quán)利要求的其中一個(gè)所述的風(fēng)能設(shè)備，其特征在于，所述輔助調(diào)節(jié)器(3)具有轉(zhuǎn)速梯度模塊(39)，所述轉(zhuǎn)速梯度模塊構(gòu)造成用于在輔助功率結(jié)束后預(yù)先給出轉(zhuǎn)速提聞的最低梯度和優(yōu)選地最聞梯度。
12.風(fēng)電場(chǎng)，其帶有場(chǎng)管理中心(8)和多個(gè)風(fēng)能設(shè)備(1、1’)，其中，所述風(fēng)能設(shè)備各配設(shè)有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子(12)、用所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的與變流器(15)配合作用用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)(14)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)和與所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置配合作用的變流器控制裝置(25)，其中，所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)(nref)， 其特征在于， 至少在一部分風(fēng)能設(shè)備(I)上設(shè)置有輔助調(diào)節(jié)裝置(3)，所述輔助調(diào)節(jié)裝置具有用于輔助功率的輸入端(31)并且構(gòu)造成用于在考慮轉(zhuǎn)子慣性矩的情況下由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)速變化信號(hào)并且將轉(zhuǎn)速變化信號(hào)作為輸出信號(hào)給出，所述輸出信號(hào)經(jīng)由運(yùn)算環(huán)節(jié)(29)加在所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)上，并且所述場(chǎng)管理中心(8)具有將所需求的輔助功率分配到所提及的部分風(fēng)能設(shè)備(I、I’)上的慣性控制模塊(70)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，所述慣性控制模塊(70)構(gòu)造成用于將所述輔助功率均勻地分配到轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)能設(shè)備上，并且特別是構(gòu)造成用于將所述輔助功率如下方式地分配到轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)能設(shè)備上，即，由各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子慣性矩占風(fēng)電場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)著的風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子慣性矩總和的份額確定所述各個(gè)風(fēng)能設(shè)備的輔助功率的份額。
14.用于運(yùn)行風(fēng)能設(shè)備的方法，所述風(fēng)能設(shè)備包括有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子(12)、用所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的與變流器(15)配合作用用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)(14)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)和與所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置配合作用的變流器控制裝置(25)，所述方法包括給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)(nMf)， 其特征在于， 呈送輔助功率的信號(hào)， 在考慮轉(zhuǎn)子慣性矩的情況下確定并給出轉(zhuǎn)速變化信號(hào)，并且 將所述轉(zhuǎn)速變化信號(hào)加到所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)(nMf)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法根據(jù)權(quán)利要求2至11的其中一個(gè)進(jìn)行了改進(jìn)。
16.用于運(yùn)行帶有場(chǎng)管理中心(8)和多個(gè)風(fēng)能設(shè)備(1、1’)的風(fēng)電場(chǎng)的方法，其中，所述風(fēng)能設(shè)備各配設(shè)有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子(12)、用所述風(fēng)輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的與變流器(15)配合作用用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)(14)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)和與所述轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置配合作用的變流器控制裝置(25)，所述方法包括給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)(nref), 其特征在于 在至少一部分風(fēng)能設(shè)備上 呈送輔助功率的信號(hào)， 在考慮轉(zhuǎn)子慣性矩的情況下確定并給出轉(zhuǎn)速變化信號(hào)，并且 將所述轉(zhuǎn)速變化信號(hào)加到所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)(nMf)上，以及 由所述場(chǎng)管理中心(8)將所需求的輔助功率分配到這部分風(fēng)能設(shè)備上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法根據(jù)權(quán)利要求12或13中的一個(gè)進(jìn)行了改進(jìn)。
全文摘要
風(fēng)能設(shè)備，其帶有風(fēng)輪轉(zhuǎn)子(12)、用該風(fēng)輪轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的與變流器(15)配合作用用于產(chǎn)生電功率的發(fā)電機(jī)(14)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)和與其配合作用的變流器控制裝置(25)，其中，該轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置(21)給出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)(nref)。此外，設(shè)置有輔助調(diào)節(jié)裝置(3)，該輔助調(diào)節(jié)裝置具有用于輔助功率的輸入端(31)并且構(gòu)造成用于在考慮轉(zhuǎn)子慣性矩的情況下由此產(chǎn)生轉(zhuǎn)速變化信號(hào)并且將其作為輸出信號(hào)給出，該輸出信號(hào)經(jīng)由運(yùn)算環(huán)節(jié)(29)加在目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)上。通過(guò)轉(zhuǎn)速的降低，從風(fēng)輪轉(zhuǎn)子上控制性地汲取由發(fā)電機(jī)(14)轉(zhuǎn)化為輔助電能的動(dòng)能。以這種方式，可以通過(guò)轉(zhuǎn)速變化有針對(duì)性地提供一次調(diào)節(jié)功率，確切地說(shuō)，即使是在非固定的風(fēng)條件下。
文檔編號(hào)F03D7/04GK102834606SQ201180017886
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者托馬斯·克呂格爾, 延斯·蓋斯勒, 斯特凡·施拉德?tīng)?申請(qǐng)人:再生動(dòng)力系統(tǒng)歐洲股份公司