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Dokumentenidentifikation DE3308566C2 05.11.1987
Titel Windturbinenanlage
Anmelder United Technologies Corp., Hartford, Conn., US
Erfinder Kos, Joseph Michael, Holyoke, Mass., US;
Patrick, John Peter;
Harner, Kermit Ivan, Windsor, Conn., US
Vertreter Menges, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 10.03.1983
DE-Aktenzeichen 3308566
Offenlegungstag 13.10.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.11.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.11.1987
IPC-Hauptklasse F03D 7/04
Zusammenfassung Ein Beschleunigungsmesser (1), der auf dem Turm (12) einer durch eine Windturbine angetriebenen elektrischen Generatoranlage in der Nähe des Rotors (10, 16) der Windturbine angeordnet ist, liefert ein Signal (1), das die Beschleunigung des Turms in der Richtung der Rotordrehachse angibt. Das Signal (2) wird durch ein Bandpaßfilter (4) geleitet und mit einem Drehmoment/Leistung-geregelten Blatteinstellwinkelreferenzgeschwindigkeitssignal (98) summiert (9), dessen Integral (104) ein Blatteinstellwinkelreferenzsignal (40) zum Steuern des Einstellwinkels der Rotorblätter (10) durch eine Blattverstellvorrichtung (38) ergibt, wodurch eine zusätzliche, positive aerodynamische Dämpfung des Turms erfolgt, während der Blattwinkel zum Konstanthalten von Drehmoment/Leistung auf Windturbulenz hin beeinflußt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Windturbinenanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die Ausnutzung des Windes als billige Quelle für elektrische Energie hat offensichtlich den Nachteil der Abhängigkeit von den Windbedingungen. Um eine Windturbinenanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie brauchbar und wirtschaftlich nutzbar zu machen, ist es notwendig, den Betrieb der Windturbine in einem breiten Bereich von Windbedingungen und für den größten Anteil der möglichen Zeit zu gewährleisten. Windturbinen werden deshalb üblicherweise dort angeordnet (manchmal gebündelt in sog. Windenergiefarmen), wo die vorherrschenden Windbedingungen relativ günstig sind, d. h. wo eine ausreichende Windgeschwindigkeit für eine möglichst lange Zeit verfügbar ist. Wenn jedoch der Wind eine ausreichende Stärke zur Erzeugung von nutzbarer elektrischer Energie hat, ist er gewöhnlich während eines beträchtlichen Anteils der Zeit böig.

Für eine wirksame Erzeugung von elektrischer Energie unter Ausnutzung des Windes werden sehr große Blätter (Paare von Blättern mit einer Gesamtlänge in der Größenordnung von 30 bis 100 m) an der Spitze von sehr hohen Türmen (mit einer Höhe zwischen 30 und 90 m) angebracht. Weil die Windturbine direkt mit der elektrischen Generatoranlage verbunden ist (über Getriebe und elastische Verbindungswellen), erfordert das Aufrechterhalten des Soll-Wertes der erzeugten elektrischen Energie (so daß diese zu der Gesamtenergie beitragen kann, die an ein elektrisches Versorgungsnetz abgegeben wird) das Beeinflussen des Blatteinstellwinkels, um die Auswirkungen von unvorhersagbaren Windböen und Turbulenz auf die durch die Windturbine erzeugte Energie zu kompensieren. Es sind deshalb bereits Regeleinrichtungen geschaffen worden, um entweder das Soll- Rotorwellendrehmoment des Rotors oder die durch den Generator erzeugte Leistung zu überwachen und Veränderungen dieser Faktoren auszunutzen, um den Blatteinstellwinkel der Blätter so zu beeinflussen, daß die Nennleistung bei Windgeschwindigkeiten, die bei oder über der Nennwindgeschwindigkeit liegen, aufrechterhalten wird (statt der Begriffe Drehmoment und Leistung, die durch die Drehgeschwindigkeit des Generators in direkter Beziehung zu einander stehen, wird im folgenden auch einfach der Begriff elektrische Energie benutzt. Der maximale Effekt tritt auf, wenn die Blätter einen kleinen Blatteinstellwinkel haben (die Blattoberflächen sind im wesentlichen rechtwinklig zu der Rotorwelle), und der minimale Effekt tritt auf, wenn die Blätter ihren maximalen Winkel von ungefähr 90° haben (die Oberflächen sind grundsätzlich parallel zu der Rotorwelle, was als "Segelstellung" bezeichnet wird.

Eine Regeleinrichtung dieses Typs ist in der US-PS 41 93 005 beschrieben.

Ein hoher Windturbinenturm mit sehr großen Blättern, Wellen und Getrieben, elektrischem Generator und zugeordneter Regelungs- und Schutzausrüstung, die an der Spitze des Turms angeordnet sind, ist notwendigerweise eine freitragend angeordnete Masse, die eine Steifigkeitskonstante und ein strukturelles Dämpfungsverhältnis hat. Irgendeine Kraft wird die erste Eigenschwingungsfrequenz des Turms anregen.

Der Schub an den Blättern (verursacht durch den auf die Blätter parallel zu der Drehachse des Windturbinenrotors einwirkenden Wind) ist eine Kraft, die bestrebt ist, die Windturbinenanlage in Richtung des Windes zu beschleunigen. Die Spitze des Windturbinenturms nimmt deshalb (im Beharrungszustand) eine Position ein, wo die Schubkraft durch die in dem Turmaufbau in Abhängigkeit von der Turmsteifigkeit entwickelte Reaktionskraft ausgeglichen ist. Wenn sich die Windgeschwindigkeit ändert (z. B. wenn eine Bö auftritt), so wird dadurch die Gesamtkraft verändert, die auf die Ausrüstung an der Spitze des Turms ausgeübt wird, was zur Folge hat, daß sich der Turm in einer Richtung parallel zu der Windkraft vor- und zurückbewegt (schwingt). Wenn die Windgeschwindigkeit unter der Geschwindigkeit ist, bei der die Nennenergie erzeugt wird, kann der Blatteinstellwinkel fest eingestellt bleiben oder geringfügig beeinflußt werden, um die Energieerzeugung zu optimieren, wenn sich die Windgeschwindigkeit ändert. Bei einem festen (oder beinahe konstanten) Blatteinstellwinkel wird der Schub (die Längswindkraft) an den Blättern mit zunehmender Windgeschwindigkeit in allen Fällen zunehmen, und deshalb wird jede Bewegung der Spitze des Turms eine positive aerodynamische Dämpfung auf den Turm ausüben (in demselben Sinne wie die strukturelle Dämpfung des Turms). In diesem Fall wird die Schwingung des Turms mit dessen erster Eigenschwingungsfrequenz auf eine Zusatzkraft aufgrund einer Windbö hin abgeschwächt und von geringer Bedeutung sein. Oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit (d. h. der Windgeschwindigkeit, bei der die Nennenergie erzeugt wird) reagiert die Regeleinrichtung auf Veränderungen der erzeugten Energie, die durch Windböen oder Turbulenz verursacht werden, und verstellt den Blatteinstellwinkel derart, daß die erzeugte Energie konstant gehalten wird. Wenn bei konstant gehaltener Energie die Windgeschwindigkeit zunimmt, nimmt der Schub ab. Daher führt die Blattverstellung auf eine Windbö hin, um die erzeugte Energie konstant zu halten, zu einem entgegengesetzten Zusatzschub, der deshalb so gerichtet ist, daß eine negative aerodynamische Dämpfung auf den Turm ausgeübt wird. Diese negative Dämpfung subtrahiert sich von der strukturellen Dämpfung des Turms und führt zu größeren Turmschwingungen. Bei Windturbinen, die für maximale Windenergieausnutzung und enge Regelung der erzeugten elektrischen Energie ausgelegt sind, kann die negative Dämpfung die strukturelle Dämpfung im Energieregelbetrieb übersteigen. Das ergibt insgesamt eine negative Dämpfung des Turms, so daß der Turm unstabil wird (die Turmbewegung nimmt mit jeder Periode derselben bei der ersten Eigenschwingungsfrequenz des Turms zu). In der Tat hat eine ausführliche Analyse gezeigt, daß die Wechselwirkung zwischen dem Turm und der Energie- Regelung zu einer starken Verschlechterung der Dauerfestigkeit des Turms von mehreren zehn Jahren auf größenordnungsmäßig wenige Jahre führen kann.

Eine Anfangsbetrachtung des Problems kann auf den Gedanken führen, ein Kerbfilter zu benutzen, um die Blatteinstellwinkelkorrektur bei einer Blatteinstellwinkelführungsfrequenz, die in Beziehung zu der ersten Eigenschwingungsfrequenz des Turms und der Ausrüstung desselben steht, stark zu beschneiden. Diese Lösung führt jedoch zu großen transienten Fehlern in der erzeugten Energie, und zwar wegen der Verringerung der Ansprechempfindlichkeit der Energieregeleinrichtung. Es ist außerdem bereits vorgeschlagen worden, eine zeitliche Änderung des Blatteinstellwinkels mit einem Signal zu verbessern, das aus der Turmbiegung gewonnen wird, um den Turm effektiv zu dämpfen, aus diesem Vorschlag ist jedoch nichts geworden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Windturbinenanlage der eingangs genannten Art während der Regelung der erzeugten Energie durch Verstellen des Blatteinstellwinkels, um durch Windturbulenz hervorgerufene Schwankungen der erzeugten Energie zu minimieren, für eine zusätzliche positive Dämpfung des Turms zu sorgen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung verändert die Regeleinrichtung das Blatteinstellsignal zum Aufrechterhalten der Soll-Energie bei turbulentem Wind in Abhängigkeit von einem Signal, das die Längsbewegung des Turms parallel zu der Rotorachse angibt, derart, daß sich eine positive aerodynamische Dämpfung des Turms ergibt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Beschleunigungsmesser an der Spitze des Turms angeordnet, auf welchem der Rotor, die elektrische Generatoranlage, Steuer- und Regeleinrichtungen und weitere Vorrichtungen einer durch eine Windturbine angetriebenen elektrischen Generatoranlage angebracht sind. Das von dem Beschleunigungsmesser abgegebene Beschleunigungssignal wird gefiltert und an die Blattverstellvorrichtung als eine korrektive Blatteinstellsignalkomponente angelegt, die, wenn sie zu dem Blatteinstellsignal addiert und integriert wird, eine positive Dämpfung des Turms bewirkt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Beschleunigungsmesserausgangssignal durch ein Bandpaßfilter geleitet, bevor es bei der Erzeugung eines Blatteinstellsignals benutzt wird, um Fremdsignale zu eliminieren, die mit Frequenzen auftreten können, welche für die Regeleinrichtung nicht von Interesse sind.

Durch die Erfindung werden effektiv Zusatz- oder inkrementelle Schwubveränderungen durch Zusatz- oder inkrementelle Änderungen des Blatteinstellwinkels erzeugt, der als Ergebnis von Windböen auftritt, welche bei der ersten Eigenschwingungsfrequenz des Turms mit der Geschwindigkeit an der Spitze des Turms in Phase sind, wodurch sie als positiver Dämpfungsschub wirken. Die Erfindung erfordert zwar eine zusätzliche Bewegungsmeßvorrichtung (Beschleunigungsmesser) auf dem Turm, es wird aber auf relativ einfache Weise eine zusätzliche positive Dämpfung bei der ersten Eigenschwingungsfrequenz des Turms erzielt, und zwar praktisch ohne nachteilige Auswirkung auf die Erzeugung der elektrischen Soll-Energie.

Die Signalverarbeitung kann dabei in Abhängigkeit von der Anlage auf analoge oder digitale Weise vorgenommen werden, indem diskrete, zweckbestimmte Hardwareelemente oder geeignete Programmeinstellungen in einem zur Regelung der erzeugten elektrischen Energie benutzten Computer, wie beispielsweise einem Mikroprozessor, verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Windturbinenanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie.

Es wird ein Ausführungsbeispiel der Windturbinenanlage beschrieben, die mit einer Regeleinrichtung versehen ist, wie sie in der oben erwähnten US-PS 41 93 005 beschrieben ist. Eine allgemeine Beschreibung der Regeleinrichtung, die in dieser US-Patentschrift beschrieben ist, erfolgt zuerst unter Bezugnahme auf die hier in der Zeichnung mit den Bezugszahlen 10-104 bezeichneten Komponenten, die die gleichen wie in der genannten US-Patentschrift sind; die in Klammern angegebenen Figuren sind die Figuren der genannten US-Patentschrift. Anschließend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in bezug auf die mit den Bezugszahlen 1-9 bezeichneten Komponenten beschrieben.

Gemäß der Zeichnung hat der Rotor der als Beispiel gewählten Windturbinenanlage zwei diametral entgegengesetzte, gleiche Blätter 10, die insgesamt eine Länge in dem Bereich zwischen 30 m und 100 m habe und an einem Turm 12 befestigt sind. Die mechanischen Komponenten, Steuereinrichtungen und die Ausrüstung für die elektrische Energieerzeugung, die der Windturbine zugeordnet sind, sind in einer Gondel 14 enthalten, die auf dem Turm 12 befestigt ist. Der Aufbau von Windturbinen und die Zusatzausrüstung für diese, wie beispielsweise Giersteuereinrichtungen zum Ausrichten der Blätter in den vorherrschenden Wind, sind bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben.

Die Blätter 10 sind an einer Nabe 16 befestigt, die über eine Welle 18 mit der elektrischen Generatoranlage 20-32 verbunden ist, welche ein Getriebe, einen Synchrongenerator, Ausrüstung zum Verbinden des Generators mit einer Belastung (wie beispielsweise dem Stromversorgungsnetz eines Stromversorgungsunternehmens) und eine Phasensynchronisierschaltungsanordnung enthalten kann. Die elektrische Generatoranlage 20-32 liefert ein Off/On-Line-Signal auf einer Signalleitung 34, das angibt, ob der Generator an das Stromversorgungsnetz angeschlossen ist.

Eine Regeleinrichtung 36 , die insgesamt in Fig. 3 der genannten US-Patentschrift dargestellt ist, gibt ein Blatteinstellsignal BR an eine elektrohydraulische Blattverstellvorrichtung 38 über eine Leitung 40 ab. Die Blattverstellvorrichtung 38 bewirkt mittels des Blatteinstellsignals BR auf der Leitung 40, daß die Blätter 10 einen Blatteinstellwinkel (BP in dem genannten US-Patent) erhalten, bei dem die erzeugte Ist-Energie gleich der Soll-Energie ist.

Signale, die die Augenblicksbetriebsparameter der Windturbine angeben, werden der Regeleinrichtung 36 zugeführt. Ein Rotordrehzahlmeßwandler 46, der der Nabe 16 zugeordnet ist, liefert ein Rotordrehzahlsignal NR auf einer Leitung 48. Ein ähnlicher Meßwandler 50, der mit der Welle des Synchrongenerators verbunden ist, liefert ein Generatordrehzahlsignal NG auf einer Leitung 52. Ein Drehmomentmeßwandler 54, der Dehnungsmesser enthalten kann und an der Welle 18 angeordnet ist, liefert ein Wellendrehmomentsignal QS auf einer Leitung 56. Die Regeleinrichtung 36 wird außerdem mit mehreren festen oder variablen Soll-Signalen versorgt, die eine Soll- Leerlaufrotordrehzahl, Grenzwerte der Rotorbeschleunigung und -abbremsung angeben, und ein Start/Stop-Signal, das angibt, wann die Windturbine in Betrieb oder in Segelstellung und im wesentlichen stationär sein soll. Diese Signale sind mit Bezug auf Fig. 2 des genannten US- Patents ausführlicher beschrieben. Ein Windgeschwindigkeitsfühler 74, der an der Gondel 14 angeordnet ist, liefert ein Signal, das die mittlere Windgeschwindigkeit VW angibt, auf einer Leitung 76.

Wenn die Windturbine nicht in Betrieb ist, sind die Blätter 10 auf ihren maximalen Einstellwinkel (90°) eingestellt, so daß sie in Segelstellung sind. Die Blätter werden daher im wesentlichen kein Drehmoment auf die Nabe 16 ausüben. Wenn die Windturbine in Betrieb gesetzt werden soll, veranlaßt ein Startsignal, daß Leerlauf-, Anlauf- und Abschaltsteuereinrichtungen 78-94 (in dem genannten US-Patent so bezeichnet und mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 dieses US-Patents ausführlicher beschrieben) allmählich den Blatteinstellwinkel verkleinern, so daß der Rotor und der Generator auf Nenndrehzahlbedingungen beschleunigt werden, ohne daß die Blätter in den Strömungsabriß gelangen oder große Beschleunigungsbeanspruchungen hervorgerufen werden. Nachdem der Rotor mit einer Winkelgeschwindigkei läuft, die in der gewünschten Beziehung zu der Frequenz der erzeugten elektrischen Energie steht, was notwendig ist, kann die Drehzahl etwas verändert werden, bis die elektrische Generatoranlage 20-32 in Synchronismus mit der Frequenz des Stromversorgungsnetzes ist, mit dem der Generator schließlich verbunden wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Steuerung von den Leerlauf-, Anlauf- und Abschaltsteuereinrichtungen 78-94 auf eine Wellendrehmomentregeleinrichtung 100 (die ausführlich mit Bezug auf Fig. 6 des genannten US-Patents beschrieben ist) umgeschaltet. Wenn die Windturbine abgeschaltet werden soll, geht die Steuerung wieder auf die Leerlauf-, Anlauf- und Abschaltsteuereinrichtungen 78-94 über, die veranlassen, daß die Blätter in Segelstellung gebracht werden, ohne daß beim Abbremsen übermäßige Beanspruchungen hervorgerufen werden. Gemäß der Beschreibung in dem genannten US-Patent ist das Mindestblatteinstellwinkeländerungssignal BMN auf der Leitung 95 so, daß eine Änderung des Blatteinstellwinkels verursacht wird, die notwendig ist, um eine feste zeitliche Änderung der Rotorwinkelbeschleunigung während des Anlaufs aufrechtzuerhalten, um die richtige Winkeldrehgeschwindigkeit während des Leerlaufs aufrechtzuerhalten und um eine feste zeitliche Änderung der Rotorwinkelverzögerung während der Abschaltung aufrechtzuerhalten.

Wenn die elektrische Generatoranlage 20-32 phasensynchron mit der Spannung des Netzes ist (d. h. dieselbe Frequenz, Amplitude und Phase hat), wird die Anlage mit dem Netz verbunden, und es erscheint ein Signal auf der Leitung 34, das angibt, daß die Windturbine on-line ist. Der Übergang zwischen On-line-Betrieb und Off-line-Betrieb erfolgt durch einen Betriebsartwähler 96 (der ausführlicher mit Bezug auf Fig. 7 in dem genannten US-Patent beschrieben ist), der auf das Off/On-line-Signal auf der Leitung 34 anspricht. Wenn das erfolgt, legt der Betriebsartwähler 96 ein Wellendrehmomentblatteinstellwinkeländerungssignal BQ auf einer Leitung 98 (ohne Berücksichtigung der Verbesserung nach der Erfindung, die im folgenden beschrieben ist) an eine Leitung 102 an, wo es zu dem Soll- Blatteinstellwinkeländerungssignal BR wird; wenn aber die Windturbine off-line ist, bewirkt das Nichtvorhandensein des Signals auf der Leitung 34, daß die Leitung 102 das Mindestblatteinstellwinkeländerungssignal BMN von der Leitung 95 empfängt. Wenn die Windturbine on-line ist, ist das Wellendrehmomentblatteinstellwinkeländerungssignal BQ auf der Leitung 98 so, daß der Windturbine maximale Energie bis zu der Nennenergie bei allen Windgeschwindigkeiten zwischen Ein- und Abschaltung entnommen wird; bei den Nennwindgeschwindigkeiten wird das Signal auf der Leitung 98 verändert, um die erzeugte elektrische Energie auf dem Soll- Wert (Nennwert) zu halten.

Das Soll-Blatteinstellwinkeländerungssignal BR auf der Leitung 102 wird in das Blatteinstellsignal BR auf der Leitung 40 mittels eines Integrators 104 umgewandelt (der mit Bezug auf Fig. 8 in dem genannten US-Patent ausführlicher beschrieben ist). Der Integrator 104 enthält Einrichtungen zum Begrenzen der zeitlichen Änderung des Signals auf der Leitung 40 sowie zum Begrenzen der maximalen positiven und negativen Größe desselben.

Bis hierher ist die Beschreibung eine Zusammenfassung der oben erwähnen US-Patentschrift. Die nachteilige Kopplung zwischen dem Turm 12 bei dessen erster Eigenschwingungsfrequenz und der Regeleinrichtung 36, die bis hierher beschrieben worden ist, wird durch die Erfindung abgeschwächt, indem zusätzliche Signalkomponenten vorgesehen werden, die bewirken, daß zusätzliche Schubveränderungen in Phase mit der Geschwindigkeit der Spitze des Turms sind, wodurch eine zusätzliche, positive aerodynamische Dämpfung des Turms bewirkt wird. Das hilft, jede Turmschwingung zu dämpfen, die durch Störungen der Belastung der Blätter und die entsprechende Korrektur des Blatteinstellwinkels, wie sie durch unvorhersagbare Windturbulenz verursacht werden, hervorgerufen wird.

Als Bewegungsmeßvorrichtung ist ein Beschleunigungsmesser 1 so angebracht, daß seine empfindliche Achse parallel zu der Rotorwelle der Windturbine ist, und das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers auf einer Leitung 2 wird an ein Bandpaßfilter 4 angelegt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 6 an einen Verstärker 7 angelegt wird, dessen Ausgangssignal über eine Signalleitung 8 an einen Summierverstärker 9 angelegt wird, in welchem das gefilterte Beschleunigungssignal zu dem Wellendrehmomentblatteinstellwinkeländerungssignal BQ auf der Leitung 98 addiert wird.

Der Beschleunigungsmesser 1 kann von einer Bauart sein, wie sie zum Messen von niedrigen Beschleunigungen benutzt wird, wie beispielsweise Vibrationen oder Schwingungen in Gebäuden, Türmen, Brücken und dgl. Ein solcher Beschleunigungsmesser hat eine eingebaute Löschfiltercharakteristik, die einen Teil der Funktion des Bandpaßfilters 4 erfüllt; in einem solchen Fall ist ein Verzögerungsfilter (statt des Bandpaßfilters 4) geeignet. Es können jedoch auch andere Modelle ohne Löschfilter benutzt werden, indem ein vollständiges Bandpaßfilter 4 benutzt wird. Der Zweck des Bandpaßfilters besteht darin, jedes Ansprechen auf langfristige, stationäre Ausgangssignale des Beschleunigungsmessers (wie beispielsweise eine langfristige Nulldrift) sowie auf Hochfrequenzkomponenten (Harmonische und Rauschen), die alle für das Steuern der Turmdämpfung nutzlos sind, zu eliminieren. Bei einem großen Turm des beschriebenen Typs kann das Bandpaßfilter ein Filter erster Ordnung (oder höherer Ordnung, bei Bedarf) sein, mit Knickpunkten von 0,1 rad/s und 1,0 rad/s und mit einem Durchlaßbereichsmittelpunkt bei 0,3 rad/s. Der obere Knickpunkt kann etwas unterhalb der ersten Eigenschwingungsfrequenz des Turms liegen; die Knickpunkte können so eingestellt werden, daß sich ein maximales erwünschtes Ansprechen ergibt (einschließlich Phaseneinstellung des bei der Turmbewegung hervorgerufenen Drehmoments). Ein 10-Sekunden-Löschfilter in Reihe mit einem 1-Sekunden-Verzögerungsfilter kann geeignet sein. Der Verstärker 7 hat eine Verstärkung KZ, die so gewählt ist, daß sich das gewünschte Ansprechen ergibt. Das Filter 4 und die Verstärkung 7 können in einem Computerprogramm realisiert werden.

Andere Bewegungsmeßvorrichtungen (beispielsweise optische Vorrichtungen) können statt des Beschleunigungsmessers 1 benutzt werden, vorausgesetzt, daß das die Bewegung angebende Signal derselben geeignet verarbeitet wird, um Beschleunigungseingangssignal an dem Summierverstärker 9 zu ergeben; oder es könnte statt dessen ein Geschwindigkeitssignal mit dem Blatteinstellsignal BR auf der Leitung 40 summiert werden. Die Windturbinenanlage kann auch in Off-line-Betrieb verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, ein Blatteinstellsignal geeigneter Größe und Phase in bezug auf die Turmbewegung zu liefern, so daß eine zusätzliche positive aerodynamische Dämpfung des Turms 12 erfolgt.


Anspruch[de]
  1. 1. Windturbinenanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie, mit:

    einem Turm;

    einem auf dem Turm angeordneten Rotor mit Blättern, die um eine Achse drehbar sind, und mit einer Blattverstellvorrichtung; und

    einer Regeleinrichtung zum Liefern eines Ist-Energie- Signals, das den Ist-Wert der durch die Windturbinenanlage erzeugten Energie angibt, zum Liefern eines Soll-Energie-Signals, das den Soll-Wert der erzeugten Energie angibt, und zum Abgeben eines Blatteinstellsignals an die Blattverstellvorrichtung als Funktion der Differenz zwischen dem Ist-Energie-Signal und dem Soll-Energie-Signal;

    gekennzeichnet durch:

    eine Bewegungsmeßvorrichtung (1), die auf dem Turm (12) in der Nähe des Rotors (10, 16) angeordnet ist und ein Bewegungssignal (2) liefert, das die Bewegung des Turms parallel zu der Blattdrehachse angibt;

    wobei die Regeleinrichtung (36) eine Einrichtung (4, 7, 9) enthält, die das Blatteinstellsignal in Abhängigkeit von dem Bewegungssignal verändert.
  2. 2. Windturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmeßvorrichtung einen Beschleunigungsmesser (1) aufweist und daß die Regeleinrichtung (36) eine Einrichtung (4, 7, 9) enthält zum Liefern des Blatteinstellsignals als Integralfunktion des Bewegungssignals.
  3. 3. Windturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsmeßvorrichtung einen Beschleunigungsmesser (1) aufweist und daß die Regeleinrichtung (36) eine Einrichtung (4, 7, 9) enthält zum Liefern des Blatteinstellsignals als eine Integralfunktion der Summation des Bewegungssignals mit einem Signal, das die Differenz zwischen dem Ist-Energie-Signal und dem Soll-Energie-Signal angibt.
  4. 4. Windturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (36) eine Einrichtung (4) enthält zum Liefern des Blatteinstellsignals als bandpaßgefilterte Funktion des Bewegungssignals, wobei der Durchlaßbereich der gefilterten Funktion Signale der ersten Eigenschwingungsfrequenz des Turmes (12) durchläßt.






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