专利名称：具有叶片加热装置的风能设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种风能设备， 其具有用于驱动发电机的转子，其中，转子具有叶片， 叶片既能螺距调整，又能通过叶片加热件而被加热。
背景技术：
风能设备作为分散的电能发生器尤其适用于用在人烟稀少而风力状况良好的地区。许多这种人烟稀少的地区都处在气候恶劣地带。尤其是那些气候寒冷的地区就称得上是气候恶劣地带。为了在“寒冷气候”条件下使风能设备能运行，通常需要对于转子叶片的叶片加热件。因为业已表明没有这种加热件的话，在运行时会在转子叶片上形成或积聚冰，其中，冰在很多方面都是不利的。一方面，冰改变了转子叶片的空气动力学特性，这恰在转子叶片的十分前沿的空气动力学设计中通常会导致剧烈恶化。此外，由于结冰加大了转子叶片的重量，由此，由转子叶片的悬挂装置承受的力增加；这特别是在高转速下以及离心力相应增长的运行中或在由各转子叶片上的不同的结冰引起轮毂不平衡时是这样的情况。 最后还因为冰的抛掷，也就是说由于从转子叶片上分离并且被甩出的冰碎块而对风能设备周围的人和物造成巨大威胁。风能设备通常在转子叶片积冰时停止运行。为了避免这些缺陷，可以设置有叶片加热件。由于转子叶片的尺寸以及有时恶劣的气候条件，对于叶片加热需要相对较多的加热功率。要在那些需要叶片加热件的地方，亦即在转子轮毂内提供该叶片加热件，则需要一些附加费用，因而产生了额外成本。为了在不用放大在轮毂内提供的功率的情况下仍能供给大型耗电器，如叶片加热件，公知如下的结构，在该结构中，风能设备在转子叶片加热期间停止运行(DE 103 23 785 Al)。但这样做的缺陷在于，在转子叶片被加热的阶段期间，不再由风能设备产生任何电功率。为此这样做的优点在于，在静止时几乎不需要为风能设备的自身需求使用功率，以及因而在轮毂内提供的全部电功率都能用于对转子叶片的加热。加热通常持续至15分钟，并且之后又重新起动风能设备。尽管利用这种停止机构的加热基本上证明可行，但这样做的缺陷在于，在加热时间内，风能设备不产生电能，亦即产能减小。这一点还会由此变糟，即，仅接着的重新起动很消耗时间，这还减小了风能设备的能量产出。但更加棘手的缺陷首先在于，没法避免本身的积冰亦即因而不能排除对周围环境的威胁。
发明内容
因此，本发明基于如下任务，即以如下方式来改善开头所提到类型的风能设备， 即，在轮毂上也能运行大电功率的消耗器，如叶片加热装置，并且在此避免了对功率提供装置进行花费很大的放大措施。按本发明的解决方案见于独立权利要求的特征。有利的改进方案是从属权利要求的主题。在风能设备中包括带有叶片的转子和利用转子驱动的发电机，以产生电能，其中， 叶片可以螺距调整，并且设置有用于调整叶片的螺距角的螺距系统，该螺距系统由轮毂电源供电，按照本发明设置有螺距功率控制器，该螺距功率控制器将由轮毂电源提供的功率在螺距系统与附加耗电器之间动态分配，以及另外以如下方式影响螺距系统，使得螺距系统的功率吸纳在高负荷运行中变小。接下来先阐释一些使用的术语附加耗电器指的是如下的器件，该器件布置在转子轮毂上并且行使对风能设备的基本运行而言不必需的附加的功能。在此尤其指的是大型消耗器，其具有占轮毂中提供的电功率的至少五分之一，优选一半的功率吸纳。对于这种附加消耗器的示例有用于转子叶片的特别是带有电阻加热装置或加热风机的叶片加热装置、用于给轮毂除湿的空调装备、 用于炎热气候地域使用的冷却装置、功率较强的警告和保险装置(如转子叶片的高强度危险闪光装置)、或花费特别大的测量值检测系统(如LIDAR (激光雷达)或用于风力或涡流识别和确定的相位阵列雷达系统)。高负荷运行指的是，风能设备被这样配置，S卩优先进行附加耗电器的供应。与正常运行的区别在于，在正常运行时对风能设备的转速调节具有优先地位，对风能设备的转速调节实现了最佳的能量产出，以及不进行附加耗电器的运行或附加耗电器的运行仅以很小程度进行。动态分配指的是，由螺距功率控制器传输给螺距系统或附加耗电器的功率在运行期间是可改变的。动态分配尤其也 意味着，螺距功率控制器调节附加耗电器的功率需求。因此动态分配也通过耗电器的接通或切断来进行，或通过耗电器的工作点调整来进行。轮毂电源指的是在其容量上受限的电能源，轮毂电源提供在转子结构组件中的电功率。这大多指的是风能设备的功率受限的传递系统，转子以能转动的方式布置在风能设备上。例如这种传递系统可以是集电环，以及在这种情况下，轮毂电源受到集电环最大可传递功率的限制。但轮毂电源也可以自供给式地产生电功率，例如通过蓄电池和/或轴传动发电机。本发明基于如下的构思，S卩由转子中的轮毂电源提供的电功率在高负荷运行中被不同于正常运行地分配，也就是说，由螺距系统吸纳的电功率变小以及因而被保持在这样的界限中，即，大部分电功率都可以提供用于附加耗电器的运行。于是，附加耗电器可以无限制地以完全功率运行。对于叶片加热件的情况而言，这就意味着完全加热作用，如其通常仅在风能设备停止时才能达到的那样。本发明的核心规定了动态修改的功率分支，其中， 在高负荷运行时，螺距系统的功率吸纳变小并且因而提供了用于运行附加耗电器的附加功率。于是，可以避免如在现有技术中那样对轮毂电源进行放大或显著的运行限制。得益于本发明，尽管对于附加耗电器有显著的功率需求，但现有的传统的轮毂电源已经够用。不再需要附加费用来放大轮毂电源。螺距功率控制器优选这样构造，即对功率的限制不再一成不变地进行，而是有适应性地进行。为此，适当地设置有适配装置，该适配装置监控螺距功率控制器并且影响该螺距功率控制器。适配装置能以各种方式来构造。因此，在第一种实施类型中，适配装置具有电流监控模块。在此情况下，当轮毂电源以可调整的最高程度(例如90%)承担负荷时，由螺距系统吸纳的功率变小。因此确保了 即使在高激活度(Aktivitat)的情况下，也始终为附加耗电器足够地提供功率。这优选包括负荷传感器。负荷传感器可以构造在螺距驱动器上，例如作为电流传感器(直接式测量)，或可以由螺距调整速度和加速度的信号来确定功率吸纳(间接式测量)；在此得出存在螺距系统的高负荷，因而进行相应的干预以减小功率吸纳。电流监控模块优选被构造用于影响螺距系统的参数，例如在螺距控制中，减少对调节器的增益或减小最大容许螺距调整速度。此外可以设置为，适配装置具有节流模块。节流模块为风能设备的各个运行点确定相应的节流后的运行点，在该运行点上，由发电机产生的转速和/或功率变小。因此，预留量扩大直至达到相应的极限值(转速和/或功率)，因而接下来在充分利用这种预留量的情况下需要明显更小的螺距激活度。适当的是，节流模块还被构造用于减小螺距控制装置的调节品质。由此，扩宽公差带以及因而减小螺距系统的激活度，由此，最终从轮毂电源提供更多的功率给附加耗电器。为保险起见，适配装置可以还配设有中断模块。中断模块构造用于，在出现风能设备的预先确定的状态时，向螺距功率控制器发出一个挂起信号，以及因而截止高负荷运行。 中断模块优选与用于识别电压扰动的器件连接。因此，在电网故障的情况下在电压扰动时， 风能设备可以中断高负荷运行，以及因而提供其所有用于处理电压扰动的能源。此外，设置有用于识别电网重新运行的器件。但当出现电网的重新运行时，那么风能设备的起动以及为此必要的改螺距距具有优先权，从而为此适当地切断附加耗电器。中断模块可以具有对于螺距系统的确定的高负荷状况的其他信号输入，尤其是对于螺距系统中达到最大电流或执行紧急运行的其他信号输入。此外，本发明还延伸至一种按独立权利要求所述的方法。为详细阐释，参引前面的说明。
下面，参考附图结合实施例详细来阐释本发明。在附图中图I示出按本发明的实施例的风能设备的总览图；图2示出在按图I的风能设备的轮毂中的电气部件的示意图；以及图3示出关于时间的状态图线。
具体实施例方式
按本发明的一种实施例的风能设备包括一个沿地平经度方向可枢转地布置在塔架10上的吊舱11。在吊舱11的端侧上以能转动的方式布置着转子2，转子2通过发电机轴12驱动发电机13，以用于产生电能。发电机13在所示实施例中实施成双重馈给式异步发电机，并且与变流器14联接。由发电机13和变流器14提供的电功率通过在塔架10中走向的功率电缆15引导至塔架底部，并且在那连接到机器变压器16上，以输出已产生的处于平均电压水平上的电能。另外，在吊舱11中布置有运行控制装置17。运行控制装置17被构造用于控制风能设备的各个单个系统，以及此外该运行控制装置17为了通信，例如通过无线电接口 18与上一级的管控装置连接，如在风场中的风场管理者(Parkmaster)和/或供电网络运行商的网络管控中心。
转子2包括多个转子叶片21，转子叶片21可以关于它们的螺距角Θ调节地布置在发电机轴12的端部上的轮毂20上。为了调节螺距角Θ设置有螺距系统4，螺距系统4包括布置在各转子叶片21的叶片根部上的齿圈41，与轮毂固定地布置的伺服电机42的驱动小齿轮嵌接到该齿圈41中。为了驱控螺距系统4，可以在轮毂中设置有自有的螺距控制装置43。螺距控制装置43获得运行控制装置17的引导信号。此外，在轮毂20中设置有用于螺距系统4的轮毂电源40。轮毂电源40可以尤其是集电环，来自吊舱11的电功率通过该集电环导入轮毂20中。但作为备选或附加地，也涉及电池40’或涉及在轴12上运行的轴传动发电机40”。螺距系统4的工作方式为由运行控制装置17预先给定螺距角的额定值Θ s，以及这个螺距角的额定值Θ s然后由螺距控制装置43通过对作用到转子叶片21的齿圈41上的驱动电机42加以操作而得到调整，使得转子叶片21发生相对转动直至达到正确的螺距角Θ。转子叶片21还配设有叶片加热件5，叶片加热件5优选至少布置在转子叶片21的轮毂板条的区域中。叶片加热件5在所示实施例中实施成电加热元件。叶片加热件5是轮毂20中的附加耗电器，其在加热运行(“高负荷运行”)中要求相当大的电功率。所述轮毂电源40用于供能，轮毂电源40也为螺距系统4供能。为了在螺距系统4与叶片加热件5之间分配功率，按照本发明设置有螺距功率控制器6。该螺距功率控制器6具有控制组件60 和带有一个功率输入端和两个功率输出端的连接组件61。在功率输入端上连接有轮毂电源 40。在两个输出端的其中一个上连接有螺距系统4以及在两个输出端的另一个上连接有叶片加热件5。螺距功率控制器可以构造用于数字变换，其中，仅向两个系统中的个一个输送功率；但在所示实施例中应当涉及如下的系统，该系统可以分配功率，从而使所述两个系统也能同时被供应(不一定要一样大的)功率。 由控制组件60来操作螺距功率控制器6的连接组件61。控制组件60被构造用于在加热运行时减小被螺距系统4吸纳的功率。为此，控制组件60通过第一信号线路62连接到螺距控制装置43上。因而实现了减小螺距系统4的功率吸纳，并且为了加热运行始终有足够的功率提供给叶片加热件5。适配装置8与螺距功率控制器6共同作用。适配装置8具有多个功能模块，亦即 电流监控模块81、节流模块82和中断模块83。电流监控模块81被构造用于在加热运行时借助功率传感器44来监控对螺距系统4的操作。若进行如下的操作，即达到功率吸纳的临界值(例如与叶片加热装置一起调用轮毂电源40的90%的功率)，那么为了保护轮毂电源 40不承受过度负荷而对螺距系统控制装置43的调节器参数加以影响。尤其可以因而促使对螺距驱动器42的调节速度和调节加速度加以限制。节流模块82被构造用于风能设备预防性地以较小的负荷运行。为此，基于在各环境条件下得到的正常运行点尤其是与参数转速和功率相关地形成从正常运行点的值中抽取(abziehen)的偏差值，以便因而产生对于在修改的运行点中的参数经修改的额定值。为此设置有接口 84，接口 84将对于运行点的改变后的数据用到运行控制装置17上。这具体意味着，例如自在部分负荷运行情况下转速％为20转/分钟(U/min)的运行点出发，对于用于加热运行的额定转速，确定了具有有所下降的为16转/分钟(U/min)的转速nB’的经修改的运行点，但其中，螺距系统控制装置43的公差极限和干预阈值没有相应地紧跟。因此存在明显的缓冲，从而即使在有风突然剧烈吹入时也不需要进行对螺距系统4的操作， 因而由轮毂电源40提供的功率可以几乎以完全的程度用于叶片加热件5。相应情况也适用于全负荷运行的情况。在此取代转速的是，相应降低功率的运行点，由此获得相应的功率预留量，这种功率预留量又相应地减小螺距系统4的接通概率。中断模块83具有多个信号输入端，信号输入端分别被构造用于检测确定的状态。 于是，在第一信号输入端上布置有对于电压扰动的探测器85。要注意的是，探测器85是独立的结构元件，或者是与其他已经存在的而且实施电压扰动探测(例如在运行控制装置17 中)的器件的连接件。若以此方式检测到出现了电压扰动，那么中断模块83以如下方式影响螺距功率控制器6，即使由轮毂电源40提供给叶片加热件5的功率强烈变小或甚至完全被切断。因此，实现了在这种特殊的运行情况中为螺距系统4足够地供应功率，以便也能够实施有螺距调整速度和加速度很高的大幅螺距变化。相应地设置有对于网络重新运行的探测器86、对于螺距紧急运行的探测器87以及另一个用于识别何时达到来自轮毂电源40的最大电流的传感器89。另外连接一个超速转速探测器88，从而在达到极限转速时由中断模块83发出一个挂起信号。若在此还超过了转速加速度的极限值，那么操作转子制动器22。此外可以设置有释放装置80，释放装置80由螺距系统4操作。释放装置80包括两个输入端、一个用于由螺距系统4发出的释放信号的接口以及一个用于由运行控制装置 17输出的附加消耗器请求信号的接口。释放装置80的输出端连接到螺距功率控制器上。 释放装置80以如下方式与螺距功率控制器6共同作用，S卩在出现预先确定的设备状况时， 附加的耗点器(即加热系统5)被接通并且切换到加热运行。这可以直接通过由螺距系统4 施加给释放装置80的信号来促成，由此使螺距功率控制器6给加热系统5分配功率。但也可以设置有分两级的释放方式，其中，由运行控制装置17向释放装置80施加一个对应加热运行的请求信号，该请求信号仅当也存在螺距控制装置4的释放信号时，才与螺距功率控制器接通。对于这种运行状况的示例尤其是当螺距系统4处在休眠模式时在部分负荷下的设备运行，在螺距激活度仅很小的定向风的情况下的设备运行或设备停运。图3中示出了一种工作方式的示例。在图3a中示出了伴随或不伴随接通的加热运行的各种阶段。在阶段I中，加热运行尚未被接通，也就是说，风能设备正常运行。在接下来的阶段II中激活加热运行。在图3b中示出了由螺距系统4调节的转速值。在图3c中以调整螺距角Θ而操作螺距伺服驱动器42为构型示出了螺距系统4的激活度，其中，利用该螺距角Θ达到依照图3b的通过运行点预先确定的转速。人们认识到，在阶段I中，为了遵守转速预先确定值，需要螺距系统的活跃多变的激活度。在时间点h上，节流模块82确定了转速nB’很低的经修改的运行点。螺距功率控制器6被激活以及将大部分功率分配给叶片加热件5。此外，操作电流监控模块81。在图3b和3c中可以看到效果，之后在阶段II， 转速偏差要大于在没有加热运行的之前的运行阶段I，但这种偏差有赖于在先的转速下降而不是引发争议，并且没有超过之前调整的运行点的转速nB ;运行因此是安全的。因为因此可以容许较大的偏差，所以螺距系统4的激活度在阶段II变小。这在图3c中可以很好地看至IJ。因为调节振幅和速度以及加速度变小，所以螺距系统4的电流消耗相应变小，因而有足够的功率提供给叶片加热件5的运行。这种状态持续直至在阶段II b中在电网中出现短路为止。短路被探测器85识别并且作为信号施加给中断模块83。在这时，中断模块83截止加热运行，方法是这样驱控螺距功率控制器6，使功率仅被提供给螺距系统4。用于叶片加热件5的功率因而被取消。 相应地也取消经修改的运行点以及对螺距系统的激活度的限制，因而风能设备能以完全程度对这种故障情况做出反应。阶段II b持续直至通过探测器86识别到电网重新运行为止。然后接下来在阶段II C中恢复到相应于阶段II a地进行的加热运行。
此外假设，出现了转子2的超速转速(例如由于变压器16连于其上的电网中的低电压)。转速在时间点t4超过趋势强烈上升(也就是说很大的转速加速度)的转速上限nH。 这被超速转速探测器88识别到，以及中断模块83以如下方式操作螺距功率控制器6，使功率仅提供给螺距系统4，从而螺距系统能以完全的激活度来对超速转速做出反应。为了彻底排除由高转速加速度引起的对风能设备的安全性的风险，还附加地操作转子制动器22，以便使转速稳定化(阶段II d)。
权利要求
1.风能设备，其包括带有叶片(21)的转子(2)和利用所述转子(2)驱动的发电机(13)，以产生电能，其中，所述叶片(21)能螺距调整，并且设置有螺距系统(4)用于调整所述叶片(21)的螺距角(Θ )，所述螺距系统(4)由轮毂电源(40)供电，其中，还在所述轮毂上设置有附加耗电器(5), 其特征在于，设置有螺距功率控制器(6)，所述螺距功率控制器(6)在所述螺距系统(4)与所述附加耗电器(5)之间动态地分配所述轮毂电源(40)的功率，并且还以如下方式影响所述螺距系统(4)，即使所述螺距系统(4)的功率吸纳在高负荷运行中变小。
2.按权利要求I所述的风能设备，其特征在于，设置有适配装置(8)，所述适配装置(8)监控所述螺距系统(4)和/或所述附加耗电器(5)的运行条件，并且影响所述螺距功率控制器(6)。
3.按权利要求2所述的风能设备，其特征在于，所述适配装置(8)具有电流监控模块(81)，所述电流监控模块(81)监控所述螺距系统(4)处的电流以及在达到极限值时，对所述螺距系统(4)的运行參数加以修改。
4.按权利要求3所述的风能设备，其特征在于，所述电流监控模块(81)包括负荷传感器(44)。
5.按权利要求2至4之一所述的风能设备，其特征在于，所述适配装置(8)配设有用于所述螺距控制装置(43)的节流模块(82)。
6.按权利要求5所述的风能设备，其特征在于，所述节流模块(82)改变所述螺距控制装置(43)的额定值，方式为在运行点上确定具有降低的转速和/或功率额定值的节流运行点。
7.按前述权利要求5或6所述的风能设备，其特征在于，所述节流模块(82)还被构造用于减小所述螺距控制装置的调节品质。
8.按权利要求2至7之一所述的风能设备，其特征在于，所述适配装置(8)具有中断模块(83)，所述中断模块(83)被构造用于以如下方式影响所述螺距功率控制器(6)，即在出现所述风能设备的预先确定的状态时，结束高负荷运行。
9.按前述权利要求之一所述的风能设备，其特征在于，设置有释放装置(80)，所述释放装置(80)由所述螺距系统(4)驱控，并且促使所述螺距功率控制器(6)切換到高负荷运行。
10.按权利要求9所述的风能设备，其特征在于，所述风能设备的运行控制装置(17)通过请求信号线路与所述释放装置(80)的输入端连接。
11.用于运行风能设备的方法，所述风能设备包括带有叶片(21)的转子(2)和利用所述转子(2)驱动的发电机(13)，以产生电能，其中，所述叶片(21)能螺距调整并且设置有螺距系统(4)用于调整所述叶片(21)的螺距角(Θ )，所述螺距系统(4)由轮毂电源(40)供电，其中，还设置有附加耗电器(5)，所述附加耗电器(5)在高负荷运行中被操作， 其特征在于，在高负荷运行中，所述附加耗电器(5)由所述轮毂电源(40)供电，并且由所述螺距系统(4)从所述轮毂电源(40)吸纳的功率变小。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，使用按权利要求2至10之一所述的适配装置(8)。
全文摘要
本发明涉及一种风能设备，其包括带有叶片(21)的转子(2)和利用转子(2)驱动的发电机(13)，以产生电能，其中，叶片(21)可以螺距调整，并且设置有螺距系统(4)用于调整叶片(21)的螺距角(θ)，螺距系统(4)由轮毂电源(40)供电，其中，还在轮毂上设置有附加耗电器(5)，以及其中，设置有螺距功率控制器(6)，螺距功率控制器(6)在螺距系统(4)与附加耗电器(5)之间动态地分配轮毂电源(40)的功率，并且还以如下方式影响螺距系统(4)，即使螺距系统(4)的功率吸纳在高负荷运行中变小。因此在高负荷运行中螺距系统(4)的功率吸纳变小，并且进而提供了用于运行附加消耗器(5)的附加功率。功率强大的附加消耗器(5)(如叶片加热件)也可以这样运行，而不需要放大轮毂电源(40)。
文档编号F03D7/04GK102713270SQ201180006716
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者马丁·冯穆提亚斯, 马蒂亚斯·彼得斯 申请人:再生动力系统欧洲股份公司