技术摘要：
本发明涉及一种风能设备(100)，所述风能设备具有：塔(102)；空气动力学转子(106)，其中空气动力学转子(106)可借助能改变的转子转速(n)运行并且具有多个转子叶片(108)，所述转子叶片分别具有可调节的转子叶片设定角(a)；用于产生电输出功率的发电机(Gen)，其中为了运行  全部
背景技术：
已知的是，空气动力学转子的转动根据转子转速可以激发风能设备的固有频率或 风能设备的塔的固有频率。作为补救对此从现有技术中已知的是，快速地穿过相应的可能 激发塔的或风能设备的这种固有频率的转子转速。 这种措施以准确地了解相应的固有频率或激发所述固有频率的转速、在此称作为 临界转速为前提条件，从而需要的是，分别在所述临界转速下方的运行和在所述临界转速 上方的运行之间区别。附加地，尤其在穿过临界转速范围时必须承担差的效率。尤其可能必 要的是，为了穿过这种临界转速范围，减小输出功率进而减小在该功率下的收益。 德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到如下现有技术：US  2009/0292  397  A1，US  2014/0  327  243  A1，EP  2  113  659  A2和WO  2001/77  524  A1。
技术实现要素：
因此，本发明基于如下目的，解决所述问题中的至少一个问题。尤其地，应提出如 下解决方案，在所述解决方案中，避免通过转子尤其对风能设备的塔的振荡激发，至少相对 于迄今的解决方案减小，在收益尽可能高的情况下。至少应相对于迄今的解决方案提出一 种替选的解决方案。 根据本发明，对此提出根据权利要求1的风能设备。这种风能设备具有塔和空气动 力学转子，所述空气动力学转子能够以改变的转子转速运行。转子转速可以简单地也称作 为转速。空气动力学转子具有多个转子叶片，所述转子叶片分别具有可调节的转子叶片设 定角。因此，转子叶片的相对于风的迎流角可以调节。 此外，设有用于产生电输出功率的发电机，并且发电机在运行时通过空气动力学 转子驱动。优选地，提出无传动装置的构成方案，其中空气动力学转子直接与发电机的电动 力学转子耦联，使得空气动力学转子和电动力学转子以相同的转速转动。 为了运行风能设备，预设运行特征曲线，所述运行特征曲线说明在转子转速和输 出功率之间的关联关系。对此，风能设备具有控制装置，所述控制装置根据运行特征曲线与 转子转速相关地设定输出功率。这种控制装置可以作为控制模块或例如作为处理计算机设 置在风能设备中。优选地，运行特征曲线也可以保存在控制装置中。 运行特征曲线此外具有启动转速，只要风能设备在足够的风速下启动，则转子转 速升高到所述启动转速。如果风速还不足够，则风能设备不运行。然而如果风能设备不运 行，根据转子的一个实施方式转子可能处于滑行工况中，其中在此始终表示空气动力学转 子的转子转动，但由此不在风能设备中产生输出功率。如果存在足够的风，即风速是足够高 的，则风能设备以启动转速启动。风能设备的这种启动表示，所述风能设备随后通过运行引 导来引导并且在此借助于发电机产生输出功率。尤其地，那么风能设备的方位角调节装置 5 CN 111601969 A 说　明　书 2/9 页 处于运行中并且尤其地转子叶片的转子叶片设定角也设定成，使得其可以从风中提取尽可 能优化的功率。 对此现在提出，与风能设备的塔固有频率相关地，并且此外或替选地与主风的检 测到的紊流量相关地，规定启动转速。 特别地，与塔固有频率相关地选择启动转速实现如下可能性，启动转速选择得大， 使得不激发塔固有频率，其方式为：启动转速选择得大至，使得其高于可激发塔固有频率的 转速。因此提出，将相应的转速范围减小成这种小于激发塔固有频率的转速。 在此要注意的是，这不表示，风能设备在如下强的风下才启动，在所述风下，转子 转速根据常见的运行特征曲线位于激发塔固有频率的转速之上。更确切地说，在此在启动 范围中提出，在与迄今尽可能同样弱的风下启动，但是在此选择比其他情况更高的转速。 可能的是，由此在所述较高的启动转速的具体的运行点中实现略微更差的效率。 但是这可以通过整体上改进的运行抵消。甚至当由此在可以进行启动的启动风速轻微提高 时，在总效率中然而可以出现提高的收益。尤其地，可以避免不利地穿过临界转速范围，所 述临界转速范围即可以激发塔固有频率。 也已知的是，不仅通过精确地激发塔固有频率可以出现塔负荷，而且具体的风况 也可以加强这种塔负荷。例如，相对缓慢地转动的空气动力学转子可以通过叶片在塔处连 续通过而具有叶片通过频率，使得这可以引起塔负荷。如果风现在基本上是均衡的且是静 态的，则可能能够容忍这种负荷。但是已知的是，通过风的高的紊流，即尤其风的高的阵风 性，负荷还能够加强。对此现在已知的是，提高启动转速可以减小总负荷。 尤其优选地，与塔固有频率相关地和与检测到的紊流量相关地规定启动转速。因 此，启动转速可以提升到高于临界转速。在此，用临界转速原则上表示激发塔的固有频率的 转速。根据风的紊流程度有多大，即风的阵风性有多强，启动转速可以附加地还进一步地提 升，以便实现距临界转速的更大的间距。尤其在此提出，启动转速越大程度地高于临界转 速，风的紊流程度越大。 优选地提出，作为紊流量考虑紊流强度。 风的紊流可以通过紊流强度TI描述： 标准偏差σu如下限定： 其中在时间段T中取平均值的风速 为了描述非静态流u，通常将平均速度由函数 叠加： 因此，紊流强度描绘风速关于在较长的时间段中、例如在10分钟中取平均值的风 速的标准偏差。由此给出如下量值，叠加的函数关于风速如何强。所述紊流强度就此而言也 6 CN 111601969 A 说　明　书 3/9 页 是代表风的波动的强度的量值，所述波动为对风能设备的附加的负荷。对此已知的是，如果 转速距临界转速的间距略微更大，则在临界转速的范围中在紊流的风的情况下已经实现卸 荷。通过预设相应高的启动转速实现，风能设备的整个运行高于所述临界转速，更确切地说 以相应足够的间距高于所述临界转速。但是通过观察紊流强度可以避免将转速距临界转速 的间距选择得不必要地大。 根据一个实施方式提出，高于运行特征曲线的启动转速与启动输出功率相关联。 对此那么提出，在风能设备启动时首先设定启动输出功率，直至风速继续提高。这尤其可以 执行成，使得检测和预先确定风速，在所述风速下在相应的转子叶片设定角的情况下得出 具有启动转速和启动输出功率的这种运行点。如果随后存在所述风速，那么风能设备可以 启动并且设备可以直接地提高速度到所述预定的运行点。 根据一个设计方案，因此也提出，规定启动风速或启动转矩，并且在风速升高到启 动风速上时或在转子转矩升高到启动转矩上时，风能设备启动，其中转子转速升高到启动 转速并且设定启动输出功率。 优选地，启动转速通过如下方式规定：相应地规定运行特征曲线。启动转速原则上 处于运行特征曲线的开始处。运行特征曲线因此直观而言具有一些运行点，所述运行点分 别定义成输出功率和转子转速的值对。其中一个是如下运行点，所述运行点通过作为转子 转速的启动转速和输出功率限定，尤其是启动输出功率。那么因此如果启动转速规定或改 变，那么在运行特征曲线上预设相应的运行点，从而运行特征曲线规定或改变。 替代规定运行特征曲线，即例如点对点地或经由角部数据预设，也考虑，保存多个 预定的运行特征曲线，并且然后从所述多个预定的运行特征曲线中选择具有期望的启动转 速的运行特征曲线。如果期望的启动转速不刚好位于预定的运行特征曲线中的一个运行特 征曲线上，那么可能在此在两个运行特征曲线之间插值。 优选地，紊流量为代表如下内容的量值：主风的紊流程度，其中紊流量越大，则风 的紊流程度越大。对此此外提出，启动转速选择得越大，即规定得越大，则紊流量就越大。尤 其地，已经阐述的紊流强度是如下紊流量，所述紊流量越大，则主风的紊流程度就越大。根 据该建议，当紊流量越大时，启动转速就选择得越大，借此距达到距临界转速的间距越大， 则风的紊流程度就越大。借此，以简单的方式和方法经由规定启动转速可以避免临界转速， 同时也可以避免通过在临界转速附近的转子转速造成的过高的负荷。 优选地，因此也提出，启动转速选择成，使得其高于激发塔固有频率的转子转速。 所述提议的优选性已经阐述，尤其由此可以从一开始实现，转子转速原则上仅高于激发塔 固有频率的转速，进而可以避免经过临界转速的过程。 尤其地，启动转速选择成，使得其所属的叶片通过频率高于塔固有频率。尤其提 出，其叶片通过频率比塔固有频率高至少5％。通过选择所述5％作为最小间距，可以避免激 发塔固有频率，同时几乎不预期收益损失。 在此，叶片通过频率是如下频率，借助所述频率，转子叶片在塔之前经过。如果例 如转子以6转每分钟转动，则转子因此在10秒中转动1次。但是，在所述10秒中，在转子具有3 个转子叶片的情况下，全部转子叶片经过塔一次，使得叶片通过频率不为0.1赫兹，而是为 0.3赫兹。因此提出，特别考虑所述叶片通过频率并且将启动转速选择成，使得所述叶片通 过频率高于塔固有频率。借此当已知塔固有频率时，能够以简单的方式找到用于启动转速 7 CN 111601969 A 说　明　书 4/9 页 的可靠值并且随后相应地设定。 根据一个实施方式提出，启动转速与启动转子叶片设定角相关联。因此已知的是， 在相同的风速下与其他的启动转速相比，改变的启动转速可以引起空气动力学的改变。对 此提出，这通过调整的启动转子叶片设定角来考虑。由此可以在所述通过改变的启动转速 改变的空气动力学条件下实现良好的空气动力学关系。 尤其提出，启动转子叶片设定角选择得越大，则启动转速就选择得越大。对此尤其 提出，随着启动转速的每次改变，启动转子叶片设定角也改变，即尤其改变地预设。尤其地 在此提出，规定启动运行点，所述启动运行点通过启动转速、启动输出功率和启动转子叶片 设定角限定。借此，可以实现最优的启动条件，所述启动条件可以实现避免临界转速，可以 避免通过靠近临界转速的紊流造成的强的负荷并且同时可以实现尽可能高的收益。 尤其地，通过这种增大的启动转子叶片设定角，所谓的轴向感生、即空气在转子圆 面中的制动可以再次减小，以便由此至少部分地再次补偿通过提升启动转速造成的感生。 根据转子叶片设计，提高的感生可以引起在转子叶片处的通过提高启动转子转速造成的低 效的功率转换。如果例如转子叶片在提高启动转速之前在贝茨最佳值中对于在1/3处的轴 向感生运行，那么提高的启动转速引起，感生提升到高于1/3的值，从而从最佳值中移出。启 动转子叶片设定角的增大随后引起，感生又下降并且再次朝向最佳值移动。 根据一个设计方案提出，与启动转速相关地选择在启动转速时出现的叶尖速比。 风能设备在特定的风速下启动并且随后启动到预设的启动转速。对此提出，对于随后存在 的空气动力学情形选择叶尖速比。叶尖速比是空气动力学的转子、即在其叶片尖部处的环 周速度关于主风速的比值。叶尖速比是用于空气动力学情形的重要的特征参数，进而提出， 其经由有利地选择叶尖速比而设定或者至少有益地受到影响。 如果预设启动转速，那么叶尖速比可以设定到其之上，在所述风下设置所述启动 转速。但是也要考虑的是，叶尖速比此外通过启动转速影响。例如要考虑的是，对于启动转 速与塔固有频率和/或所检测的紊流量相关地选择转速范围。那么在所述范围之内还可以 进行其他设定，经由所述设定可以设定叶尖速比。 优选地，叶尖速比此外或附加地与启动转子叶片设定角相关地选择。由此，可以使 适合的叶尖速比附加地匹配于设定的转子叶片设定角，以便由此在这样改变的启动条件下 也实现尤其好的空气动力学的情形。 优选地，启动转速就选择得越大，叶尖速比选择得越大。此外或替选地，启动转子 叶片设定角选择得越大，所述叶尖速比选择得越大。在此尤其已知，在搞的初始转速和/或 大的初始转子叶片设定角的情况下，高的叶尖速比可以引起良好的空气动力学的运行。 根据一个设计方案提出，在运行进行时并且此外或替选地在滑行工况中与紊流量 相关地调整运行转速，以便由此设定启动转速。 在此已知的是，启动转速的设定不仅涉及启动过程，而且也涉及如下情况：风能设 备由于风的减弱再次停机。在此尤其已知的是，风特性、尤其紊流量、即尤其紊流强度从上 一启动过程起从而从最后选择的启动转速起已经可以改变。 风能设备在此可以在运行进行时通常极其良好地识别到这种改变的条件。尤其 地，其通过评估转子转速、产生的电输出功率和设定的转子叶片设定角来识别所述内容。那 么如果在此识别到，其最后启动的风况不同，那么也可以使启动转速匹配于改变的条件。 8 CN 111601969 A 说　明　书 5/9 页 一个变型形式是，对此执行相应的运行特征曲线选择。如果在运行进行时运行特 征曲线改变，则考虑，这种传递不突变地、而是经由传递函数控制。也要考虑的是，仅运行特 征曲线的一个特征曲线部段改变，即非常靠近启动转速的特征曲线部段，并且在所述特征 曲线部段上此刻不运行风能设备。换言之，运行特征曲线的处于当前的运行点下的部段在 运行进行时实际上会容易地改变，因为所述部段此刻不具有作用。随后如果当前的运行点 下降到所述改变的特征曲线区域，则所述改变的特征曲线区域朝向这样改变的启动转速的 方向引导运行点。 也要考虑的是，在运行进行时调整运行转速。由此，风力涡轮机可以准备好临近下 降到启动转速。启动转速在此可以改变。 滑行工况中的运行转速和/或运行特征曲线已经调整尤其具有如下优点，在这种 滑行工况中，已经存在关于风情形的信息从而可以考虑。 优选地，因此也提出，从风能设备的运行表现中检测紊流量。在此尤其可以与平均 转速、平均转矩或平均输出功率和设定的转子叶片设定角相关地推断出平均风速。尤其从 转速和输出功率的波动中可以推断出起伏，所述起伏与平均风速、即求平均值的风速叠加。 从中那么能够以在上文中描述的方式、尤其根据方程G1来确定紊流强度。 根据本发明也根据权利要求11提出一种方法。用于控制风能设备的所述方法使用 具有塔和空气动力学转子的风能设备，其中空气动力学转子可以借助改变的转子转速运行 并且具有多个转子叶片，所述转子叶片分别设有可调节的转子叶片设定角，所述转子叶片 的转子叶片设定角因此可以设定。风能设备也具有用于产生电输出功率的发电机。 根据该方法提出，风能设备利用预设的运行特征曲线运行。所述运行特征曲线说 明在转子转速和输出功率之间的关联关系。此外提出，输出功率根据运行特征曲线与转子 转速相关地设定。在此提出，运行特征曲线具有启动转速，只要风能设备在足够的风速下启 动，则启动转速升高到转子转速。根据该方法因此提出，使用或创建这种运行特征曲线。在 此，与风能设备的塔固有频率相关地规定启动转速。此外或替选地提出，启动转速与主风的 检测到的紊流量相关地、尤其与紊流强度相关地规定。 尤其提出，这种方法如根据风能设备的在上文中描述的实施方式所阐述的那样工 作。 优选地，这种方法使用根据上述实施方式中至少一个所述的风能设备。 附图说明 下面，本发明根据实施例示例性地参照附图详细阐述。 图1示出风能设备的示意图。 图2示出具有不同的启动转速的不同的运行特征曲线。 图3示出不同的风速相关的转速变化曲线和相关联的叶片设定角。 图4示出风能设备控制装置或相应的方法的示意流程图。