CN100523491C - 用于优化风能设备的运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于优化风能设备的运行的方法，所述风能设备包含转子、用所述转子驱动的用于产生电能的发电机和控制装置，其中所述控制装置借助于一组运行参数来运行风能设备。根据本发明规定，首先利用第一组运行参数并且然后利用不同的第二组运行参数运行(403、411)要优化的目标风能设备(2)，分别针对两组运行参数检测(407、413)目标风能设备(2)的目标量和参照风能设备(1)的参照结果，通过在考虑参照结果的情况下计算质量尺度来自动化地分析(415)目标量，并且自动化地确定(421)具有较好的质量尺度的该组参数。本发明实现一种方法，利用所述方法可以相对于通常在空间上接近布置的参照风能设备(1)优化对目标风能设备(2)的运行。所述方法能够把通过改变参数的真正改善与由于例如在风情况方面的随机波动的随机性改善相区别。从而能够实现可靠和快速的优化。

Description

用于优化风能设备的运行的方法

技术领域

本发明涉及一种用于优化风能设备的运行的方法，所述风能设备包含转子、用所述转子驱动的用于产生电能的发电机和控制装置，其中所述控制装置借助于一组运行参数来运行所述风能设备，并且采用第二风能设备作为参照风能设备。

背景技术

从风力产生电能越来越有经济意义。因此寻求用于提高收益的措施。除了为风能设备选择有利的位置和选择适于所述位置的类型以外，选择正确的运行参数也属于此。这恰恰在现代风能设备中有重大意义，因为涉及借助于耗费的控制装置运行的复杂构成体。所述控制装置提供多个可调整的参数，所述参数最佳地被调整用以达到尽可能高的结果。然而，在此有利的运行结果却不只意味着产生尽可能多的电能，而是这还涉及其它的方面，譬如尽可能低的噪声发射、驱动支路或者风能设备的整个结构的低载荷，或者还有关于良好的网络相容性。为了寻求对用于运行风能设备的参数的尽可能好的调整，采用优化方法用以改善从实践经验所得出的值。

从DE-A-101 27 451公知，为找出最佳值而进行参数改变。该方法所基于的思想是，借助于定时器在预先给定的极限值内改变参数直到找到最佳值为止。这种方法的缺点在于，利用其通常仅仅确定局部的、而不是全局的最优值。此外，该方法还具有以下缺点，即所述方法不能在因尤其是在风强和风向方面变化的环境参数而造成的随机波动与因改变了的参数调整而造成的真正改善之间进行区别。因此该方法不总是提供满意的结果。此外所述方法比较慢。

发明内容

本发明所基于的任务是，如下改进本文开始所述类型的方法，即能够更快速和可靠地进行优化。

根据本发明，在用于优化风能设备的运行的方法中，其中所述风能设备包含转子、用之驱动的用于产生电能的发电机、和控制装置，其中所述控制装置借助于一组运行参数来运行所述风能设备，并且采用第二风能设备作为参照风能设备，规定首先用第一组参数并且然后用不同的第二组参数运行要优化的目标风能设备，分别针对两组运行参数检测目标风能设备的目标量和参照风能设备的参照结果，通过在考虑参照结果的情况下计算质量尺度而自动化地分析所述目标量并且自动化地确定具有较好质量尺度的该组参数。

本发明所基于的构思是，在优化运行结果时不只是限于要优化的风能设备(目标风能设备)，而是借助于参照设备自动化地评定运行参数变化的结果。优选地以在空间上接近的方式布置该参照设备，例如所述参照设备是相邻设备；然而并不一定要求在空间上接近。在选择参照风能设备时更重要的是存在着全部尽可能可比较的条件，其中却不要求情况的同一性。在此特别的作用适宜于风情况和在风能设备的转子上的由此引起的入流条件。公知的是风多数不是均匀地而是有波动地刮。这些波动一般是随机的并且涉及风的所有参数，例如风速、风向、阵风因数、涡流情况等等。因为风的这些波动使难于比较相继进行的测量，而且直至不可实施。典型地通过长测量时间对付风的这样不可避免的随机性以达到平均。以此方式只能够缓慢地进行优化。

本发明着手于此。本发明规定，不像以往那样把风的随机性当作不利的事情与之抗争并且为此忍受长的测量时间，而是根据本发明接受这种随机性并且用于加速优化。本发明通过以下方式来实现这一点，即依次地用两个相互不同的运行参数组运行所述目标风能设备并且检测在此进行调整的运行结果(一般被称为目标量)。同样地发生在参照风能设备方面，只是在参照风能设备的情况下需要不改变运行参数。与目标风能设备的结果并行地检测所述参照风能设备的参照结果即可。

本发明利用这样的认识：所述目标和参照设备以类似的方式遭受随机性变化，例如风速的波动或者风向变化。也就是目标和参照风能设备同样地遭受由此引起的功率变化，并且因此不被考虑。相反，基于运行参数的改变的运行结果改变在目标风能设备和参照风能设备的情况下以不同的方式起作用。本发明已经认识到，在参照设备的运行结果情况下在波动中对风的随机性存在容易达到的尺度，并且借此可以进行对质量尺度的验证。从而能够实现快速和自动的区别：变化(例如增益)是否在实际上基于改变了的运行参数组或者所述变化仅仅应当被归因于风的随机性。在第一所述情况下可以把所述结果用于优化，在第二所述情况下则放弃所述结果。从而本发明能够即使在没有长测量时间的情况下以自动化的方式也作出关于运行参数的改变对所达到的目标量(尤其是运行结果)的作用的说明。从而本发明使一方面在由于参数改变的真实改变与由于风的随机性的非真实改变的可区别性方面长持续时间的平均方法的优点与另一方面在优化速度方面在不考虑随机性的情况下快速优化方法的优点一致。利用如此所优化的运行参数组于是可以运动目标风能设备。因为如本发明所述的方法对于随机性的改变不太易受影响，所以可以缩短用于执行所述优化方法的持续时间。如本发明所述的方法可以快速地被执行并且在有许多风能设备的大的风场中也可以快速地产生最佳的运行结果。

这种快速的可执行性尤其是自动化的功劳。它使得所述方法不仅能够快速地而且还能够频繁地被执行。频繁地执行如本发明所述的优化方法保证几乎整个时间用其最佳值运行所处理的风能设备。这当在风条件下出现强的随机波动的情形中尤其是有利的。本发明提供一种比较简单的方法，所述方法由于其自动化恰好在这样的条件下建议用于频繁地执行。

下面说明其一些所采用的概念：

运行参数被理解为所述***的影响***性能的系数或者参数。在此，可以是机械的或者电的***的这种参数，或者是控制或者调节装置的参数。

要优化的目标量是***变量。它们作为其它变量和参数的结果得出。从而该概念还包含风能设备的运行结果，因此包含所输出的电能或者功率。要优化的目标量的其它例子是风能设备的噪声发射、所产生的电能的网络相容性、尤其由于弯曲和/或振动负荷以及振荡特性所造成的设备载荷。概念“参照结果”在其意义上对应于概念“运行结果”。不要求“运行结果”和“参照结果”总是相同的参数。

有利地作为要优化的目标量采用由目标风能设备所输出的电功率，而作为质量尺度(Gütemaβ)采用在可选择的时间间隔上所确定的电能收益。以此方式可以把对于风能设备的经济运行特别重要的参数、即功率和电能用作优化的基础。作为要改变的运行参数优选地采用转子叶片的叶片角度、发电机的转速转矩特性曲线和/或风向传感器的偏移量。叶片角度是各个转子叶片对转子平面的安装角，其中尤其还考虑一般三个转子叶片的特定叶片角度的优化。借助于转速转矩曲线在部分负荷区域中借助于快速转数(Schnelllaufzahl)确定转子的最佳转速。风向传感器的偏移量是从其额定方向放置所述传感器的值。它从只能从以下得出，即用最终的精度校准风向传感器，并且在实践中应当考虑可达到几个度的不准确性。另外所述风传感器处于遭受由于转子的涡流的区域中。由此出现错误测量。如果基于所述风向传感器的信号借助于跟踪装置对准风能设备，则由于这种偏移所决定的误差传播。为了使这种误差最小化或者优化所述风能设备的运行，可以有利地考虑如本发明所述的方法。

根据优选的实施形式，不改变参照设备的运行参数。这样的优点是不要求主动地访问参照风能设备。因此此外还确保由于风波动的目标量变化不与由于运行参数改变的变化混淆。从而还能够采用不属于自身的风场的“外来的”风能设备作参照风能设备。此外，从而还能够利用多个要优化的目标风能设备同时访问参照风能设备，而不会出现因不同的参数改变而产生的冲突。

优选地所述验证(Validieren)包含询问评估矩阵，在所述评估矩阵中含有多个被设置为参照风能设备的其它风能设备。这样一种评估矩阵尤其是对优化较大数量的风能设备是有利的，例如在优化整个风场的情况下。在所述评估矩阵中包含关于目标风能设备与参照风能设备的比例的信息。例如通过考虑目标和参照风能设备的不同功率曲线，所述信息能够把参照风能设备的目标量的变化换算成目标风能设备的目标量的变化。此外考虑所存储的信息用于确定验证阈值，其中在至所述验证阈值之前接受取参照风能设备的数据并且在超然于该验证阈值之外丢弃参照风能设备的数据。从而可以规定，在狭窄的空间附近有相同的风能设备的情况下比在仅仅有类似的还在一定距离之外的参照风能设备的情况下使用更精确的验证尺度。当然另一验证尺度必须通过较长的测量时间间隔或者通过分析多个测量时间间隔、也就是在以统计的方式进行补偿，以获得相同品质的结果。在简单的评估矩阵中可以把这些情况汇总地通过一种标量偶合值表达。但是，优选地如此构造所述评估矩阵，使得所述评估矩阵具有向量作为元素。这包含在把参照风能设备与确定的目标风能设备相联系的情况要考虑的不同内在和外在条件的值。从而得出用于简化分析的另外的可能性。此外还简化了表示和数学分析。从而这样一种评估矩阵尤其适用于自动化。

有利地在执行对参照风能设备的验证时既考虑静态的条件也考虑动态的条件。尤其是前述的内在条件属于静态的，然而还有一些其它的，譬如安装地点以及其环境情况。尤其是那些与存在的天气情况有关的这些条件属于动态条件。这尤其涉及风参数(风强和风向)。例如风向用于排除在风向上处于要优化的目标设备之前或者之后的风能设备。否则可能存在由于与要优化的目标风能设备的相互作用而影响参照设备的风险。这样的相互作用尤其是沿相应风向的前向运行或者后向运行(Vor-und Nachlauf)中出现。这可能导致虽然在处于一行的风能设备情况下在多数风向时可以执行如本发明所述的方法，但是如果风沿由该行所确定的方向刮时却不能够执行如本发明所述的方法。在这样的情况下本发明将会优选地抑制所述优化，直到风从更有利的方向刮。从而避免搀假。

有利地，在确定参照风能设备时考虑内在条件。内在条件被理解为基于所述风能设备本身的这种特性。属于此的例如有发电机的机器类型、对所述风能设备所采用的调节方案、转子构造(固定转速或者转速可变)、转子叶片类型和设备大小。但是却不要求只把在该方面相同的风能设备确定为参照风能设备。一般地把类似的设备确定为参照风能设备就足够了。

此外如果在确定参照风能设备时考虑外在条件，则是有利的。尤其是说明风能设备与环境的相互作用的那些因素属于此。此外安放地点和高度以及相对于影响相应的风能设备的风入流(

)的障碍物的位置属于此。在此，不仅将自然的塑造(譬如丘陵或者树林)看作障碍物，而且还将包括在附近所建立的风能设备在内的人工结构看作障碍物，因为它们也视风向而异起影响流的作用。

优选地如此长时间地重复对所述运行参数的改变和对所述目标量的检测，直到达到预先给定的中断标准ε为止。在此ε有利地代表所述质量尺度的差别数值。如果所述数值处于可调整的阈值之下，则可以结束用于参照风能设备的优化方法。应当理解的是，不一定要求考虑耗费的用于中断标准的质量尺度。还可以设置一种简单的质量尺度。这里考虑例如10分钟平均值。

优选地规定采用修正矩阵K。在所述修正矩阵中对于目标和参照风能设备的各个组合包含修正值。从而能够在计算上考虑不同的风能设备之间的区别。优选地所述修正矩阵自适应地被构造。这意味着，借助于自学习算法自动地匹配修正矩阵的各个值。由此自动地考虑可以通过较长时间运行各个风能设备得出的变化。

在以上的说明之后不需要更详细的说明，只是(但是不仅仅)由于风的波动性质而不能以事先确定的方式确定适当的参照风能设备，而总是只能够借助于相应存在的环境条件成功地进行。原则上这种确定可以由操作人员进行。但是为了将运营商和其人员从该确定中释放，根据为之寻求独立的保护的本发明另一方面规定自动地进行这种确定。

在一个优选的实施形式中，把多个风能设备确定为目标风能设备和/或参照风能设备的分组。因此例如在多个风能设备的与风向交叉的行的情况下每两个设备可以是一个目标风能设备，其中使用变化的运行参数组。这不只有可以一次优化多个目标风能设备的优点。另一个显著的优点在于，基于大量的风能设备而短的观察时间就足以检测和分析重要的运行结果。已经表明，在有利的条件下(例如数量为十至二十个的近海(Offshore)风能设备的与风向交叉的行)，十分钟运行可以足以评定运行参数的改变对要优化的目标量的作用。在此，本发明利用这样的认识：取代于在较长的时间间隔上所采用的抽样数目，在一时间点并行地提取的抽样也提供可比较的、有说服力的结果。由此显著地加速了对如本发明所述的优化方法的执行。

此外形成分组还提供了采用耗费的优化方法的可能性，其中同时估计多个组参数。例如这样一种可能性在于，如此地改变目标风能设备分组的运行参数组，使得为要优化的参数形成梯度场。于是可以用一个公知的梯度方法快速地确定，应当用哪个值最有利地继续优化。由此所述优化方法非常快地收敛，使得可以及早地找出最佳的运行参数组。在分组中风能设备的数量越大，可以越快地进行优化。从而本发明提供了正好也快速地优化大的风场的可能性。

不要求在参照风能设备与目标风能设备之间保持1:1关系。可以规定采用多个目标风能设备。这样的优点是，识别风能设备相互间的偏差并且可以以此方式消除可能的异常测值(Ausreiβer)。由此克服以下风险，即损坏的或者以其它的方式受干扰的风能设备导致优化方法的掺假结果。

此外本发明还涉及一种风能设备，所述风能设备具有转子、用所述转子驱动的用于产生电能的发电机和控制装置，所述控制装置被构造用于借助一组运行参数运行所述风能设备，其中所述控制装置与参照风能设备的运行和目标量用的检测装置连接，并且所述控制装置具有用于执行如本发明所述的方法的优化模块。

本发明此外还涉及风场，所述风场包含多个风能设备，所述风能设备具有转子、用所述转子驱动的用于产生电能的发电机和控制装置，所述控制装置被构造用于借助一组运行参数运行所述风能设备，并且还设置具有用于所述风能设备的主导功能(Leitfunktion)的场主机，其中根据本发明所述场主机具有用于执行如本发明所述的方法的优化模块。在此所述场主机不需要是分开实施的装置，所述场主机还可以被构造为风能设备的控制装置的元件。

为了阐述参考以上对如本发明所述的方法的说明。

附图说明

下面参考附图描述本发明，在附图中示出了本发明的有利的实施例。

图1示出用于应用如本发明所述的方法的风场(Windpark)的示意图；

图2示出在执行如本发明所述的方法时所述风场的示意图；

图3示出在环境中有流障碍物的风场的另一实施例；

图4示出在图3中所示的风场用的评估矩阵；

图5示出对图4的评估矩阵的修正矩阵；

图6示出具有风能设备组的风场的另一实施例；

图7示出在各个风能设备的情况下应用如本发明所述的优化方法的另一实施例；

图8示出如本发明所述的优化方法的框架方向(Rahmenrichtung)的流程图；而

图9示出在图8中所示的优化方法的优化步骤。

具体实施方式

在图1中示出一种用于实施如本发明所述的方法所设置的风场，该风场包含多个风能设备1至4以及场主机5。

风能设备1至4以相同方式被构造。为了说明结构而考虑风能设备1；相应适用于其余的。所述风能设备1包含塔架11，所述塔架具有在其上以可转动方式所布置的机壳12。转子13以可旋转方式被安置在所述机壳的一个端面上，并且通过主动轴(图中未示出)与发电机14连接。所述发电机14优选地是双馈电异步机，然而也可以采用与同步或者异步机不同的型。发电机14通过逆变器15与连接线路16连接。所述逆变器15可以被实施成全逆变器或者部分逆变器。为了确定风向而设置风向标10作为控制装置17的传感器。

为控制风能设备1的运行，设置控制装置17。所述控制装置被构造用于根据可调整的预先规定来运行风能设备1。所述预先规定可以在内部被确定，也可以从外部通过数据端子18输送。所述控制装置17与测量装置连接，其中举例性地示出功率测量装置19。所述测量装置用于确定由所述风能设备所给出的电压、电流以及相位，其中尤其可以确定所给出的电能。利用其并且借助于通过数据端子18所传输的预先规定来运行风能设备1。控制装置17为此具有带有多个运行参数的相应调节装置。

风能设备1至4用其相应的连接线路16与风场的汇流网6连接。把由风场的各个风能设备1至4所给出的电能馈入汇流网6中。汇流网6通过连接点69与能量供应企业的高压电网9连接。在所述连接点69上可以设置用于提高电压水平的变压器以及用于把风场与高压电网9分隔开的开关装置68。

风能设备1至4的数据线路18汇总到风场的数据网8。所述数据网与场主机5连接。所述场主机为风场的全部风能设备1至4提供中央运行引导。此外所述场主机借助于测量装置59监控所述风场到高压电网9上的连接。外部的预先规定、例如高压电网9的运营商或者风场运营商的这种预先规定，通过端子55被施加在场主机5上。场主机5借助于主导计算机50根据运行条件和所述预先规定来确定用于运行各个风能设备1至4的额定量。所述额定量通过数据网8被传输给各个风能设备1至4的控制装置17。此外场主机5配备有优化模块51。所述优化模块包含确定环节52、优化环节53以及验证环节54。对带有其功能环节的优化模块的作用方式在下文中详细地进行说明。

首先应该参考图2说明实施例。图2示出在图1所示出的风场的上部的示意性视图。看到在布置成一排的风能设备1、2和3以及在其下方在第二排中单独布置的风能设备4。场主机5以及汇流网6和数据网8在图2中没有示出。为了进行说明还假定，所述风场在用实线箭头所象征的风的情况下被运行。如用实线所示的那样对准风能设备1至4。

为了进行说明，现在考虑譬如由优化模块51所执行的本发明优化方法。附加地参考图8。首先进行初始化和选取要优化的目标风能设备(步骤101)。要优化的风能设备是2号设备。在下一步骤中询问所述要优化的目标风能设备B(2)的运行参数以及评估矩阵E的值(步骤102)。然后可以借助于所述值确定适当的参照设备。对参照风能设备的这种确定可以手动地进行，然而这适当地借助于确定环节52自动地实现。这里风能设备1、3和4在考虑之内。假定在内在条件方面、尤其是在设备大小和调节方案方面在所有的风能设备之间存在一致性。从而存在作为参照风能设备的基本资格。此外还检验在内在条件方面存在哪种一致性。属于此的有，所考虑的参照风能设备相对于当前存在着的风向而言是否处于障碍物的前向或后向运行中。如果情况如此，则所涉及的风能设备就不适于作为参照风能设备。如从图2的表示中不难看出，风能设备1和3从其安装位置看是等价的。两者都被布置在要优化的目标风能设备2旁边，并且可能以相同的、如果不是则(除了局部的涡流之外)甚至一致的风条件为前提。对于风能设备4而言是不同的。所述风能设备4直接地被布置在目标风能设备2的后方，从而处于其后向运行中。这里应该考虑目标风能设备的运行对风能设备4的影响。从而该风能设备4不适于用作参照风能设备。在然后还要考虑的两个风能设备1、3的情况下，估计在其它参数方面、尤其关于风强和风向的一致性。用于实施的细节在后文中参考图4进行说明。从内在和外在条件的一致性程度中形成等级值。这为考虑在内的参照风能设备逐渐地发生。最后把具有最好的等级值的设备确定为参照风能设备(步骤103)。因此在本例中1号设备是参照风能设备。

然后在下一步骤104中借助于优化环节53实施真正的优化。这在下文中要详细地说明。如果对目标风能设备2的优化结束，则继续优化下一风能设备(步骤105和106)，直至最后场的所有风能设备都已被优化为止(步骤106)。以此结束场优化。

此外在图2中用虚线示出一种变型，其中风从由虚线箭头示出的方向吹来。这里现在沿风向观察风能设备1至3布置成排。如前所述，例如应当优化风能设备2。在确定参照风能设备的情况下适用与上述例子情况下相同的准则。然而由于风向改变，结果却不相同。由于另外的风向，风能设备1和3现在处于待优化的风能设备2的前向运行或者后向运行中。从而排除它们用为参照风力设备。但是由于所述另外的风向，与前面的讨论不同，风能设备4被优选为参照风能设备。这在风条件方面在任何情况下都是适用的。它是否可以在实际上被考虑为参照风能设备，还取决于前述静态的或者内在的因素，尤其是机器类型、机器大小、调节构思等等。如果这些内在条件应当排除把风能设备4选作参照风能设备，则没有适当的参照风能设备可用于对优化风能设备2进行优化。此外还要检验，与目标风能设备2的后向运行入流相比较，4号风能设备的自由入流是否不导致掺假。于是在不利的情况下在这种风向时不能执行如本发明所述的方法。

现在参考图9来说明优化步骤104。首先从目标风能设备2读入一组运行参数(步骤401)。在预先确定的测量时间间隔、例如10分钟结束以后，询问并且缓存目标风能设备2的利用第一组运行参数所达到的运行结果E_Z(t1)以及参照风能设备1的运行结果E_R(t1)(步骤405)。在所述目标风能设备用所述(第一组)运行参数运行时(步骤403)，通过改变一个或者多个要优化的参数(目标参数)产生不同的第二组运行参数(步骤407)。然后向目标风能设备2输出带有改变了的目标参数的该第二组运行参数(步骤409)，并且用该第二组运行参数运行所述目标风能设备2(步骤411)。测量时间间隔分别是10分钟。在第二测量时间间隔结束以后询问利用所述第二组所获得的运行结果E_Z(t2)，此外还询问在该时间间隔中由所述参照风能设备所达到的运行结果E_R(t2)(步骤413)。同样地缓存第二时间间隔的这些运行结果。现在从目标风能设备2的运行结果中通过以下方式构成所希望的目标量的第一部分质量尺度(步骤415)，即通过商形成来将两个运行结果E_Z(t1)、E_Z(t2)的10分钟平均值设定为比例(所述均值一般地原本由控制装置17形成，并且因此不存在附加的耗费)。对应地，验证环节54处理参照风能的参照结果；从中构成第二部分质量尺度作为验证尺度(步骤417)。在两个测量时间间隔期间的可能导致质量尺度搀假()的风波动通过所述验证尺度捕获。以此方式消除对质量尺度的影响，所述影响不基于参数偏差，而是由基于随机影响尤、其是风的随机影响。

如果所述验证尺度具有在可调整的验证阈值以外的非常高或者低的值，那么在两个测量时间间隔期间由于风的波动太强，以致不再存在可比较性。于是舍弃该结果并且重复所述方法。这种检验在选择性步骤419中进行。

在正的验证结果的情况下从所述部分质量尺度构成一个质量尺度。在最简单的情况下这可以是用于利用第一参数组和利用第二参数组运行的部分质量尺度的商形成(步骤420)。因此可以确定通过在目标风能设备2中改变运行参数是达到改善还是劣化。视保留还是进一步改变所涉及的运行参数而异，必要时存储所述结果用于下一优化步骤。为此可以采用公知的优化方法。重复该过程(跳回423)，直到达到中断标准为止(步骤421)。所述中断标准例如是达到确定的阈值ε和/或重复的次数。

例如可以把多于十个所分析的10分钟测量间隔以后小于0.1％的质量尺度“能量收益”变化用作阈值。

在步骤405和413中可以选择性地设置对极限值的询问(例如功率或者转速是否在允许的范围内和/或是否遵循了最佳的快速转数)，在超过所述极限值舍弃分别所获得的结果，并且重复运行风能设备和询问的步骤。为此于是可以设置至步骤403或者411的回跳。

要优化的目标量这里是对所获得的电能的收益。在此可以特别简单并且用很小的耗费在步骤415中实现所述质量尺度的形成。这例如可以通过把由所述风能设备所产生的电功率加到所发出的电能上来实现。必要时这可以借助于分开的装置(千瓦时计数器)进行。在此情况下必要时可以动用所述风能设备的现有装置。但是还可以优化其它的目标量，例如噪声发射、所产生的电功率的网络相容性、机器载荷或者振荡特性。在此还可以把考虑多个参数的更加耗费的质量尺度考虑进来，例如附加地还有噪声发射或者机器载荷。

用于利用所述运行参数运行的测量时间间隔可以不同地预先给定，例如对于叶片角度或者动量特性曲线的10分钟、对于调节参数的几分钟至10分钟，在例如影响网络相容性的逆变器参数情况下的几秒钟至分钟。如此地选择时间和所述测量时间间隔的数量，使得充分保证测量结果。边缘条件越复杂(例如丘陵地带、不规则的设备分布、非常激烈的风)，必须越长时间地测量，以能够评定参数变化的效果。

下面说明作为改变了的运行参数的叶片角度的改变的数字例子。要优化的目标量是所发出的功率，能量收益对质量尺度是决定性的。

该例子是在随机变弱的风的情况下，叶片角度在部分负荷区域中改变1.0度：

测量时间间隔1、目标风能设备叶片角度0.3度：

E_Z(t1)＝43kWh                 E_R(t1)＝51kWh

测量时间间隔2、目标风能设备叶片角度＝1.3度：

E_Z(t2)＝38kWh                  E_R(t2)＝44kWh

部分质量尺度：

${\mathrm{\Γ}}_Z=\frac{38}{43}=.884$              ${\mathrm{\Γ}}_R=\frac{44}{51}=0.863$

验证尺度由

$\frac{E_R\left(t2\right)}{E_R\left(t1\right)}=0.863$

形成。

验证阈值：最大30％偏差，也就是说

通过商形成来构成主质量尺度Γ：

$\mathrm{\Γ}=(\frac{{\mathrm{\Γ}}_Z}{{\mathrm{\Γ}}_R}-1)=0.024.$

正的结果表明质量的改善，负的表明劣化。这意味着在排除风影响的情况下在第二测量时间间隔中通过改变叶片角度使收益改善了2.4％。

在完全相同的设备的情况下，也可以对其它的物理量(例如运行载荷)执行上述简单的计算方法。部分质量尺度可以被构成为损坏等效负荷(DEL)的商，如在现有技术中充分公知的那样，所述损坏等效负荷的商例如可以通过在线雨流计算(Online-Rainflow-Count)方法从所测量的载荷时间系列确定。然而如果设备不同，则有意义地只用多维质量尺度工作。在上述例子的基础上还要说明另一例子，其中不仅能够以一维方式改善收益，例如通过附加地考虑机器载荷(DEL＝损坏等效负荷(damage equivalentlad))以二维方式，还可以构成多维质量尺度。如果所述目标风能设备和参照风能设备是不同类型的，则首先可以在中间步骤中考虑DEL，以便可以在形成质量尺度时相应地考虑风能设备的载荷。为此作为参数附加地需要在两个测量时间间隔DEL_Z(t1)和DEL_Z(t2)期间的目标风能设备的机器载荷。另外动用上述例子的参数。

排除了随机波动的收益改善

$\mathrm{\ΔE}=\frac{E_Z\left(t2\right)}{E_R\left(t2\right)}\·\frac{E_R\left(t1\right)}{E_Z\left(t1\right)},$ 例如2.4％(见上)

相对载荷变化

$\mathrm{\ΔL}=\frac{{\mathrm{DEL}}_Z\left(t2\right)-{\mathrm{DEL}}_Z\left(t1\right)}{{\mathrm{DEL}}_Z\left(t1\right)},$ 例如1.3％。

从中形成多维主质量尺度：

Γ＝f(ΔL，ΔE)

在此f是用于把载荷增加与收益改善相关联的、设备特定且位置特定的函数。

简单地说，主质量尺度使估计在上述例子中2.4％的收益改善与1.3％的同时的设备载荷增加是否表示总改善，或者载荷增加是否如此有害的，使得放弃多收益是更有利的。

在图6中示出另一应用例。在此在风场中以行的方式设置六个风能设备。假定风基本上与所述行交叉地刮。为了较快速地实施如本发明所述的优化方法，可以以可比较的机器类型等等为前提在相同的时间应用于多个目标风能设备(分组I)。在该行中其余的风能设备被确定为参照风能设备。它们构成分组II。现在在如本发明所述的优化方法运行时监控和检测所有风能设备的运行。这具有以下优点，即在大量被检测的风能设备的条件下经常相当短的运行就已经足以能够评定运行参数改变的效应。取代于多个10分钟平均值，经常只检测一个这样的10分钟平均值就足够了。在这种情况下通过检测较大数量的风能设备实现在所述时间上此外所进行的对随机性波动的确定。从而还可以对具有相对大数量的风能设备的风场快速地进行如本发明所述的优化方法。

在图6中还示出用要优化的目标参数的不同的值运行分组I的目标风能设备。这以坐标十字表示。对于目标参数ZP，用十字表示在目标风能设备之一中分别被调整的值。从左侧开始，用这种目标量的强烈增加的、部分增加的和降低的值运行该目标风能设备。用以运行参照风能设备的值用圆圈表示。利用如本发明所述的优化方法现在可以快速地评定，如由参数风能设备所采用的原始的值是否是最佳的，或者应该在什么方向上和用什么数值继续寻求最佳值。如果找到了最佳值，则可以把如本发明所述的方法继续应用于另一个运行参数。

把多个参照风能设备包含在一个分组(分组II)中还具有可以相互调准参照风能设备的优点。以此方式可以确定并且必要时消除异常测值，使得在这样的情况下也保持参照的品质。这尤其是在如下情况下有意义，即在逐渐进行的优化(如在风场中的优化)时将参照风能设备事先优化为目标风能设备，其中参数被改变。在最不利的情况下可能出现所述设备“被调整”，使得所述设备不再适用于用作参照风能设备。这可以通过这样的一种分组形成来识别。

在图7中示出一个实施例，其中应当优化不是风场的组成部分的单个风能设备2′。为了能够实施如本发明所述的方法需要参照风能设备1′。所述参照风能设备不需要与要优化的目标风能设备2′连接成风场，只要在在空间上接近地布置就可以了。在内在和外在条件中的一致性越大，就越适合作为参照风能设备1′。如果仅有对参照风能设备1′的在时间上同步的运行结果或者运行参数的读访问，则也可能足够了。所述运行结果或者运行参数借助于适当的传输装置向目标风能设备2′传输。此外，该目标风能设备于是自主地进行优化。在如本发明所述的优化方法的情况下不需要主动地访问参照风能设备1′。传输装置例如可以被构造为具有天线17′和56′的无线电段(Funkstrecke)。从而能够把在挑选出的处的导频设备用作多个在周围的单独运行的风能设备的参照风能设备。空间上的距离越大，需要越长的测量时间间隔以便消除随机的风波动。

在图4中示出评估矩阵E。以行的方式设置要优化的风能设备1至4的项。以列的方式记入考虑为参照风能设备的风能设备。在所示的实施例中，这是设备1至4(如图3中所示)以及两个其它的风能设备P1和P2。这两个其它的风能设备不是要优化的风场的组成部分(并且因此没有示出)，而是分开运行的风能设备，对其只有被动的访问用以读出参数和运行结果。所述评估矩阵的对角线具有零值。这意味着，设备不能够自身被用作参照风能设备。在矩阵的其余行中记入向量。所述向量包含内在和外在条件的向量值。在最简单的情况下，所述评估矩阵(Evaluierungsmatrix)对于不同的风向扇区(例如10度的扇区)包含参照质量(例如0-100点)。所述参照质量可以由有经验的技术人员估计。在自动化时可以借助于多个参数由所述控制装置计算所述参照质量。一些最重要的影响因素是，内在的：转子直径、轮毂高度、设备功率、调节方案、设备变量、设备寿命等等。外在的：设备彼此间的方位、山岳形态障碍物的位置和影响、局部入流条件的说明(风速、风向、风梯度、涡流强度、...)等等。

修正矩阵K具有类似的结构，当然，参照风能设备这里以行的方式布置，而目标风能设备以列的方式布置。一个例子在图5中示出。所述修正矩阵在最简单的情况下对不同的风向扇区具有修正因数。可分配给每个参照质量的修正值例如考虑关于从过去的优化中得出的参照质量的源自于实践的经验，所述参照质量例如通过与其它的参照设备比较被确定。给参照设备分组中的上述异常测值例如配备大大降低所述参照质量的修正值。

Claims (19)

1.用于优化风能设备的运行的方法，所述风能设备包含转子(13)、用所述转子驱动的用于产生电能的发电机(14)和控制装置(17)，其中所述控制装置(17)借助于一组运行参数来运行风能设备，并且采用第二风能设备作参照风能设备，其特征在于，

首先利用第一组运行参数，然后利用不同的第二组运行参数来运行(404)要优化的目标风能设备(2)，

分别针对两组运行参数检测(405)目标风能设备(2)的目标量和参照风能设备(1)的参照结果，

通过在考虑参照结果情况下计算质量尺度来自动化地分析(406)目标量，并且

自动化地确定(407)具有较好的质量尺度的该组运行参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所发出的功率用于目标量，并且将电能的收益用于质量尺度。

3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，改变运行参数(402)，使得构成第一组和不同的第二组运行参数。

4.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，改变用于叶片角度、转速转矩特性曲线、或者风向传感器的偏移的运行参数。

5.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，不改变参照风能设备(1)的运行参数。

6.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，询问(102)评估矩阵(E)用于验证所述参照风能设备(1)，其中在所述评估矩阵(E)中含有目标和参照风能设备(2、1)的不同组合的元素。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述评估矩阵(E)具有向量作为元素。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，为所述评估矩阵设置修正矩阵(K)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，执行自学习方法用于确定修正矩阵(K)。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，自动地确定(103)参照风能设备(1)。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，考虑所述评估矩阵(E)用于确定。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使用静态的和动态的条件用于自动化地确定(103)参照风能设备(1)。

13.如权利要求10或者11或者12所述的方法，其特征在于，使用内在条件用于自动化地确定(103)参照风能设备(1)。

14.如权利要求10或者11或者12所述的方法，其特征在于，使用外在条件用于自动化地确定(103)参照风能设备(1)。

15.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，采用风能设备的分组(I、II)用于目标风能设备和/或参照风能设备。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，比较在分组中的风能设备，并且探测以及消除在该分组中的异常测值。

17.如权利要求15或者16所述的方法，其特征在于，

通过以下方式为分组的目标风能设备确定不同的运行参数组，使得关于改变了的运行参数得出梯度场。

18.风能设备，具有转子(13)、用所述转子驱动的用于产生电能的发电机(14)和控制装置(17)，所述控制装置被构造用于借助一组运行参数来运行风能设备，其特征在于，

所述控制装置(17)具有至参照风能设备的连接，并且设置用于执行如权利要求1至17之一所述方法的优化模块(51)。

19.具有多个风能设备的风场，所述风能设备具有转子(13)、用所述转子驱动的用于产生电能的发电机(14)和控制装置(17)，所述控制装置被构造用于借助一组运行参数来运行风能设备，并且为所述风能设置具有主导功能的场主机(5)，

其特征在于，所述场主机(5)具有用于执行如权利要求1至17之一所述的方法的优化模块(51)。

Images