CN116641841A - 控制风能设施的方法和风能设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制风能设施(100)的方法和一种风能设施(100)，其中风能设施具有带有多个转子叶片(108)的转子(106)，转子叶片(108)的叶片角可调整，每个转子叶片(108)可单独操控。

Description

控制风能设施的方法和风能设施

技术领域

本发明涉及一种用于控制风能设施的方法并且本发明也涉及一种相应的风能设施。尤其地，本发明涉及执行风能设施的转子的转子叶片的个体的叶片调整，这也可以称作为单个叶片调整。

背景技术

风能设施是已知的，其将来自风的动能借助于具有多个转子叶片的转子转换为机械功并且此外借助于发电机转换为电能。在任何情况下，本发明涉及根据所述原理工作的风能设施。

现代的风能设施在此现今具有超过100米的转子直径。因此，转子叶片掠过具有这种大的直径的圆面。通常，设有三个转子叶片，其在转子中对应地均匀地以120°相对于彼此错开地设置进而分别在一个时间点处于转子面的不同区域中。由此，转子叶片在同一时间点可能承受不同的风况。特别地，风速还有风向可以是不同的。

尤其，所述不同的风况可以作为不同的叶片负荷觉察。为了考虑所述内容，可以提出单个叶片调整，其使相应的转子叶片的叶片角匹配于叶片的具体负荷。

通常，这种负荷循环周期性地出现，使得循环周期性的叶片调整能够是有意义的。简化地和直观地来说，叶片负荷在转子面的上部区域中可以比在下部区域中更大，并且对应地可以提出，转子叶片在转子面的上部区域中稍微背风转动，并且朝向转子面的下部区域稍微迎风转动。为此可以设有正弦形的函数。

为了总体上控制风能设施，此外应设定适合的工作点，所述工作点包含整体的叶片角。这种整体的叶片角可以同义地也称作为整体的桨距角。叶片角总归也可以同义地称作为桨距角。

这种整体的叶片角对于所有转子叶片是相同的并且随后对于每个转子叶片将个体的偏移角单独地与之结合或连接。

在一种情况下，这可以表示，向整体的叶片角叠加个体的正弦形的偏移角。这种正弦形的偏移角原则上也可以对于所有转子叶片根据幅值和频率是相同的，然而是相移的。所述正弦形的偏移角也可以在各个转子叶片之间具有不同的幅值，而频率在所有转子叶片中应是相同的。

在具体的转换中可能出现，实际的叶片角并非精确地对应于预设的和/或假设的叶片角。这种偏差通常是个体的，即必须对于每个叶片单个地观察。为了考虑这种偏差，可以设有反馈控制器，其调节在检测到的叶片角和设置的叶片角之间的偏差。为了接近近似稳定的准确性，在此可以设有积分性能(Integralverhalten)。

在此要考虑的是，现代的风能设施具有大的转子叶片，使得在调整其转子叶片时应考虑其动力学。换言之，在叶片调整时，所述转子叶片围绕其自身的纵轴线转动，并且所述转动既不能任意快地、也不能任意突然地进行，因为这种转子叶片除了其巨大的长度以外也具有数米的明显的深度，至少在转子毂附近的区域中。因此，通常有利的是，已经通过上级的控制装置来预设用于调整叶片角的叶片角调整率而非绝对值。

在所描述的单个叶片调整中，这表示，对于用于设定整体的叶片角的调整率附加地，设有用于考虑个体的偏移叶片角的调整率。

因此，总体上可以存在复杂的***，在所述***中必须预设和考虑整体的叶片角，对于每个转子叶片必须预设和考虑预设个体的叶片角，必须考虑转子、转子叶片和调整装置的各种特征，尤其应当尽可能好地考虑相应的转子叶片的动力学或至少一个惯性矩还有角度偏差。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是，解决所述问题中的至少一个问题。尤其地，应当提出一种解决方案，在所述解决方案中，应当在动力学、准确性和/或可靠性方面改进单个叶片调整，或应当提出至少一个良好的解决方案。至少应当针对迄今已知的解决方案提出替选方案。

根据本发明，提出一种用于控制风能设施的方法。因此，所述方法涉及风能设施的控制。所基于的风能设施具有带有多个转子叶片、尤其带有三个转子叶片的转子。转子叶片在其叶片角方面是可调整的并且每个转子叶片可单独操控进而也可单独调整，即在其叶片角方面。为了单独操控，分别预设总调整率，其说明相应的叶片角的预计的改变速度。因此，调整率描述单位时间的叶片角改变。

此外，设有对于所有转子叶片相同的整体的叶片角。这种整体的叶片角也可以同义地称作为整体的桨距角或称作为共同的叶片角。因此，整体的叶片角是原则上不考虑在各个转子叶片之间的个体区别的叶片角。所述整体的叶片角尤其确定当前的工作点。当风速仍低于额定风速时，整体的叶片角例如可以在部分负荷范围内具有固定值。当对应的调节计划提出时，整体的叶片角然而也可以在部分负荷范围内是可变的。尤其地，整体的叶片角在部分负荷范围之外、即尤其在全负荷范围中或在从部分负荷范围到全负荷范围的过渡范围中是可变的。如果整体的叶片角是可变的，则因此所述可变性对于所有转子叶片是相同的。在下面还描述考虑的类型。

此外，提出对于所有转子叶片相同的整体的调整率，所述调整率描述整体的叶片角的预计的改变速度。对应地，整体的调整率也可以同义地称作为共同的调整率。因此，整体的调整率紧密地与整体的叶片角关联。其考虑可以直接地或经由整体的叶片角进行。同样地，整体的叶片角的考虑可以直接地或经由整体的调整率的考虑进行。

此外，对于每个转子叶片预设个体的偏移角，其说明叶片角应与整体的调整率偏差的值。因此，经由整体的叶片角或整体的调整率，对于所有转子叶片设置相同的值。个体区别可以对于每个转子叶片经由相应的个体的偏移角来考虑。

例如，每个个体的偏移角可以持续地重新计算和/或通过周期函数，尤其具有相同的频率的循环周期函数预设。频率可以对应于转子的旋转频率。例如，对于每个转子叶片可以通过正弦函数预设个体的偏移角。然而也考虑其他函数，诸如例如三角形的函数。然而，正弦函数是优选的。

此外提出，对于每个转子叶片从个体的偏移角确定个体的前馈控制调整率，其说明设为用于达到偏移角的调整率。就此而言提出，直接从个体的偏移角确定前馈控制调整率。就此而言，如在开环控制(Steuerung)中那样存在转换，因为偏移角直接传递到前馈控制调整率中。因此，不进行在预设的个体的偏移角和实际的或检测到的偏移角之间的期望-实际值比较。

然而还提出，对于每个转子叶片，与个体的偏移角和转子叶片的检测到的、尤其测量出的叶片角的比较相关地，确定个体的偏移偏差。在此尤其提出，从转子叶片的个体的偏移角和检测到的叶片角的比较中，以整体的叶片角校订地，确定个体的偏移偏差。所述比较尤其是两个变量之间的差。校订尤其意味着，在比较之前从检测到的叶片角减去整体的叶片角，或对个体的偏移角加上整体的叶片角，或在比较之后减去整体的叶片角。在此，偏移偏差应当描述在预设的和在转子叶片处设定的个体的偏移角之间的偏差，以便监控转换。在转子叶片处然而不接入偏移角，而是接入整体的叶片角和个体的偏移的总和，因此对于比较再次进行以整体的叶片角的校订。

就此而言，还提出闭环控制(Regelung)，所述闭环控制执行和使用在预设的个体的偏移角和检测到的叶片角之间的所述期望-实际值比较，如下面阐述那样。

对于每个转子叶片的总调整率提出，所述总调整率与

-整体的叶片角和/或整体的调整率，

-个体的前馈控制调整率，和

-个体的偏移偏差相关地

确定。因此，总调整率与三个变量相关地确定。经由整体的叶片角，考虑风能设施的预计的工作点。在此可以考虑整体的叶片角，或替代于此考虑整体的调整率，或将这两个变量一起考虑。整体的叶片角和整体的调整率紧密地关联并且根据调节计划能够直接地使用这两个变量中的一个变量，从中也分别建立与其他变量的关联关系。也考虑，

直接考虑这两个变量。

从个体的前馈控制调整率和个体的偏移偏差可以确定个体的调整率，所述个体的调整率可以接入至整体的调整率，以便由此形成用于相应的转子叶片的总调整率。因此，每个转子叶片的总调整率由整体的调整率和个体的调整率组成。尤其，整体的调整率和个体的调整率的总和形成总调整率。

个体的偏移角以两种方式影响个体的调整率的确定，即一种是经由个体的前馈控制调整率并且另一种是经由个体的偏移偏差。借此，个体的偏移角经由开环控制、和经由闭环控制进入。开环控制也可以称作为前馈控制，进而所述开环控制输出个体的前馈控制调整率。

通过这种前馈控制，个体的调整率可以快速地且还没有动力学影响地考虑个体的偏移角，所述个体的偏移角由此立即且直接地影响个体的调整率，其中所述动力学影响否则可能通过闭环控制反馈得出。

然而，经由考虑个体的偏移偏差，可以调节偏差。由于此外使用的前馈控制，这种偏差然而是小的，使得也优选地考虑慢的反馈控制器，所述慢的反馈控制器达到稳定的准确性或在偏移角缓慢改变时可以至少改善近似稳定的准确性。

也要考虑的是，在考虑个体的偏移偏差的闭环控制中，将叶片角或叶片角偏差，即个体的偏移偏差转换为调整率。

每个个体的偏移角可以直接转换。转换是快速的并且所述转换同时达到高的准确性。

根据一个方面提出，个体的前馈控制调整率借助于前馈控制从个体的偏移角确定，并且从个体的偏移偏差借助于偏移反馈控制器确定反馈控制器调整率，以便调节个体的偏移偏差，其中总调整率从整体的调整率、前馈控制调整率和反馈控制器调整率确定，尤其从其总和确定。个体的调整率在此从前馈控制调整率和反馈控制器调整率确定。由此，个体的偏移角以两种方式考虑。

一种是，从个体的偏移角确定个体的前馈控制调整率，即尤其通过个体的偏移角的求导。特别地，在此基于的认识是，个体的偏移角是关于时间可变的函数，尤其周期函数。通常，考虑正弦函数。这种时间函数可以根据时间求导并且必要时借助增强系数修改。结果是个体的前馈控制调整率。由此，所述个体的前馈控制调整率说明叶片角的预计的调整速度。如果转子叶片角以所述调整速度调整，则当转子叶片否则为零时，作为转子叶片角得出个体的偏移角。即如果换言之，将这种个体的前馈控制调整率接入到值为零的转子叶片角，则在理想情况下得出个体的偏移角。

在运行进行时，然而添加整体的叶片角，并且所述整体的叶片角可以设为整体的调整率。整体的调整率和个体的前馈控制调整率可以相加并且可以得出调整率，即叶片角的改变速度，叶片角以所述改变速度调整。结果是在理想的转换中，转子叶片角对应于整体的叶片角和个体的偏移角的总和。

借助这种方式，尤其利用用于确定个体的前馈控制调整率的前馈控制，得出整体的叶片角和个体的偏移角的快速转换。通过前馈控制是不包含反馈的开环控制，可以排除可能的调节振荡(Regelschwingungen)。个体的偏移角可以直接预设并且通过个体的前馈控制调整率转换。

可能的偏差，尤其稳定的不准确性或近似稳定的不准确性然而通过这种前馈控制可以不被考虑。就此而言，将近似稳定的不准确性理解为对于随时间可变的信号、尤其对于正弦信号的跟踪准确性，所述信号可以对于个体的偏移角预设。

由此，为了实现这种稳定的或近似稳定的准确性，附加地设有偏移反馈控制器，所述偏移反馈控制器从个体的偏移偏差确定反馈控制器调整率。由此可以识别和调节偏差。然而要注意的是，这种偏移反馈控制器仅对于前馈控制补充地设置。由此可以此外保证个体的偏移角到所述个体的前馈控制调整率的快速的且直接的动力学转换，附加地尽管如此但是可以实现调节——通常小的——偏差。对应地，偏移反馈控制器的反馈控制器增益也可以选择成，使得偏移反馈控制器扮演下级的动力学角色。尤其，反馈控制器引起的振荡或甚至反馈控制器引起的不稳定性可以避免，而尽管如此可以实现个体的偏移角的快速转换。

优选地，作为偏移反馈控制器设有P反馈控制器。要注意的是，所述偏移反馈控制器也输出调整率，即角度的改变速度。恒定的改变速度造成叶片角的持续升高。由此，***具有积分性能。由此，闭环控制回路总体上，即具有***的P反馈控制器也具有积分性能。因此已认识到，当反馈控制器输出调整率时，通过具有P性能的偏移反馈控制器可以实现积分性能。

由此，优选地提出，偏移反馈控制器具有P反馈控制器或构成为P反馈控制器，其通过对应的P系数将角度差，即个体的偏移偏差换算成调整率，即反馈控制器调整率。

个体的前馈控制调整率和反馈控制器调整率可以相加进而可以一起考虑或实现个体的偏移角，即其转换。

个体的前馈控制调整率那么可以与反馈控制器调整率一起相加到整体的调整率上。通过三个调整率的总和，于是可以总体上引导偏移反馈控制器。

这可以对于每个转子叶片执行进而可良好地实现单个叶片调整的快速的、无振荡的转换，同时调节质量高。

根据一个方面提出，前馈控制调整率与检测到的叶片角无关地确定，尤其与个体的偏移偏差无关地。所述实施方式强调，检测到的叶片角的信号反馈不影响前馈控制调整率的确定。刚好开环控制或前馈控制出色。由此，实现个体的偏移角到前馈控制调整率的快速的可转换性并且排除闭环控制引起的振荡。

根据一个方面提出，个体的偏移角预设为随时间的偏移变化曲线，尤其通过时间相关的和/或与转子的位置或转动相关的偏移函数预设。在此由此尤其考虑循环周期函数，所述循环周期函数尤其在转子均匀地转动时，即在以恒定的转速转动时，可以是正弦函数。然而在转子不完全均匀地转动时，正弦函数的假设或正弦函数的预设也可以是有意义的。

尤其在个体的偏移角的这种随时间的偏移变化曲线中有利的是，设置和考虑个体的前馈控制率，即尤其经由所述前馈控制，即没有得出的叶片角的反馈。避免通过反馈的动力学回馈进而也可以避免对于对应的反馈控制器的设计问题，所述反馈控制器仅执行个体的偏移角的这种考虑。在此特别要注意的是，转子的转速根据情形可以大程度地改变。对应地，在反馈控制器设计中需要对应地鲁棒的反馈控制器，或反馈控制器、尤其其增益需要个体地匹配于不同的速度。

由此，个体的偏移角可以预设为随时间的偏移变化曲线，然而所述个体的偏移角也可以规定成与转子的转动的位置相关的变化曲线。就此而言，正弦函数可以规定成与转子位置、即转子的转动位置相关的函数。

这当然对于每个转子叶片单个地进行。例如，其中转子叶片垂直地指向上的12点位置可以假设为值为0°或0π的转动位置，如果转子已经转动一次并且转子再次处于12点位置时，那么所述转动位置可以随着转子转动连续地升高至360°或2π。所述转动位置可以用作为用于个体的偏移角的正弦函数的输入变量。在更下文中还描述，将正弦函数用于在确定个体的前馈控制调整率的范围内的进一步的计算或转换可以在何种程度上是有利的。

根据一个方面提出，每个个体的偏移角预设为具有用于减小俯仰力矩的俯仰分量和用于减小偏航力矩的偏航分量的随时间的偏移变化曲线。

通过预设整体的叶片角，应当实现尽可能最优的运行设定，所述运行设定与选择的转速和产生的功率一起应当尽可能形成最优的运行点。然而，风速通常在转子叶片掠过的大的转子面之上常常不是恒定的。尤其，风速通常在较高的区域中比在较低的区域中更高，这是示例性的且简而言之的。

由此，得出循环周期性的负荷改变，所述负荷改变应当通过叶片调整来考虑和减小。在此，应在两个负荷方向之间进行区分，即一个负荷方向造成风能设施的吊舱的俯仰力矩，而一个负荷方向造成风能设施的吊舱的偏航力矩。

称作为俯仰力矩的是指向吊舱的俯仰方向的力矩，即扭矩，即在吊舱向前和向后运动时的运动，这在转子的区域中也造成向上和向下的分量，或力指向所述方向。偏航力矩表示沿围绕吊舱的竖直的转动轴线的方向的力矩。围绕所述转动轴线也可以进行方位角调整并且就此而言偏航力矩或所属的方向也指向方位角调整的方向。

取决于转子叶片随着转子转动而旋转时的位置，风的力在转子叶片上以不同强度作用于俯仰力矩或偏航力矩。在基本上垂直的转子叶片中，沿俯仰力矩的方向的力和在此俯仰分量是特别大的。如果转子叶片基本上水平，则力基本上作为偏航力矩作用于转子叶片。

由此，对于每个转子叶片产生沿俯仰方向的负荷和沿偏航方向的负荷。两个负荷随着转子的转动可以是循环周期性的，然而具有对于不同转子位置的幅值。换言之，沿俯仰方向的负荷和沿偏航方向的负荷可以具有自身的幅值并且具有自身的相位。换言之，这两个负荷函数相对于彼此位移并且具有不同的幅值。

为了分别对于转子叶片抵抗每个沿俯仰方向的负荷和每个沿偏航方向的负荷，相关的转子叶片的个体的偏移角的随时间的偏移变化曲线具有抵抗俯仰力矩并且称作为俯仰分量的分量和抵抗偏航力矩并且称作为偏航分量的分量。那么因此可以构成为或视为部分叶片角变化曲线的俯仰分量和偏航分量就其而言也可以随着转子的转动而周期性地构成，具有自身的幅值和自身的相角或相位。俯仰分量和偏航分量本身也相对于彼此相位错开或相移。

在此现在提出，将每个个体的偏移角设为时间变化曲线，其具有俯仰分量和偏航分量。即提出，将俯仰分量和偏航分量在这个随时间的偏移变化曲线中叠加。

通过这两个分量在个体的偏移角的时间变化曲线中叠加，仅需要个体的偏移角的这种时间变化曲线。由此，转子叶片的个体的前馈控制调整率可以仅基于这个随时间的偏移变化曲线来确定。尤其，对应的前馈控制仅需要个体的偏移角的时间变化曲线作为输入变量。

根据一个方面提出，每个个体的偏移角作为随时间的偏移变化曲线通过时间相关的偏移函数预设，以便减小俯仰力矩和偏航力矩。在此，时间相关的偏移函数的时间变化曲线的特征在于幅值参数和相位参数。幅值参数和相位参数考虑不仅俯仰力矩、而且偏航力矩的减小，即同时考虑。尤其地，通过幅值参数和相位参数分别考虑俯仰分量和偏航分量。

作为随时间的周期性的变化曲线，尤其作为正弦形的变化曲线的俯仰分量的单独考虑可以借助对应的函数通过幅值和相位来描述，即尤其与转子位置相关地。通过均匀地或近似均匀地转动的转子，即通过恒定的或近似恒定的转速，由此也得出对应的时间函数。以相同的方式和方法可以提出用于偏航分量的函数。这两个分量区别是幅值和相，然而不是频率，因为这二者都与同一环绕的转子位置相关，即与同一转速相关。

在此已认识到，两个这种函数可以合并为具有幅值和相的新的函数，这在此称作为幅值参数或相位参数。幅值参数因此考虑所述单个函数的两个幅值并且相位参数考虑所述单个函数的两个相位。尤其在假设具有同一频率的两个正弦函数时，可以确定所述共同的函数。

因此，俯仰分量和偏航分量可以同时通过函数考虑。

根据一个方面提出，对于偏移变化曲线预设至少一个幅值极限值，对于每个转子叶片检查：偏移变化曲线是否达到幅值极限值，并且如果达到所述幅值极限值，则中断将个体的前馈控制调整率接入至整体的调整率，尤其使得将反馈控制器调整率或所述反馈控制器调整率继续接入至整体的调整率。尤其地，将反馈控制器调整率继续接入至、即相加至整体的调整率，以便这样形成总调整率。总调整率于是因此是整体的调整率和反馈控制器调整率的总和。

如果识别到偏移变化曲线达到或超过幅值极限值，那么不再可将前馈控制调整率接入至整体的调整率。

因此，幅值极限值对于每个个体的偏移角是不允许被低于的最小角，或是不允许被超过的最大角。要注意的是，分别预设最小角和最大角，使得偏移角应保持在最小角和最大角之间或检查所述内容。

在此尤其假设，偏移变化曲线是周期性的、尤其正弦形的变化曲线，其原则上低于幅值极限值，然而朝向其最大部位可以达到或甚至超过幅值极限值的大小。因此，其可以超过最大角，或低于最小角。尤其地，在此基于以下假设，偏移变化曲线持续地与检测到的负荷或其他运行条件相关地预设。因此，偏移变化曲线的幅值可以波动。

如果这种波动造成，偏移变化曲线暂时达到或会达到幅值极限值，则现在不提出，将偏移变化曲线限于所述幅值极限值，即将其在高度上切断，而是在此情况下仅中断前馈控制调整率的接入。因此仅关断前馈控制。输出反馈控制器调整率的闭环控制保持激活。

由此，尤其避免周期函数的所描述的切断。在此尤其已认识到，提出的前馈控制执行偏移变化曲线的求导。如果所述偏移被切断，那么得出非物理的拐点，所述拐点会造成在求导时的不期望的效应。通过停用前馈控制避免该问题。通过反馈控制器但是继续保持激活，偏移角仍可以继续被考虑，即使不如借助前馈控制那么好。

在此也已认识到，提出的单个叶片调整，即个体的调整率的预设虽然示出风能设施的改善和释放，尤其也可以延长总运行时间，然而可接受的是：这种单个叶片调整偶尔和暂时被削弱。

根据一个方面提出，偏移变化曲线经由以下偏移函数f(t)预设：

f(t)＝A*sin(ω*t+φ)

其中

A表示可预设的幅值

ω描述转子的转速，和

φ描述相对于参考角可预设的角位移。

通过这种偏移函数，偏移变化曲线可以经由幅值A和角位移φ表示。幅值A也可以称作为幅值参数，并且角位移φ称作为相位参数。通过所述偏移函数可以同时考虑俯仰分量以及偏航分量。

同样地，所述偏移函数可以良好地且连续地求导(abgeleitet)。在此在准备阶段中已经可以至少部分地确定导数(Ableitung)，使得得出与幅值A和角位移φ相关的函数。所述导数或与其对应的、尤其成比例的变量可以形成前馈控制的输出和/或个体的前馈控制调整率。因此，个体的前馈控制调整率已经持久地作为函数存在，由所述个体的前馈控制调整率仅必须调整参数化，即与可预设的幅值A和角位移φ、以及转子的转速ω相关地。

因此，在运行进行中避免在前馈控制中的求导。这简化了计算耗费并且也避免了可能的噪声增强，这在运行进行中对有噪声的信号求导时会出现。

当幅值A和/或角位移φ与时间相关时，仅必须将其还求导。如果其是恒定的，不再需要进一步求导。

根据一个方面，所述方法的特征在于，将前馈控制调整率作为前馈控制变化曲线经由以下前馈控制函数v(t)预设：

v(t)＝A*cos(ω*t+φ)*(ω+dφ/dt)+dA/dt*sin(ω*t+φ)

其中

A表示可预设的幅值

ω描述转子的转速，和

φ描述相对于参考角可预设的角位移。

当幅值A和角位移φ是时间相关的变量或函数时，所述前馈控制函数v(t)尤其作为导数从偏移函数f(t)＝A*sin(ω*t+φ)中得出。由此，可预设的幅值A和可预设的角位移φ对应于所述偏移函数f(t)＝A*sin(ω*t+φ)的对应的值。

对此有利的尤其是，前馈控制函数v(t)的一部分，即导数的一部分可以预先确定或预先计算。在运行中应用的情况下足够的是，将对应的变量置入前馈控制函数v(t)中或执行可预设的幅值A和可预设的角位移φ的求导。所述可预设的幅值也可以形成预先描述的幅值参数并且可预设的角位移φ可以形成预先描述的相位参数，尤其当这分别是恒定值时如此。

可预设的幅值A和/或可预设的角位移φ可以尤其与负荷检测相关地确定。这种负荷检测可以直接在相关的转子叶片处进行，尤其在其叶根处或在叶根附近，或也以其他方式确定，例如通过观察叶片弯曲。在确定幅值A以及角位移φ时还可以存在实施自由度，如在下面描述的过滤，使得幅值A以及角位移φ不一定必须明确地从负荷得出。因此，其至少通过其计算的选择可预设。

根据一个方面提出，与负荷检测相关地确定偏移函数f(t)＝A*sin(ω*t+φ)的幅值A和角位移φ。这种与负荷检测相关的确定在上文中已经阐述。在此尤其考虑，检测俯仰力矩和偏航力矩，或检测相应的转子叶片的俯仰力矩分量和相应的转子叶片的偏航力矩分量。其可以分别通过具有幅值和相角、即角位移的正弦形函数表示，其中频率是相同的。从中能对正弦函数对于两个负荷、即对于俯仰力矩和偏航力矩求导，使得对于每个转子叶片对于两者一起得出幅值和角位移。

尤其提出，幅值A和/或角位移φ形成经过滤的变量。在此尤其考虑，在用于确定前馈控制调整率的进一步计算时执行求导，所述求导也可以包含对幅值A和角位移φ求导。尤其，叠加给幅值或角位移的高频干扰变量、尤其噪声变量在求导中会是不利的。通过过滤，所述问题可以解决或至少减少。

尤其提出，与负荷检测相关地求取初步幅值A_v和/或初步角位移φ_v。原则上，初步幅值A_v对应于未过滤的幅值A并且初步角位移φ_v对应于未过滤的角位移φ。对应地，从初步幅值A_v和/或初步角位移φ_v分别通过过滤初步幅值A_v或初步角位移φ_v确定幅值A或角位移φ。也考虑的是，作为过滤器或代替过滤器预设斜坡，作为对于初步幅值A_v和/或初步角位移φ_v的最大改变速度。因此，避免过大的升高进而预设时间求导的信号的最大幅值。

替选地提出，与负荷检测相关地，将幅值A和角位移φ预设为恒定值，进而可以从偏移函数f(t)＝A*sin(ω*t+φ)的求导预设简化的前馈控制函数vs(t)。因此，即得出以下简化的前馈控制函数vs(t)：

vs(t)＝A*cos(ω*t+φ)*ω

尤其，这种简化的前馈控制函数vs(t)是可良好地预先确定的并且避免在在线应用中对幅值A和角位移φ持续求导的必要性。替代于此，仅需要确定所述简化的恒定值，尤其从在上文中描述的负荷检测、即尤其分别从俯仰力矩分量和偏航力矩分量确定。这些值随后可以与转子转速ω一起简单地输入到所述简化的前馈控制函数vs(t)中。由此也避免在对噪声信号求导时的问题。

为此然而尤其提出，这两个变量，即幅值A和角位移φ，仅为了求导的目的假设为恒定。因此简化地假设，所述变量是恒定的。然而已证实的是，这种假设通常是允许的。尤其，通常可以假设，这两个变量仅缓慢地改变。

在此尤其已认识到，虽然偏移函数具有随着时间改变的变化曲线，即正弦形的函数，但是幅值A和角位移φ作为所述函数的表征性的变量明显更慢地改变。由此，所述简化的前馈控制函数可以预设，但是尽管如此仍考虑改变的幅值A和改变的角位移φ。

根据本发明也提出一种风能设施。风能设施具有带有多个转子叶片的转子，转子叶片的叶片角是可调整的并且每个转子叶片可单独操控。此外，风能设施具有控制装置，并且准备用于执行单个叶片调整。在此，风能设施，尤其其控制装置设立为用于，执行根据上述方面之一的方法。为此，所述方法可以在风能设施中、尤其在控制装置中实现。

根据一个方面提出，风能设施具有检测装置，用于检测风能设施的负荷。这尤其可以是负荷测量装置，如分别在转子叶片处在其叶根的区域中的应变仪。

尤其，检测装置准备用于为每个转子叶片检测俯仰力矩分量和偏航力矩分量。风能设施、尤其控制装置准备用于，从检测到的俯仰力矩分量和检测到的偏航力矩分量确定对于相关的转子叶片的个体的偏移角。此外，风能设施或其控制装置准备用于，从对于相关的转子叶片的个体的偏移角确定个体的前馈控制调整率。

对此的实施方案从如在更上文中阐述的对相应的方法方面的描述中得出。

对于风能设施，然而也对于方法总体，也考虑的是，直接从检测到的负荷确定前馈控制调整率，其方式为：作为中间变量明确输出个体的偏移角可以是可有可无的。

个体的偏移偏差可以从前馈控制调整率求导，或对于偏移偏差可以例如从检测到的负荷确定个体的偏移角，然而不用于前馈控制调整率。

附图说明

下面参照附图根据实施方式示例性地详细阐述本发明。

图1示出风能设施的立体图。

图2示意地示出常规的单个叶片调整的闭环控制结构。

图3示意地示出经由调整率预设的单个叶片控制。

图4示出具有前馈控制和偏移反馈控制器的经由变桨率(Pitchrate)的单个叶片调整的示意性的闭环控制结构，用于控制要接入的单个叶片角。

图5示意性地示出具有前馈控制和用于要接入的偏移角的偏移反馈控制器的单个叶片调整的总结构。

图6示出转子叶片的可能的偏移角变化曲线的简化的图表。

具体实施方式

图1示出根据本发明的风能设施的示意图。风能设施100具有塔102和塔102上的吊舱104。在吊舱104处设有空气动力学转子106，所述空气动力学转子具有三个转子叶片108和整流罩110。空气动力学转子106在风能设施的运行中通过风置于转动运动进而也使发电机的直接地或间接地与空气动力学转子106耦联的电动力学转子或工作轮转动。发电机设置在吊舱104中并且产生电能。转子叶片108的桨距角可以通过相应的转子叶片108的转子叶片根部109处的变桨马达改变。

图2示出闭环控制结构200，所述闭环控制结构涉及借助单个叶片调整的常规的叶片角调整。结构示出运行控制块202，其预设整体的叶片角α_c。所述运行控制块202例如包含已知的转速调节，其为了调节转速输出叶片角作为调整变量。由此，所述运行控制涉及对于所有转子叶片相同的叶片角，这称作为整体的叶片角。所述整体的叶片角也可以同义地称作为共同的叶片角。

此外，设有单个叶片控制204，其对于每个转子叶片设置偏移角α_of。就此而言，图2示出用于唯一的叶片的结构。通常，风能设施具有三个转子叶片并且对应地需要三个这种控制结构。

偏移角α_of和整体的叶片角α_C在第一求和点206处相加为叶片期望角α_S。就此而言，在三个转子叶片和对应地三个结构中也得出三个叶片角。因为在此然而为了图解说明仅示出对于一个转子叶片的结构，所以取消用于显示具体的转子叶片的可能的标记。所介绍的结构就此而言对于所有转子叶片是相同的。

随后将叶片期望角α_S在第二求和点208处与检测到的实际角α_i比较。结果是调节偏差，所述调节偏差在根据叶片调节块210的叶片调节中被继续处理，以便操控示意性地示出的风能设施212或在那里的转子叶片的对应的变桨马达。由此得出如所描述那样反馈的检测到的叶片角α_i。

因此，经由根据图2的这种结构可实现单个叶片调整，但是，调节动力学通过对整体的叶片角预设绝对叶片角可能是不利的。尤其已证实的是，有利地通过运行控制块、而不通过整体的叶片角已经可以预设整体的调整率，所述整体的调整率也称作为整体的变桨率。

这种结构在图3中示出。图3的闭环控制结构300由此同样具有运行控制块302，其同样可以包含转速调节还有其他运行控制，并且在此可以产生整体的叶片角。在所述结构中，运行控制块302然而输出整体的叶片率R_C。

同样设有单个叶片控制304，其输出偏移角α_of。将其在第三求和点314处与检测到的叶片角α’_i比较。检测到的叶片角α’_i因此可以是以整体的叶片角校订的叶片实际角。然而也考虑，将实际的叶片角提供到第三求和点314，而偏移角α_of不以整体的叶片角校订。无论如何，在第三求和点314处通过求差得出调节偏差，其显示出：偏移角α_of以何种程度成功接入。

叶片角的偏差于是提供到偏移反馈控制器316，其确定个体的调整率R_of。所述个体的调整率R_of和整体的调整率R_C在第一求和点306中相加并且得出对于相关的转子叶片的期望调整率或期望变桨率。

在第二求和点308中进行与在风能设施312处检测的实际调整率或实际变桨率R_i的期望实际值比较。作为第二求和点308的输出的所述调节偏差随后在调整率控制310中转换并且造成对风能设施、尤其对应的变桨驱动***的操控。

在图3的所述结构中成问题的是，将偏移角与检测到的叶片角比较并且将偏差借助偏移反馈控制器316调节。这种调节虽然是期望的，但是具有良好的稳定的准确性的调节性能会造成差的、尤其慢的动力学。尤其，在偏移反馈控制器316中可以存在比例或积分性能和/或设有惰性动力学(Dynamik)，以便避免在改变控制变量/>时的过强的调节幅度。换言之，用于稳定的准确性的反馈控制器设为用于也调节低的偏差。所述反馈控制器可以缓慢地执行上述操作，使得其整体呈惰性，或者快速地执行上述操作，这然而在控制改变时会造成强的调节行为。

图4示出闭环控制结构400，其就此而言对于图3的闭环控制结构300应实现改进并且阐述根据本发明的解决方案。首先在此也在运行控制块402中输出整体的调整率R_C。运行控制块402和302可以是相同的。

同样设有单个叶片控制404，其输出偏移角α_of。为了更好地阐述工作方式，闭环控制结构400示出，单个叶片控制404两次输出偏移角α_of。这然而用于图解说明并且可以同样好地提出，仅在一个部位处输出偏移角α_of或也考虑其他结构上的实现方案，其中例如前馈控制调整率直接从负荷数据推导。

无论如何提出，偏移角α_of此外提供到前馈控制418中。前馈控制418从个体的偏移角α_of确定个体的前馈控制调整率R_v。所述前馈控制调整率R_v设为用于，将偏移角α_of已经基本上转换(umzusetzen)并且对此应当加到整体的调整率R_C上，以便由此总体上得到期望调整率。

前馈控制418对此可以形成偏移角α_of的导数，必要时具有增益系数，以便由此直接确定对应的调整率。然而也考虑，在进行过滤之前，执行与其等效的转换，诸如例如进行简化的求导，和/或事先计算导数的一部分。也考虑，进行如下简化，即可以将导数完全地事先计算并且仅还使用情形引起的具体的参数。

因此，通过这种前馈控制可以快速地且有针对性地为偏移角转换对应的调整率。稳定的或近似稳定的偏差可以既不被识别也不被调节。

因此，附加地提出，将偏移角α_of在第三求和点414中与检测到的叶片角α’_i比较。如在图3的闭环控制结构中，检测到的叶片角可以是修改的叶片角，即将测量出的叶片角以整体的叶片角修改。在此也可以替代于此在偏移角α_of中进行以整体的叶片角的修改。在此情况下，然而仅为进入第三求和点414的偏移角α_of执行这种修改。进入前馈控制418的值不应被修改。

无论如何，在第三求和点414中执行期望-实际值比较，并且与其相关地确定反馈控制器调整率R_r。这借助于偏移反馈控制器416进行，所述偏移反馈控制器然而现在可以与图3的偏移反馈控制器316不同地参数化，因为图4的偏移反馈控制器416不需要执行偏移角α_of到前馈控制调整率的快速的动力学转换。偏移反馈控制器416可以有针对性地针对纯调节或调节偏差的其他方式的考虑来设计。

前馈控制调整率R_v和反馈控制器调整率R_r在第四求和点420处相加为个体的调整率R_of。所述个体的调整率R_of因此是总体上由前馈控制418和偏移反馈控制器416产生的对于偏移角的调整率。其在第一求和点406处相加为整体的调整率R_C，使得得出总的期望调整率R_S。所述总的期望调整率随后可以与在图3中类似地在第二求和点408中与检测到的实际调整率R_i比较，使得得出调节误差。所述调节误差在叶片率调节410中转换，并且叶片率调节410于是操控风能设施412，尤其对应的叶片调整***。

图5图解说明关于基本方法的总概览。为此表明风能设施512。所述风能设施512具有三个转子叶片552，其中在示意图中仅可见两个。所述转子叶片552中的每个转子叶片具有多个负荷传感器554。所述负荷传感器可以在相关的转子叶片552处分别在转子叶片根部的区域中设为应变仪，这仅提到一个实例。

示意性地表明，将对应的负荷信号L提供至评估块556。所述评估块评估这些测量值并且也可以为此考虑另外的运行数据，如转子转速ω和相应的转子位置φ。

与其相关地，评估块556可以计算俯仰力矩分量m_N和偏航力矩分量m_G。这通过俯仰力矩块558和偏航力矩块560图解说明。俯仰力矩分量m_N和偏航力矩分量m_G因此不形成总的俯仰力矩或偏航力矩，而是仅形成与分别评估的转子叶片关联的部分。就此而言，图5仅说明对转子叶片的评估。

在俯仰力矩块558和偏航力矩块560中于是进行偏移函数的计算，对于俯仰力矩的f_N(t)和对于偏移力矩的f_G(t)。所述偏移函数给出，可以如何与转子551的转速ω相关地选择偏移角变化曲线，以便尽可能地补偿俯仰力矩分量m_N或偏航力矩分量m_G。第一和第二单个偏移块561或562图解说明所述内容。在这两个块中示出的部分偏移函数在总偏移块564中归并为共同的偏移函数f(t)。

因此，所述偏移函数f(t)描绘对于偏移角α_of的时间函数。对应地，总偏移块564输出偏移角α_of。这在此也在图5的示图中图解说明地进行，使得输出两个偏移角α_of，其然而能够是相同的。因此，总偏移块564可以对应于图4的单个叶片控制404。因此，偏移角α_of的进一步处理也对应于图4中所示出的内容。

因此，设有前馈控制518，其中在图5中清楚的是，所述前馈控制主要形成导数。对于所述前馈控制518也适用的是，不一定必须是精确的求导，而是也可以考虑简化和/或附加的函数，如过滤或设置增益系数。因此，结果是前馈控制调整率R_v。

此外设有偏移反馈控制器516，其得到作为在偏移角α_of和检测到的叶片角α’_i之间的差的调节偏差。在此也指明，检测到的叶片角α’_i能够以整体的α_C修改。替选地，进入所述第三求和点514的偏移角α_of可以被改变。

因此，偏移反馈控制器516输出反馈控制器调整率R_r并且将所述反馈控制器调整率在第四求和点520处相加为个体的调整率R_of。

个体的调整率R_of最后在第一求和点506处相加到整体的调整率R_C上，使得得出期望调整率R_S，即总的期望调整率。所述期望调整率R_S随后进入运行控制块502，所述运行控制块事先也已经产生整体的变桨率R_C。所述运行控制块502因此实施多个函数，即比图4的运行控制块402更多的函数。图4的第二求和点408也可以符合意义地在图5的结构的运行控制块502中实现。无论如何，运行控制块502与风能设施512相互作用，或所述运行控制块最后也是风能设施512的一部分，进而不仅可以控制干预，而且也可以接收、评估和转发测量值。

因此检测负荷，在俯仰力矩和偏航力矩方面考虑，与其相关地产生用于确定偏移角的总偏移函数并且与其相关地执行单个叶片调整。单个叶片调整通过预设个体的调整率R_of进行并且其与前馈控制518和偏移反馈控制器516相关。所述个体的调整率随后加到整体的变桨率R_C上，以便随后得到期望调整率R_S。所述期望调整率R_S随后考虑用于总的设施控制的叶片设定以及个体的负荷降低。

图6图解说明这种偏移函数f(t)。所述偏移函数在此与转子角φ相关地绘制并且明显在360°中是周期性的。所述偏移函数可以视为正弦函数。

所述偏移函数不穿过零点，而是在角位移φ的情况下与横坐标相交。角位移是相对于参考角的并且在此可以视为零。

就此而言，图6示出作为偏移角α_of的变化曲线的偏移函数。对于偏移角α_of可以设有幅值极限值α_max。对于所述幅值极限值还绘出水平的虚线。如果偏移函数f(t)，即偏移角α_of达到所述幅值极限值α_max，则偏移函数f(t)必须切断，这在图表中通过函数部段α_S图解说明。偏移函数f(t)的虚线的变化曲线、α_S’无需被转换。

然而提出，不可切断偏移函数，如这通过部段α_S图解说明那样，而是暂时中断前馈控制。在中断期间可以继续执行测量值检测和评估，即正常地继续进行。偏移角的调节也可以继续是有效的，然而前馈控制从而前馈控制调整率的接入暂时停用。

因此，根据图5的流程表图解说明地，仅前馈控制518停用。总偏移块564在此可以继续计算偏移函数f(t)，尽管中断了单个叶片调整，并且随后可以确定，是否仍达到或会达到幅值极限值α_max。对应地，随后可以将前馈控制518再次投入运行。

Claims (12)

1.一种用于控制风能设施(100)的方法，其中

-所述风能设施具有带有多个转子叶片(108)的转子(106)，

-所述转子叶片(108)的叶片角是可调整的，

-每个转子叶片(108)是可单独操控的，

-为了单独操控，分别预设总调整率R_of，所述总调整率说明相应的叶片角的预计的改变速度，

-设置对于所有转子叶片(108)相同的整体的叶片角，

-对于所有转子叶片相同的整体的调整率(R_C)描述所述整体的叶片角的预计的改变速度，

-对于每个转子叶片预设个体的偏移角(α_of)，所述个体的偏移角说明叶片角应与所述整体的叶片角(α_c)偏差的值，

-对于每个转子叶片(108)从所述个体的偏移角确定个体的前馈控制调整率，所述前馈控制调整率说明设为用于达到所述偏移角的调整率，

-对于每个转子叶片，与所述个体的偏移角(α_of)和所述转子叶片的检测到的叶片角的比较相关地，确定个体的偏移偏差，和

-与下列各项相关地确定每个转子叶片的总调整率：

-所述整体的叶片角和/或所述整体的调整率，

-所述个体的前馈控制调整率，和

-所述个体的偏移偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

-借助于前馈控制(414)从所述个体的偏移角确定所述个体的前馈控制调整率；和

-从所述个体的偏移偏差借助于偏移反馈控制器(416)确定反馈控制器调整率，以便调节所述个体的偏移偏差，其中

-从所述整体的调整率、所述前馈控制调整率和所述反馈控制器调整率，尤其从它们之和来确定总调整率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

与检测到的叶片角无关地，尤其与所述个体的偏移偏差无关地，确定所述前馈控制调整率。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

尤其通过时间相关的和/或与所述转子的转动或位置相关的偏移函数，将所述个体的偏移角预设为时间偏移变化曲线。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

将每个个体的偏移角借助

-用于减小俯仰力矩的俯仰分量，和

-用于减小偏航力矩的偏航分量

预设为时间偏移变化曲线，尤其使得

-所述俯仰分量和所述偏航分量在所述个体的偏移角的时间变化曲线中叠加。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

通过时间相关的偏移函数，尤其周期性的偏移函数将每个个体的偏移角预设为时间偏移变化曲线，以便

-减小俯仰力矩和偏航力矩，其中

-所述时间变化曲线的特征在于幅值参数(A)和相位参数(φ)，和

-所述幅值参数(A)和所述相位参数(φ)考虑所述俯仰力矩和所述偏航力矩的减小，尤其使得

-所述幅值参数和所述相位参数分别考虑俯仰分量和偏航分量。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

-对于偏移变化曲线或所述偏移变化曲线预设至少一个幅值极限值，

-为每个转子叶片检查：所述偏移变化曲线是否达到所述幅值极限值，和

-如果达到所述幅值极限值，则中断将所述个体的前馈控制调整率接入至所述整体的调整率，尤其闭环控制器调整率或所述闭环控制器调整率继续接入至所述整体的调整率。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

经由以下偏移函数f(t)预设偏移变化曲线或所述偏移变化曲线：

f(t)＝A*sin(ω*t+φ)

其中

A表示可预设的幅值

ω描述所述转子的转速，和

φ描述相对于参考角可预设的角位移。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

将所述前馈控制调整率经由以下前馈控制函数v(t)预设为前馈控制变化曲线：

v(t)＝A*cos(ω*t+φ)*(ω+dφ/dt)+dA/dt*sin(ω*t+φ)

其中

A表示可预设的幅值或上述可预设的幅值

ω描述所述转子的上述转速或者所述转子的转速，和

φ描述相对于参考角可预设的角位移或上述可预设的角位移。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

-与负荷检测相关地确定偏移函数或所述偏移函数f(t)＝A*sin(ω*t+φ)的幅值或所述幅值A和角位移或所述角位移φ，并且尤其

-所述幅值A和/或角位移φ形成被过滤的变量，尤其使得

-与所述负荷检测相关地求取初步幅值A_v和/或初步角位移φ_v，和

-从所述初步幅值A_v和/或所述初步角位移φ_v分别通过过滤所述初步幅值A_v和/或所述初步角位移φ_v确定所述幅值A或所述角位移φ，和/或分别通过将斜坡预设为对于所述初步幅值A_v和/或对于所述初步角位移φ_v的最大改变速度

或

与负荷检测相关地，将所述幅值A和所述角位移φ预设为恒定值，进而将简化的前馈控制函数vs(t)从所述偏移函数f(t)＝A*sin(ω*t+φ)的求导预设为：

vs(t)＝A*cos(ω*t+φ)*ω。

11.一种风能设施(100)，其中

-所述风能设施(100)具有带有多个转子叶片(108)的转子(106)，

-所述转子叶片(108)的叶片角是可调整的，

-每个转子叶片(108)是可单独操控的，并且

-所述风能设施(100)具有控制装置(502)，并且准备用于执行单个叶片调整，并且其中

-所述风能设施、尤其所述控制装置(502)设立为用于，执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的风能设施，

其特征在于，

-所述风能设施(100)具有检测装置(554)，用于检测所述风能设施的负荷，尤其

-用于对于每个转子叶片(108)检测俯仰力矩分量和偏航力矩分量，并且其中所述风能设施(100)、尤其所述控制装置(502)准备用于，从检测到的俯仰力矩分量和检测到的偏航力矩分量确定对于相关的转子叶片(108)个体的偏移角，并且从中对于相关的转子叶片确定个体的前馈控制调整率。