DE2922972C2

DE2922972C2 - Windturbinenregelsystem

Info

Publication number: DE2922972C2
Application number: DE2922972A
Authority: DE
Inventors: Kermit Ivan Windsor Conn. Harner; Joseph Michael Holyoke Mass. Kos; John Peter Windsor Conn. Patrick
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1979-06-06
Publication date: 1986-11-13
Also published as: SE7905005L; DK243579A; FR2428749A1; DE2922972A1; GB2023237B; GB2023237A; FR2428749B1; SE444599B

Description

Die Erfindung betrifft ein Windturbinenregelsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Das Grundproblem bei mit Windturbinen erzeugter Leistung besteht darin, die erzeugte Leistung in einer Form zu liefern, in der sie für öffentliche Stromversorgungsnetze oder für isolierte Stromversorgungsstationen nutzbar ist. Die Menge an verfügbarer Leistung wird durch die Windgeschwindigkeit und durch Windböen beeinflußt. Wenn elektrische Wechselstromleistung über einen durch eine Windturbine angetriebenen Synchrongenerator erzeugt wird, müssen sowohl die Frequenz als auch die Phase der Wechselstromleistung sowie die Wechselstromleistung selbst geregelt werden, bevor die Wechselstromleistung an Benutzer abgegeben oder in vorhandene Stromversorguiigsnetze eingespeist werden kann.

Es hat sich gezeigt, daE die Regelung, die zum Erzeugen von elektrischer Leistung durch einen durch eine Windturbine angetriebenen Synchrongenerator erforderlich ist, erfolgen kann, indem der Anstellwinkel der Rotorblätter in einer Weise verändert wird, die der Blattanstellwinkelregelung für einen Flugzeugpropeller analog ist. Die US-PS 23 63 850 beschreibt einen durch eine Windturbine angetriebenen Wechselstromgenerator mit einer durch einen Drehzahlregler gesteuerten Vorrichtung zum Verändern des Blattanstellwinkels zwischen voller Fahnen- oder Segelstellung und Volleistungsstellung. Außerdem sind Einrichtungen zum Regeln der elektrischen Ausgangsfrequenz, der Phase , und der Leistung und zum Abschalten des elektrischen Generators bei Windgeschwindigkeiten, die zum Erzeugen der gewünschten Leistung zu hoch oder zu niedrig sind, beschrieben. Die US-PS 25 47 636 beschreibt eine automatische Drehzahlregelung für eine Windturbine zum Regeln der Ladegeschwindigkeit einer Speicherbatterie, wobei die Drehzahlregelung aus mechanischen Vorrichtungen besteht, die auf die Windgeschwindigkeit ansprechen und den Blattanstellwinkel ändern. Die US-PS 25 83 369 beschreibt eine ähnliche Regelung zum mechanischen Verstellen des Blattanstellwinkeiä.

um eine relativ konstante Drehzahl des elektrischen Generators und damit eine relativ konstante Wechselstromausgangsfrequenz aufrechtzuerhalten.

Die US-PS 27 95 285 beschreibt eine Regelung zum Verändern der Änderungsgeschwindigkeit der BeIastung, der Drehzahl oder der Spannung eines durch eine Windturbine angetriebenen Motors durch Verändern des Anstellwinkels der Rotorblätter der Windturbine nach Art eines geschlossenen Regelkreises. Die US-PS 28 32 895 beschreibt eine weitere Einrichtung zum Einstellen des Blattanstellwinkels einer Windturbine, wobei die Einrichtung auf eine vorbestimmte Belastung einer Batterie oder auf plötzliche Windböen anspricht.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Regelsystemen.

daß sie nicht schnell genug oder nicht mit ausreichender Genauigkeit ansprechen, um die Beanspruchungen in den Blättern und anderen mechanischen Teilen auf zulässige Werte zu begrenzen. Auc^rdem werden die bekannten Regelsysteme durch Windbuen und Turbulenz übermäßig beeinflußt und können keine zufriedenstellende Leistungsregelung in einem weiten Bereich von Windgeschwindigkeiten aufrechterhalten, um eine Verbindung mit einem üblichen Stromversorgungsnetz zu gestatten. Bei hohen Windgeschwindigkeiten erzeugt sogar schwache Turbulenz beträchtliche Leistungs-Schwankungen und kann bewirken, daß der Generator vom Netz abgeschaltet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es. bei einem Windturbinenregelsystem der gattungsgemäßen Art die Ansprechempfindlichkeit und -Schnelligkeit zu verbessern.

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

Das Windturbinenregelsystem nach der Erfindung hält eine Betriebsvariable, z. B. die elektrische Wechselstromfrequeriz, die Phase, die Drehzahl, das Drehmoment und die Leistung, innerhalb gewünschter Toleranzen, indem sie den Blattanstellwinkel der Rotorblätter automatisch so beeinflußt, daß die Auswirkungen von Windböen und Turbulenz minimiert werden.

Außerdem verringert sie die Beanspruchung der Rotorblätter und anderer mechanischer Teil.;. Erfindungsgemäß läßt sich der Blattanstellwinkel z. B. als Funktion der Generatordrehzahl oder der Generatorleistung in Abhängigkeit von der Verbindung des Generators mit einem Stromübertragungsnetz regeln. Das Windturbinenregelsystem nach der Erfindung ist adaptiv, da es die jeweilige Größe oer Windgeschwindigkeit und Änderungen der Windgeschwindigkeit berücksichtigt. Das Windturbinenrcgelsystem arbeitet elektronisch, ist deshalb schnellwirkend und kann mit Digitalrechnern oder Mikroprozessoren preisgünstig implemertiert wenden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
In der Ausgestaltung der Ei-findung nach den Ansprüchen 2 Ks 5 enthält das Windturbinenregelsystem einen Blattanstellwinkelreglev, welcher P-, I- und D-Rege!signale erzeugt, wobei die Regelverstärkungen in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit kontinuierlich verändert werden.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 enthält das Windtarbinenregelsystem einen Integrator, der dem Blattanstellwinkel selbst dann folgt, wenn die Regelung inaktiv ist.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 7 und 8 wird durch Vorgabeeinrichtungen der Blattanstellwinkel so vorgegeben, daß sich die Blattbeanspruchung und Wellendrehmomentänderungen während Anlauf- und Abschaltübergangsvorgängen minimieren lassen. Dabei werden die Regelverstärkungen in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit kontinuierlich verändert, um die Stabilität und das Einschwingverhalten zu optimieren.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 12 und 13 ist der Blattanstellwinkelregler für Windböen sehr ansprechempfindlich und spricht über ein Vorwegnahmeregelsignal schnell an, das während schneller Änderungen der Windzustände zu den Regelsignalen addiert wird, um mechanische Beanspruchungen zu minimieren.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 14 hält das Windturbinenregelsystem die Ausgangsleistung des Synchrongenerators auf einem vorbestimmten Wert und auf einer vorbestimmten Frequenz und regelt das Einspeisen der Wechselstromleistung in ein Stromversorgungsnetz automatisch.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Beispiel einer Windturbine,

Fig. 2 einen Schaltplan, der die gegenseitige Beziehung zwischen den Rotorblättern, dem elektrischen Stromerzeugungssystem und dem Windturbinenregelsystem zeigt,

Fig. 3 einen Schaltplan des Regelsystems von Fig. 2,

Fig. 4 ein Diagramm der Beschleunigungsvorgabe für den Blattanstellwinkel,

Fig. 5 ein Diagramm der Verzögerungsvorgabe für den Blattanstellwinkel.

Fig. 6 ein Blockschaltbild der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung.

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Windvorwegnahmevorgabeeinrichtung,

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Wellendrehmomentvorgabeeinrichtung,

Fig. 9 ein Blockschaltbild von Verstärkungsvorgaben für die Vorgabeeinrichtung von Fig. 6 und 8,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Änderung der in Fig. 9 gezeigten Verstärkungsvorgaben unter Verwendung einer angenommenen Windgeschwindigkeit und

Fig. 11 ein Blockschaltbild von weiteren Vorgabeeinrichtungen für den Blattanstellwinkel.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine Windturbinenkonstruktion, die aus zwei diametral entgegengesetzten, gleichen Rotorblättern 10 besteht, die typisch im Durchmesser insgesamt 30,5 m bis 91 m betragen, und auf einem offenen Gitterturm 12 montiert ist, der für einen ausreichenden Bodenabstand der Blätter sorgt und diese dabei in ein Gebiet relativ hoher Windgeschwindigkeit bringt. Die Rotorblätter 10 sind im allgemeinen aus Aluminium, Stahl oder Fiberglas hergestellt. Die elektrische Stromerzeugungseinheit und weitere mechanische Teile sind in einer Zelle 14 enthalten und auf einer nicht gezeigten Auflageplatte montiert. Die Rotorblätter 10 sind am Ende der Zelle 14 windabwärts des Turms 12 angeordnet, damit sie nicht den Turm berühren können, wenn sie unter Stoßbelastung schlagen. Eine Gierregelung (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, um die Zelle 14 zu drehen und die Rotorblätter 10 bei langsamen Änderungen einer Wetterfront windabwärts zu halten, start den Rotorblättern zu gestatten, sich frei um die Gierachse zu bewegen und plötzlichen Verlagerungen der Windrichtung zu folgen. Die Zelle 14 enthält die Nabe für die Rotorblätter 10, ein Getriebe, eine hydraulische Verstelleinrichtung für die Rotorblätter, einen Synchrongenerator zum Erzeugen von elektrischem Strom und die notwendigen Zahnradantriebe und Regeleinrichtungen.

Fig. 2 zeigt die Rotorblätter 10, die an einer Nabe 16 befestigt sind, und das elektrische Stromerzeugungssystem sowie das Windturbinenregelsystem, die in der Zelle 14 von Fig. 1 enthalten sind. Das elektrische Stromerzeugungssystem, das als ein Synchrongenerator 26 dargestellt ist, und der mechanische Teil des Windturbinenregelsystems für die Rotorblätter 10 sind allgemein bekannt und werden deshalb nicht ausführlich beschrieben.

Eine Welle 18 ist an einem Ende mit der Nabe 16 und an dem anderen Ende mit einem Getriebe 20 verbunden, das die Drehbewegung der Windturbine in einem Verhältnis übersetzt, das von der Polnaaryahl in dem Synchrongenerator 26 und von der gewünschten Ausgangsfrequenz des Synchrongenerators abhängig ist. In einer typischen Anlage wird eine Windturbinendrehgeschwindigkeit von 40 U/min von dem Getriebe 20 in eine Drehgeschwindigkeit von 1800 U/min umgesetzt, um mit einem Standardsynchrongenerator einen 60 Hz-Wechselstrom zu erzeugen.

Die Abtriebswelle 22 des Getriebes 20 ist an ihrem anderen 5.nde mit dem Synchrongenerator 26 verbunden. Eine herkömmliche Schlupfkupplung kann zwisehen die Abtriebswelle 22 und den Synchrongenerator eingefügt sein. Der Synchrongenerator 26 hat typischerweise ein konstantes Magnetfeld t.-,nd einen Anker, der Wechselstrom synchron mit der Ankerdrehung und mit einer Frequenz liefert, die das Produkt der Polpaarzahl in dem Synchrongenerator und der Drehgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute ist. Die elektrische Ausgangsleistung des. Generators 26 wird über eine Leitung 28, einen Schalter 40 und eine Leitung 34 an eine Belastung (nicht gezeigt) abgegeben. Der Generator 26 kann einen einphasigen oder einen dreiphasigen Ausgang haben. Die Belastung kann eine Speicherbatterie oder ein anderer Energiespeicher sein, in welchem Fall ein Umsetzen in Gleichstrom erforderlich sein kann, oder die Leitung kann direkt an eine entfernte Anlage abgegeben werden, in welchem Fall die Frequenz und die Phase der Ausgangsleistung kritisch sein können. Im typischen Fall wird jedoch die Wechselstromleistung des Generators 26 in ein Netz einer öffentlichen Stromversorgung eingespeist und mittels Stromübertragungsleitungen zu einem entfernten Ort übertragen. In diesem Fall ist die Phasenbezitjung zwischen dem Stromversorgungsnetz und der Generatorausgangsleistung ziemlich kritisch, da die Phasenbeziehung ein Maß der von einem zum anderen übertragenen Leistung ist und eine Phasenfehlanpassung zwischen dem Ausgang des Synchrongenerators 26 und dem Stromübertragungsnetz nicht nur den Wirkungsgrad des Systems verringert, sondern tatsächlich dazu führen kann, daß dem Stromübertragungsnetz Leistung entnommen statt zugeführt wird. Leistungsänderungen können zur Überhitzung und Schädigung des Synchrongenerators 26 führen. Deshalb ist mit dem Synchrongenerator 26 eine automatische Frequenz- und Phasensynchronisierschaltung 30 verbunden, deren Ausbau bekannt ist. Die Synchronisierschaltung 30 gewährleistet, daß die Frequenz/und die Phase α des Synchrongenerators 26 denen der Belastung oder des Netzes angepaßt werden, bevor der Synchrongenerator züge-

schaltet wird. Signale, die die Frequenz/und die Phase α am Synchrongeneratorausgang anzeigen, werden der Synchronisierschaltung 30 über eine Signalleitung 32 zugeführt. Eine Signalleitung 36 liefert außerdem der Synchronisierschaltung 30 die Frequenz/und die Phase α der Belastung oder des Netzes, die bei geöffnetem Schalter 40 auf einer Leitung 34 erscheinen. Die automatische Synchronisierschaltung 30 vergleicht die Frequenz und die Phase des Synchrongenerators 26 mit denen der Belastung, und, wenn Synchronismus vorliegt, wird ein diskretes Signal durch die Synchronisierschaltung 30 über eine Leitung 38 abgegeben, das den Schalter 40 schließt und den Synchrongenerator zuschaltet. Das diskrete Signal auf der Leitung 38 wird außerdem dem im folgenden beschriebenen Blattanstellwinkelregler 46 zugeführt.

Wenn der Synchrongenerator 26 mit der gewünschten Frequenz arbeitet, aber nicht mit der Belastung in Phase ist, wird von der Synchronisierschaltung 30 ein Signal über eine Signaiieitung 42 an den Biaüaiisicilwinkelregler 46 abgegeben, der die Rotorzahl und damit die Frequenz und die Phase am Ausgang des Synchrongenerators verstellt, um die im folgenden in Verbindung mit Fig. 6 beschriebene Synchronisierung vorzunehmen.

Da die Ausgangsfrequenz des Synchrongenerators 26 durch die Drehgeschwindigkeit der Windturbine gesteuert wird, erfordert das Aufrechterhalten einer vorbestimmten elektrischen Ausgangsfrequenz, die beispielsweise 60 Hz betragen kann, eine präzise Regelung der Windturbinendrehgeschwindigkeit. Die praktischste Art und Weise des Regeins der Windturbinendrehgeschwindigkeit und damit der Generatordrehzahl und -ausgangsfrequenz besteht darin, den Anstellwinkel der Rotorblätter zu verändern, um die Windturbine daran zu hindern, bei zunehmender Windgeschwindigkeit zu beschleunigen oder bei abnehmender Windgeschwindigkeit langsamer zu werden. Um Drehzahlschwankungen zu verhindern, die mit unvorhersagbaren Windböen auftreten, muß die Regelung sehr ansprechempfindlich sein.

Gemäß Fig. 2 ist ein Anstellwinkelstellantrieb 44 vorgesehen, der bekannte hydraulische Stellantriebe und Verbindungen ähnlich denjenigen, wie sie bei Flugzeugpropellern benutzt werden, enthält, aber in einem größeren Maßstab. Ein Steuerventil in dem Hydraulikteil des Anstellwinkelstellantriebs 44 spricht auf ein elektrisches Signal aus dem Blattanstellwinkelregler 46 an, das über eine Leitung 48 übertragen wird. Als Steuerventil enthält der Anstellwinkelstellantrieb 44 eine zweistufige Hydraulikeinheit mit einer hohen Stellgeschwindigkeit, die die Rotorblätter 10 über nicht gezeigte Verbindungen und Hebel bewegt. Das Signal auf der Leitung 48 ist zu dem Blattanstellwinkelfehler ß_E proportional, der die Differenz zwischen dem Solloder Referenzblattanstellwinkel ß_R, der durch den Blattanstellwinkelregler 46 (Fig. 3) nach einem Plan vorgesehen wird, und dem Istblattanstellwinkel ß_A darstellt. Der Istblattanstellwinkel ß_A wird durch einen Meßwandler 50 gemessen, der in dem Anstellwinkel-Stellantrieb 44 angeordnet ist, und ein den Istblattanstellwinkel darstellendes elektrisches Signal wird über eine Signalleitung 52 an den Blattanstellwinkelregler 46 abgegeben.

Der Blattanstellwinkelregler 46 wird benutzt, um den Anstellwinkel der Blätter 10 so zu beeinflussen, daß mechanische Beanspruchungen während des Anlaufs und des Abschaltens und während Windböen minimiert werden. Er wird außerdem als Teil eines geschlossenen Regelkreises benutzt, um die Windturbinenrotordrehzahl und somit die elektrische Ausgangsfrequenz in einer Regelbetriebsart oder die Generatorausgangsieistung oder das Wellendrehmoment in einer anderen Regelbetriebsart, je nach Art der Belastung, zu regeln. Wenn beispielsweise die Windturbine und der Generator 26 als eine isolierte Generatorstation benutzt werden, ist die Windturbinenrotordrehzahlregelung im allgemeinen ausreichend. Wenn jedoch der Generator 26 auf ein Netz geschaltet wird, ist eine Wellendrehmoment- oder Generatorleistungsregelung erforderlich. In jedem Fall muß das Regelsystem auf Windturbulenz ansprechen, um eine angemessen konstante Generatorausgangsleistung aufrechtzuerhalten. Der Blattanstellwinkelregler 46 gibt den Sollblattanstellwinkel ß_R unter Berücksichtigung von ausgewählten Betriebszuständen und Referenzsignalen vor und sorgt für eine schnelle Verstellung des Blattanstellwinkels aus einer vollen Fahnenstcüung vor. i 90 in είπε Voüeistungssteüung von 0°. Da die Rotorblätter 10 nicht eben sind, sondern eine gewisse Verdrehung haben, wird der Anstellwinkel in Grad auf die Steigung des Blattes in V» des äußeren Abstandes längs des Blattes von der Nabe 16 bezogen.

Zum Versorgen des Blattanstellwinkelregisters 46 mit den notwendigen Daten wird die Drehgeschwindigkeit des Windturbinenrotors durch einen mit der Nabe 16 verbundenen Meßwandler 54 abgefühlt, bei dem es sich beispielsweise um ein Zahnrad handelt, dem ein magne-

tischer Aufnehmer zugeordnet ist, welcher über eine Leitung 56 ein zu der Rotordrehzahl N_R proportionales elektrisches Signal liefert. Ein ähnlicher Meßwandler 58 ist mit der Welle des Synchrongenerators 26 verbunden, um ein elektrisches Signal über eine Leitung 60 zu liefern, das zu der Drehzahl N_c des Synchrongenerators proportional ist. Ein Meßwandler 62, beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen oder mehrere Dehnungsmeßstreifen mit unterschiedlichen Ausrichtungen, ist mit einer Welle in dem Getriebe 20 oder mit der Welle 18 oder 22 verbunden, um das Wellendrehmoment Q abzufühlen und dem Blattanstellwinkelregler 46 ein dazu proportionales Signal über eine Leitung 64 zuzuführen. Die Ausgangsleistung (oder der Ausgangsstrom) P_c des Synchrongenerators 26 kann gemessen und dem Blattanstellwinkelregler 46 über eine Signalleitung 66 zugeführt werden, die mit der Ausg^ngsleitung 28 des Synchrongenerators verbunden ist. Weitere Signalgeber, Verstärker und/oder Dämpfer können erforderlich sein, sind aber der Einfachheit halber nicht dargestellt worden.

Weiter sind mit dem Blattanstellwinkelregler 46 mehrere Quellen für feste oder variable Referenzsignale verbunden, bei welchen es sich um einfache Spannungspcgel im Analogformat oder um ein Digitalwort im

Digitalformat handeln kann. Ein Rotordrehzahlreferenzsignal N_R REF wird in einem Block 69 erzeugt und dem Regler 46 über eine Leitung 70 zugeführt. Ein Drehmomentreferenzsignal β i?£Fwird in einem Block 67 erzeugt und dem Regler 46 über eine Leitung 68

zugeführt. Ein mit AN_R REF bezeichnetes Referenzsignal, das zur Überdrehzahlkontrolle benutzt wird, wird in einem Block 71 erzeugt und dem Regler 46 über eine Signalleitung 72 zugeführt. Ein mit FAHNENSTELLUNG bezeichnetes Signal, das benutzt wird, um die Windturbinenrotorblätter in Fahnenstellung zu bringen.

wird in einem Block 73 erzeugt und dem Regler 46 über eine Signalleitung 74 und einen Schalter 76 zugeführt.

Die Windgeschwindigkeit wird durch einen Wedge

schwindigkeitsfühler 78 abgefühlt, der an der Zelle 14 von Fig. 1 oder an irgendeinem anderen Ort, wo er nicht durch die Drehung der Windturbine beeinflußt wird, angebracht ist. Der Windgeschwindigkeitsfühler 78 mißt die Ist-Windgeschwindigkeit und gibt ein diese anzeigendes Signal über eine Signalleitung 80 an eine Mittelwertbilduni?,sschaltung 82 ab, bei der es sich um einen elektronischen Integrator oder um eine Digitaloder Mikroelelflronikeinheit handelt, welche eine statistische Verarbeitung vornimmt und die mittlere Windgeschwindigkeit über einer vorgewählten Zeitspanne bestimmt. Das die mittlere Windgeschwindigkeit darstellende Ausgangssignal V_WA der Mittelwertbildungsschaltung 82 wird an den Regler 46 über eine Signalleitung 84 abgegeben.

Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wird angenommen, daß der Synchrongenerator 26 beginnt, nutzbare Leistung bei einer Windgeschwindigkeit von 12,9 km/h zu erzeugen, und seine Nennausgangsleistung von beispielsweise 100 kW bei einer Windgeschwindigkeit von 29 km/h liefert. Es wird weiter angenommen, daß die Nennrotordrehzahl 40 U/min beträgt, bei der durch den Generator 26 ein Ausgangswechselstrom mit einer Frequenz von 60 Hz erzeugt wird.

Die Einzelheiten einer Ausführungsform des Blattanstellwinkelreglers 46 von Fig. 2 sind in Form eines Bloc' liagramms in Fig. 3 gezeigt. Der Regler 46 besteht aus einer Beschleunigungsvorgabeeinrichtung 86, einer Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88, einer Windvorwegnahmevorgabeeinrichtung 90, einer Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 und einer Verzögerungsvorgabeeinrichtung 94. Der Betrieb der Windturbine kann in vier Betriebsarten unterteilt werden, nämlich Anlauf, Rotordrehzahlregelung, Drehmomentregelung (oder Leistungsregelung), wenn die Windturbine an ein öffentliches Stromversorgungsnetz angeschlossen ist, und Fahnenstellung oder Abschaltung. Der Regler 46 nimmt eine rückführungslose Steuerung des Rotorblattanstellwinkels während des Anlaufens und Abschaltens und eine Regelung des Rotorblattanstellwinkels in einem geschlossenen Regelkreis (d. h. mit Rückführung) für die Drehzahl- ".nd Drehmoment (oder Leistungs)-Regelung vor. Darüber hinaus werden die Verstärkungen in der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 und der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 unter Berücksichtigung der Windgeschwindigkeit durch eine Verstärkungsvorgabeeinrichtung 95 über eine Signaileitung 97 verändert.

Jede der fünf Vorgabeeinrichtungen 86, 88, 90, 92 und 94 liefert ein Ausgangssignal, das einen Sollblattanstellwinkel für die besonderen Betriebszustände der Windturbine darstellt und als Blattanstellwinkelreferenzsignal bezeichnet wird. Das Ausgangssignal der Beschleunigungsvorgabeeinrichtung 86, d. h. ein Beschleunigungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_s erscheint auf einer Signalleitung 96 und wird einer Größtwertwählschaltung 98 als ein Eingangssignal zugeführt. Das Ausgangssignal der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88, d. h. ein Rotordrehzahlregehingsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_N erscheint auf einer Signalleitung 100 und wird einem Summierpunkt 102 zugeführt. Das Ausgangssignal der Windvorwegnahmevorgabeeinrichtung 90, d. h. ein Windvorwegnahmeblattanstellwinkelreferenzsignal ß_ANT erscheint auf einer Signalleitung 104 und wird ebenfalls dem .Summierpunkt 102 zugeführt, wo es zu dem Rotordrehzahlregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_N addiert

wird. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 102 auf einer Signalleitung 106 ist daher die Summe aus dem Roturdrehzahlregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_N und dem Windvorwegnahmeblattanstellwinkelreferenzsignal ß_A^_T. Das Signal auf der Leitung 106 wird ebenfalls der Größtwertwählschaltung 98 als ein Eingangssignal zugeführt.

Das Ausgangssignal der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92, d. h. ein Drehmomentregelungsblattanstell-Winkelreferenzsignal ß_Q erscheint auf einer Leitung 108 und wird einem Summierpunkt 110 zugeführt, wo es ebenfalls zu dem Windvorwegnahmeblattanstellwinkelreferenzsignal ß_ANT auf der Leitung 104 addiert wird. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 110 wird über eine Leitung 112 als drittes Eingangssignal an die Größtwertwählschaltung 98 abgegeben.

Die Größtwertwählschaltung 98 wählt dasjenige Signal auf den Leitungen 96, 106 oder 112, das den größten Blattanstellwinkel verlangt, d. h. den BlattanstHiwinke! der FahnensteUung oder 90° am nächsten festlegt, aus und läßt dieses Signal durch. Während des Anlaufs der Windturbine wird das ausgewählte Signal normalerweise das Beschleunigungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_s auf der Leitung 96 sein und, wenn die Rotordrehzahl zunimmt und sich der Nenndrehzahl nähert, wird das ausgewählte Signal normalerweise entweder das Signal auf der Leitung 106 oder das Signal auf der Leitung 112 sein, je nachdem, ob der Synchrongenerator 26 zugeschaltet ist oder nicht.

Das Ausgangssignal der Größtwertwählschaltung 98 auf einer Leitung 114 wird einem Summierpunkt 116 als Eingangssignal zugeführt. Außerdem wird dem Summierpunkt 116 als ein Eingangssignal das FAHNEN-STELLUNG-Referenzsignal auf der Leitung 74 zugeführt. Wenn jedoch der Schalter 76 in der Leitung 74 offen ist, erscheint kein Signal auf der Leitung 74 und das Ausgangssignal des Summierpunktes auf einer Leitung 118 ist mit dem auf der Leitung 114, d. h. mit dem Ausgangssignal der Größtwertwählschaltung 98 identisch.

Das Ausgangssignal der Verzögerungsvorgabeeinrichtung 94, d. h. ein Verzögerungsblattanstr Uwinkelreferenzsignal ß_D erscheint auf einer Signalleitung 120 und wird als das andere Eingangssignal zusammen mit dem Signal auf der Leitung 118 einer Kleinstwertwählschaltung 122 zugeführt. Die Kleinstwertwählschaltung wählt das Signal auf den Leitungen 118 oder 120 aus und läßt dasjenige Signal durch, das den kleinsten Blattanstellwinkel verlangt, d. h. diejenige Blattstellung, die sich der Volleistungsstellung oder 0° am nächsten befindet. Während des normalen Betriebes ist das durch die Kleinstwertwählschaltung 122 ausgewählte Signal dasjenige auf der Leitung 118. Wenn jedoch die Windturbine schnell abgeschaltet werden soll, wird der Fahnenstellung-Schalter 76 geschlossen und das FAHNENSTEL-LUNG-Referenzsignal erscheint auf der Leitung 74. Dieses Signal verlangt einen sehr großen Blattanstellwinkel. Zu dieser Zeit legt das Signal auf der Leitung 120, d. h. das Beschleunigungsblattwinkelreferenzsignal ß_D einen kleineren Blattanstellwinkel fest und ist dasjenige Signal, das durch die Kleinstwertwählschaltung 122 ausgewählt wird. Die Auswahl des Signals ß_n gestattet, die Geschwindigkeit, mit der die Blätter 10 in FahnensteUung gebracht werden, zu begrenzen, um die Beanspruchungen der Blätter beim Verzögern zu mini-Tiieren und das durch den Rotor erzeugte negative Drehmoment zu begrenzen.

Das Ausgangssignal der Kleinstwertwählschaltung

122 auf einer Leitung 124 wird als resultierendes Blattanstellwinkelreferenzsignal ß_R bezeichnet und einem Summierpunkt 126 zugeführt und mit dem Istblattanstellwinkekignal ß_A auf der Leitung 52 verglichen, um das Blattanstellwinkelfehlersignal ß_E auf dej Leitung 48 zu erzeugen. Das letztgenannte Signal wird dem Anstellwinkelstellantrieb 44 von Fig. 2 zugeführt.

Das resultierende Blattanstellwinkelreferenzsignal ß_R auf der Leitung 124 wird außerdem zum Integratornachführen in der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 und in der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 benutzt und beiden Vorgabeeinrichtungen über eine Signalleitung 128 zugeführt.

Die Vorgabeeinrichtungen 86, 88, 90, 92 und 94 werden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 8 jeweils ausführlich btschrieben.

Zum Starten der Windturbine wird der Fahnenstellung-Schalter 76 geöffnet, wodurch das FAHNEN-STELLUNG-Referenzsignal auf der Leitung 74 abgeschaltet wird. Das Signal ß*. das auf der Leitung 96 durch die ßeschleunigungsvorgabeeinrichtung 86 erzeugt wirr' - ist das zu dieser Zeit ausgewählte Signal und es bewirkt, daß der Anstellwinkel der Rotorblätter 10 aus einer Fahnenstellung von +90°, in welcher kein Auftrieb und deshalb kein Drehmoment erzeugt wird, herausbewegt und zu der Volleistungsstellung von 0^c bewegt wird. Wenn die Drehzahl des Rotors zunimmt, nimmt das von dem Rotor gelieferte Drehmoment bei gewissen Zuständen des Blattansiellwinkels und der Rotordrehzahl zu. Es gibt einige Zustände der Rotordrehzahl und des Rotorblattansiellwinkels, in denen ein negatives Drehmoment oder eine Verzögerung auftritt. Infolgedessen ist die Geschwindigkeit der Blattanstellwinkeländerung während des Anlaufs nicht beliebig, sondern muß in Übereinstimmung mit den besonderen Kenndaten der Windturbine vorgegeben werden. Wenn der Blattanstellwinkel zu schnell aus der Fahnenstellung heraus geändert wird, kann die Strömung am Rotorblatt abreißen. Infolgedessen ist eine kontrollierte Blattanstellwinkeländerung erforderlich. Das Verändern des Anstellwinkels mit einer festen Geschwindigkeit aus der Blattfahnenstellung heraus, bis der Windturbinenrotor seine Nenndrehzahl erreicht, ist eine Alternative, die sich als nützlich erwiesen hat, solange die Anstellgeschwindigkeit schnell verändert wird, um das Rotorblatt daran zu hindern, bei Drehzahlen zu verweilen, die Systemresonanzen anregen. Mit zunehmender Windgeschwindigkeit nimmt die Anlaufzeit der Windturbine ab. Ein Rotor mit größerer Trägheit braucht zum Beschleunigen mehr Zeit. Die Beschleunigung des Blattes nimmt mit der Drehgeschwindigkeit schnell zu.

Es ist zwar eine ausreichende Leistung während der Beschleunigung der Windturbine dadurch erzielbar, daß die Änderung des Rotorblattanstellwinkels von der Fahnenstellung bis icr vollen Leistung mit einer festen Geschwindigkeit erfolgt, eine beträchtlich bessere Leistung, die eine schnellere Beschleunigung und eine geringere Beanspruchung bei allen Windgeschwindigkeiten ergibt, kann jedoch erzielt werden, indem der Blattanstellwinkel als Funktion der mittleren Windgeschwindigkeit V_WA und der Rotordrehzahl N_R vorgegeben wird. Fig. 4 zeigt in Form eines Diagramms eine bivariante Beschleunigungsvorgabe, wobei der optimale Beschleunigungsblattanstellwinkel über der Windgeschwindigkeit für verschiedene Rotordrehzahlen aufgetragen ist. Der Mindestanlaufblaltanstellwinkel wird so als eine Funktion der mittleren Windgeschwindigkeit V_WA und der Rotordrehzahl N_R vorgegeben. Die Vorgabe nach Fig. 4 ist in der BeschlcunigungsvorgabeeiJirichtung 86 von Fig. 3 implementiert, in welcher die beiden Eingangssignale V_WA und N_R auf den Signalleitungen 84 bzw. 56 erscheinen und das Ausgangssignal auf der Leitung 96 das Beschleunigungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_s ist, welches entsprechend Fig. 4 vorgegeben wird. Die Implementierung erlolg? ata einfachsten digital über einen Festwertspeicher, es können aber auch Analogschaltungen benutzt werden. Gemäß

ίο Fig. 4 ist für den Start oder 0 U/min ein Blattanstellwinkel von +70° oder darüber festgelegt, je nach Windgeschwindigkeit. Wenn die Rotordrehzahl zunimmt und dem Synchrongenerator 26 ein Drehmoment geliefert wird, wird der Blattanstellwinkel allmählich auf 0 verringert, bis der Windturbinenrotor seine Nermdrehzahl erreicht. Die in Fig. 4 gezeigten Kurven beinhalten Mindestblattanstellwinkelgrenzen, die den Windturbinenrotor daran hindern. Beschleunigungsmomente zu erzeugen, welche größer als ungefähr 200% (oder irgendein anderer gewünschter Grenzwert) des normalen Nennmoments sind, so daß die Blattbeanspruchungen und das über die Anordnung aus Rotorwelle 18 und Getriebe 20 übertragene Drehmoment minimiert werden. Während des Anlaufes der Windturbine wird somit der Rotorblattanstellwinkel ausschließlich durch die Beschleunigungsvorgabeeinrichtung 86 festgelegt.

In den Figuren ist es zwar nicht gezeigt, das Rotordrehzahleingangssignal .V_R der Beschleunigungsvorgabeeinrichtung 86 von Fig. 3 kann jedoch mit nur geringen Systemänderungen durch das Generatordrehzahlsignal N_c ersetzt werden, da es ein direktes Verhältnis zwischen der Rotordrehzahl und der Generatordrehzahl über das Getriebe 20 gibt. Die Gesamtform der Kurven von Fig. 4 wird sich nicht ändern.

Wenn die Windturbinendrehzahl entsprechend der Beschleunigungsvorgabeeinrichtung 86 zunimmt, nähert sich die Rotordrehzahl dem in der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 durch das Signal N_R REF auf der Leitung 7ö vorgegebenen Wen. Während des Anlaufs wird die Istrotordrehzahl N_R auf der Leitung 56 immer kleiner als die Soiirotordrehzahl N_R REF sein, und das Ausgangssignal ß_N der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 auf der Leitung 100 wird einen kleinen Blattanstellwinkel verlangen, d. h., wenn eine Unterdrehzahl abgefühlt wird, wird die Rotordrehz.;'üvorgabeeinrichtung 88 einen kleinen Blattanstellwinkel vorgeben, um zu versuchen, die Drehzahl zu erhöhen und den Rotor sowie den Synchrongenerator 26 auf die Solldrehzahl zu bringen. Die Größtwertwählschaltung 98 wird zu dieser Zeit das Signal auf der Leitung 106 nicht durchlassen, da ein größerer Blattanstellwinkel durch das Signal ß_s auf der Leitung 96 verlangt wird. Wenn die Rotordrehzahl N_R zunimmt und sich dem durch das Signal N_R REF gewählten Wert nähert, verlangt das Signal ß_N einen größeren Blattanstellwinkel, während das Signal ß_s einen kleineren Blattanstellwinkel verlangt, und es wird ein Punkt erreicht, an dem die Regelung des Blattanstellwinkels durch die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 übernommen wird.

Gemäß Fig. 3 empfängt die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 als Eingangssignale die Soiirotordrehzahl N_R REF auf der Leitung 70, die Istrotordrehzahl N_R auf der Leitung 56 und das Spitzendrehzahlreferenzsignal AN_R REF auf der Leitung 72. Signale werden der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 außerdem von der automatischen Synchronisierschaltung 30 (Fig. 2) über die Leitungen 38 und 42 geliefert. Die Rückkoppelung des Blattwinkelreferenzsignais ß_R erfolgt über die Lei-

tung 128, und Verstärkungen für die Vorgabeeinrichtung 88 werden über die Leitung 97 geliefert.

Grundsätzlich vergleicht die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 die Istrotordrehzahl N_R mit der Solrrotordrehzahl N_R REF und erzeugt ein Rotordrehzahlfehlersignal, anhand dessen durch P-, I- und D-Regler der Blattanstellwinkel ß_s vorgegeben wird, damit sich ein stabiles, schnell ansprechendes System ergibt, welches Abweichungen in der Rotordrehzahl und damit in der Wechselstromausgangsfrequenz, die durch Windböen oder durch Verlust an elektrischer Belastung verursacht werden, minimiert. Die Änderungsgeschwindigkeit der Rotordrehzahl wird für eine zusätzliche Voreilkompensation ebenfalls überwacht. Das Spitzen- oder Oberdrehzahlsignal AN_R REF wird nur benutzt, wenn der Synchrongenerator 26 zugeschaltet ist. Die ausführliche Implemen jerung der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 ist in Fig. 6 gezeigt.

Gemäß Fig. 6 wird das Istrotordrehzahlsignal N_R auf der Leitung 56 mit dem Sollrotordrehzahlsignal N_R REF auf dci Leitung 70 in einem Summierpunkt 130 verglichen und ein Drehzahlfehlersignal, das zu der Differenz zwischen den beiden Signalen proportional ist, wird auf einer Signalleitung 132 erzeugt. Zu dem Signal N_R REF auf der Leitung 70 kann mittels eines Summierpunktes 131 das Signal auf der Leitung 42 addiert werden, um Phasensynchronismus zwischen dem Generator 26 und der Belastung herzustellen, was im folgenden noch näner beschrieben ist. Das Signal N_R auf der Leitung 56 wird außerdem einer Differential- oder D-Schaltung 134 zugeführt, und das Ausgangssignal der D-Schaltung 134. e:in Vorteilsignal, wird über eine Leitung 136 an eine Verstärkungsmultiplizierschaltung 138 angelegt. Die Verstärkung der Multiplizierschaltung 138 ist in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit veränderlich und ist als Signa] Κ_Λ auf einer Signalleitung 97a gezeigt. Die veränderliche Verstärkung wird in Verbindung mit Fig. 9 näher beschrieben. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 138 wird an den Summierpunkt 130 über eine Signalleitung 142 in derselben Richtung wie das Signal N_R angelegt, so daß das auf der Leitung 132 erscheinende Signal tatsächlich der Rotordrehzahlfehler plus einer Konstanten mal der Rotordrehzahländerungsgeschwindigkeit ist.

In der Leitung 72 ist ein Schalter 144 vorgesehen, der normalerweise offen ist und dadurch verhindert, daß das Überdrehzahlsignal AN_R REF an dem Summierpunkt 130 anliegt. Wenn jedoch dei Synchrongenerator 26 an ein Stromversorgungsnetz angeschlossen ist, wird die Blattanstellwinkelregelung auf die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 (Fig. 3) umgeschaltet und der Schalter 144 wird durch das diskrete Signal auf der Leitung 38 geschlossen, damit das Signal AN_R REF an den Summierpunkt 130 angelegt wird. Das Signal AN_R REF hat eine solche Größe und Richtung, daß es zu dem Signal N_R REF addiert und dadurch die Sollgeneratordrehzahl auf einen Wert oberhalb der Nenndrehzahl von 1800 U/min erhöht wird, je nach der Größe des Signals AN_R REF Da jedoch das Signal AN_R REF nur dann benutzt wird, wenn der Synchrongenerator 26 zugeschaltet ist und wenn die Blattanstellwinkelregelung auf die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 von Fig. 3 umgeschaltet worden ist, wirkt das Signal AN_R REF als ein Überdrehzahlschutz.

Ein Signal erscheint auf der Leitung 42, wenn der Synchrongenerator 26 von Fig. 2 die Sollfrequenz hat, aber nicht mit der Belastung in Phase ist, wobei dieses Signal eine derartige Größe und Richtung hat, daß die RotorreferenzdrehzaM N_R REF auf der Leitung 70 vorübergehend erhöht oder verringert wird. Das Vorhandensein des Signals auf der Leitung 42, das zu dem Signal N_R REF in dem Summierpunkt 131 addiert wird, wird die Rotordrehzahl geringfügig verstellen, bis Phasensynchronismus erreicht ist, zu welcher Zeit das Signal auf der Leitung 42 null wird.

Es sei angenommen, daß der Schalter 144 offen ist und daß kein Signal auf der Leitung 42 erscheint. Das

ίο Signal auf der Leitung 132, das den Rotordrehzahlfehler plus einer Konstanten mal der Änderungsgeschwindigkeit der Rotordrehzahl darstellt, wird dann P-, I- und D-Reglern zugefühnt, die gemeinsam das Signal ß_x auf der Leitung 100 erzeugen. Der P-Regler enthält eine Verstärkungsmultiplizierschaltung 146, die eine veränderliche Verstärkung K_NP hat, welche über eine Signalleitung 97b vorgegeben wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 146 wird als ein Eingangssignal an einen Summierpunkt 150 angelegt. Der I-Regler enthält eine Multiplizierschaltung 152, die eine veränderliche Verstärkung K_n, hat, weiche über eine Leitung 97c vorgegeben wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 152 wird über eine Leitung 156 als ein Eingangssignal an einen Summierpunkt 158 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 158 wird über eine Leitung 160 an einen Integrator 162 angelegt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 164 an den Summierpunkt 150 angelegt wird, wo es zu dem Proportionalregelsignal addiert wird.

Weiter wird eine Integratornachsteuerung benutzt, um den Integrator Iii2 bei inaktiver Regelung nahe dem resultierenden Referenzblattanstellwinkel ß_R zu halten. Das Integratorausgangssignal auf der Leitung 164 wird an einen Summierpunkt 166 angelegt und mit dem Rückkopplungssignal ß_R auf der Leitung 128 verglichen. Das Ausgangssigna! des Suimnierpunkies 166, bei welchem es sich um e:in Blattanstellwinkelfehlersignal handelt, wird über die Leitung 168 an eine Verstärkungsschaltung 170 angelegt, die eine tote Zone hat, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Die Verstärkungsschaltung 170 hat die Aufgabe, das Integralregelsignal zu zwingen, dem Blattanstellwinkelreferenzsignal ß_R nur dann zu folgen, wenn der durch den Integrator 162 vorgegebene Blattanstellwinkel bei der Rotordrehzahlregelung beträchtlieh von dem resultierenden Referenzblattanstellwinkel ß_R abweicht. Die tote Zone stellt sicher, daß keine Nachführung stattfindet, wenn sich der vorgegebene Blattanstellwinkel auf der Leitung 164 nahe demjenigen befindet, den der resultierende Referenzblattanstellwinkel ß_R angibt. Das Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung 170 wird über eine Leitung 172 an den Summierpunkt 158 angelegt und zu dem Integratoreingangssignal auf der Leitung 156 addiert wobei das Signal auf der Leitung 172 null ist, wenn der Blattan-Stellwinkelfehler innerhalb der toten Zone liegt, und ungleich null ist und zu dem Integratoreingangssignal addiert oder von demselben subtrahiert wird, wenn der Blattanstellwinkelfehler außerhalb der toten Zone liegt.

Der D-Regler umfaßt eine Multiplizierschaltung 174.

die eine veränderliche Verstärkung K_m hat. welche über eine Signalleitung 97<i vorgegeben wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 174 wird über eine Signalleitung an eine Differenzierschaltung 180 abgegeben. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung wird über eine Leitung 182 an einen Summierpunkt 184 angelegt, wo es mit den Integral- und Proportionalregelsignalcn aus dem Summierpunkt 150 verknüpft wird, die auf einer Leitung 186 erscheinen. Das Ausgangssi-

gnal des Summierpunktes 184 ist das Rotordrehzahlregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_N auf der Leitung 100.

In einigen Fällen sind die D-Schaltungen 134 und 180 von Fig. 6 nicht erforderlich und können weggelassen werden oder die betreffenden Verstärkungen K_n auf der Leitung 97a und Κ_ΝΟ auf der Leitung 97d können auf null verringert werden. Das Erfordernis einer Voreflkompensation hängt von der Art der abgefühlten Betriebsvariablen ab.

Die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 (Fig. 3) wird benutzt um Rotorwellendrehmomentänderungen und Rotorblattbeanspruchungen aufgrund von Windböen und Turbulenz zu minimieren, wenn der Synchrongenerator 26 mit einem elektrischen Netz verbunden ist. Es wird das Drehmoment Q an der die Windturbine mit dem Synchrongenerator 26 verbindenden Welle als Hauptsteuervariable gemessen. Das Istwellendrehmomentsignal Q erscheint auf der Signalleitung.64 und das Sollbetriebsdrehmomentsignal Q REF erscheint auf der Signalleitung 68 Die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 gleicht der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 dahin gehend, daß das Istdrehmoment Q mit dem Solldrehmoment Q REF verglichen wird und daß das resultierende Differenz- oder Fehlersignal benutzt wird, um den Rotorblattwinkel über PID-Regler zu beeinflussen, so daß ein stabiler, schnell ansprechender Regelkreis vorhanden ist, welcher Drehmomentänderungen minimiert. Die richtige Auswahl der Regelverstärkungen in Verbindung mit einer schnell wirkenden Anstellwinkelsteuervorrichtung sorgt für eine Dämpfung der Torsionsresonanz, die aus der Trägheit der Windturbine und der Federkonstante der Welle resultiert. Die Regelverstärkungen werden ebenfalls so ausgewählt, daß auf Windböen zurückzuführende Drehmomentabweichungen minimiert werden. Das Dämpfen der Torsionsresonanz des Windturbinenrotors hilft. Blattbeanspruchungen, Getriebebelastungen und Wellendrehmomente zu verringern, und gestattet die Verwendung eines schneller ansprechenden Drehmomentregelkreises. Das Ausgangssignal der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 ist das Drehmomentregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal /J₀, das auf der Leitung 108 erscheint. Die Rückkopplung des Blattanstellwinkelreferenzsignals ß_R erfolgt über die Leitung 128, und das Vorgeben der Verstärkung erfolgt über die Leitung 97.

Die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 erzeugt das Drehmomentregelungsblattanstell Winkelreferenzsignal βQ auf der Leitung 108 nur dann, wenn der Synchrongenerator 26 zugeschaltet ist, d. h. nur dann, wenn die Ausgangsfrequenz und die Phase des Synchrongenerators nit denen des Stromversorgungsnetzes innerhalb der durch die Synchronisierschaltung 30 von Fig. 2 festgelegten Grenzen synchron sind. Gleicnzeitig mit dem Zuschalten des Synchrongenerators 26 wird die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 in eine Drehzahlspitzen- oder Überdrehzahlregeleinrichtung umgewandelt. Wenn der Generator 26 zugeschaltet ist, wird nämlich die Windturbine bezüglich der Sollrotordrehzahl. N_R REF plus AN_R REF, immer Unterdrehzahl haben und daSfRotordrehzahlregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_N auf der Leitung 100 wird einen niedrigeren Blattanstellwinkel verlangen, damit die Rotordrehzahl erhöht wird. Die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 begrenzt den Blattansteilwinkel in Übereinstimmung mit den Drehmomentgrenzwerten des Systems und wird unter den meisten Umständen einen höheren Blattanstellwinkel verlangen, der sich näher bei der Fahnenstellung befindet. Da die Größtwertwählschaltung 98 von Fig. 3 das höchste Blattanstellwinkelsignal durchläßt, wird das Drehmomentregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_Q dasjenige sein, das durchgelassen wird, und die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 wird nur in Notsituationen wirksam, wenn der Rotor Oberdrehzahl erreicht, zu welcher Zeit das Rctordrehzahlregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_N dasjenige Signal sein wird, das den höheren Blattanstellwinkel verlangt.

Fig. 8 zeigt die Einzelheiten der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 von Fig. 3. Das Signal Q für das gemessene Drehmoment auf der Leitung 64 und das Solldrehmomentsignal Q REF auf der Leitung 68 werden in einem Summierpunkt 188 verglichen und es wird ein Drehmomentfehlersignal auf einer Signalleitung 190 erzeugt. Die Proportionalregelung erfolgt öjch eine Multipliziersclialtung 192, die eine veränderliche Ver-Stärkung K_QP hat, weiche über eine Leitung 97e vorgegeben wird. Die Integralregelung erfolgt durch eine Multiplizierschaltung 196, die eine veränderliche Verstärkung Kq, hat, welche über eine Leitung 97/vorgegeben wird. Das Ausgangssignal der Mulaplizierschahung 196 wird über eine Leitung 198 an einen Summierpunkt 200 angelegt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 202 an einen Integrator 204 angelegt wird. Das Integratorausgangssignal wird dann über eine Leitung 206 an einen Summierpunkt 208 angelegt, wo es zu dem Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 192 auf einer Leitung 210 addiert wird. Die Integratornachführung erfolgt wie in der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung (Fig. 6) durch den Referenzblattanstellwinkel ß_R auf der Leitung 128, der mit dem Integratorausgangssignal an einem Summierpunkt 212 verglichen wird. Das Differenzsignal wird über eine Leitung 214 und eine Verstärkungsschaltung 216 sowie eine Leitung 218 an den Summierpunkt 200 angelegt. Die Verstärkungsschaltung 216 hat eine tote Zone, die in Fig. 8 gezeigt ist.

damit der Integrator 204 nur dann nachgeführt wird, wenn sein Ausgangssignal beträchtlich von dem Referenzblattanstellwinkel ß_R abweicht.

Die Differentialregelung erfolgt durch eine Multiplizierschaltung 220, die eine veränderliche Verstärkung Kq₀ hat, welche über eine Leitung 97g vorgegeben wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 220 wird über eine Signalleitung 224 an eine Differenzierschaltung 226 angelegt, und das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 226 wird über eine Leitung 228 an einen Summierpunkt 230 angelegt, wo es mit dem PI-Ausgangssignal des Summierpunktes 208 auf einer Signalleitung 232 verknüpft wird.

Das Ausgangssignal des Summierpunktes 230 auf der Leitung 108, bei welchem es sich um das PID-Drehmomentregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_Q handelt, geht über einen Schalter 234. Der Schalter 234 wird nur dann geschlossen, um den Blattanstellwmkelreferenzsignal /3_y den Durchgang zu gestatten, wenn der Synchrongenerator 26 zugeschaltet ist und ein diskretes Signal durch die Synchronisierschaltung 30 (Fig. 3) auf der Leitung 38 erzeugt wird. Das Signal auf der Leitung 38 schließt den Schalter 40 (Fig. 2), verbindet den Synchrongenerator 26 mit dem Stromversorgungsnetz und schließt gleichzeitig die Schalter 144 (Fig. 6) und

234 (Fig. 8), wodurch die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 im eine Überdrehzahlregeleinrichtung umgewandelt wird, wie es oben beschrieben ist. und wodurch außerdem die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 in

das System eingeschaltet wird. Wenn der Synchrongenerator 26 von dem Stromversorgungsnetz aus irgendeinem Grund getrennt wird oder wenn die Frequenz und/ oder die "base des Synchrongenerators von der des Stromversorgungsnetzes abweicht, wird das diskrete Signal auf der !Leitung 38 abgeschaltet, die Schalter 40, 144 und 234 werden geöffnet und die Windturbine kehrt zur Rotordrehzahlregelung zurück.

Wenn der Generator 26 an das Netz angeschlossen ist and somit der Blattanstellwinkel unter der Kontrolle der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 steht, werden die Generatordrehzahl und somit die Ausgangsfrequenz durch das Stromversorgungsnetz angemessen konstant gehalten. Nach dem Zuschalten hält das Stromversorgungsnetz die Drehzahl des Synchrongenerators 26 auf der Netzfrequenz und mit derselben in Phase. Eine geringere Rotorwellensteifigkeit wird die Federkonstante der die Windturbine mit dem Synchrongenerator 26 verbindenden Welle verringern und helfen, Welkndrehmomentstön.'-3gen zu verringern.

Außerdem ertuigt eine weitere Unterstützung bei der Verringerung von Wellendrehmomentabweichungen bei zugeschaltetem Generator 26 und bei der Verringerung von Drehzahlabweichungen bei vom Netz getrenntem Generator durch die Windvorwegnahmevorgabeeinrichtung 90 von Fig. 3, die ausführlich in Fig. 7 gezeigt ist. Die Windvorwegnahmevorgabeeinrichtung 90 erzeugt ein Signal ß_ANT auf der Leitung 104 für sich schnell ändernde Windzustände über einen Nominalverlauf des Blattanstellwinkels, Block 236, in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit V_WA, die als ein Eingangssignal an dem Block 236 auf der Leitung 84 erscheint, und durch eine differeniierende Obergangsvorwegnahmeschaltung in dem 31ock 237. Der Windvorwegnahmeplan in dem Block 2~6 wird erhalten, indem der Blattanstellwinkel berechnet wird, der benötigt wird, um für unterschiedliche Windgeschwindigkeiten eine konstante Ausgangsleistung zu erzeugen, und zwar unter der Annahme, daß die Generatordrehzahl konstant auf dem gewünschten Referenzwert ist. Es können zwei Windvorwegnahmepläne benutzt werden, von denen einer für 100% Leistung aufgestellt wird, wenn die Drehmomentregelung mit aufs Netz geschaltetem Generator 26 benutzt wird, und von denen die zweite für =0% Leistung aufgestellt wird, wenn der Generator nicht zugeschaltet ist. In jedem Fall ist das Signal ß_ANT auf der Leitung 104 nur während sich schnell ändernder Windzustände ungleich null. Das Signal wird zu dem RotordrehzahlregelungsblattansteU-winkelreferenzsignal ß_N an dem Summierpunkt 102 addiert und außerdem zu dem Drehmomentregelungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_Q in dem Summierpunkt 110. Wenn sich die Windgeschwindigkeit ändert, gibt das Vorwegnahmesignal ß_ANT eine Änderung des Blattwinkels vor, die vorübergehende Abweichungen in der Rotordrehzahl oder im Drehmoment minimiert, welche aus Windböen resultieren würden. Starke Windböen werden jedoch im allgemeinen das Drehmoment oder die Drehzahl ausreichend ändern und bewirken, daß der Generator 26 vom Netz abgeschaltet wird, bis r^die richtige Frequenz und die richtige Phase wiederher- >3tgestellt sind.

Statt dessen können Wellendrehmomentänderungen auch durch eine herkömmliche Schlupfkupplung zwischen der Windturbine und dem Synchrongenerator verringert werden.

Die Verwendung einer PID-Regelung, die in einem Integrator mit quadratischer Voreilkompensation vereinigt ist, sowohl in der Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 als auch in der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 verbessert die Stabilität und die Ansprechempfindlichkeit der Regelkreise beträchtlich.

Die Verzögerungsvorgabeeinrichtung 94 von Fig. 3 ist in Form eines Diagramms in Fig. 5 gezeigt. In dem Fall, in welchem die Windturbine schnell abgeschaltet werden muS, ist es wichtig, die Geschwindigkeit zu begrenzen, mit der der Blattanstellwinkel in FiJinenstellung gebracht wird, um die Beanspruchungen zu minimieren, die in den Blättern auftreten, wenn die Windturbine verlangsamt wird. Diese Grenze wird hier geschaffen, indem ein maximaler Blattanstellwinkelgrenzwert vorgesehen wird, der als Funktion der mittleren Windgeschwindigkeit V_WA und der Rotordrehzahl N_R vorgegeben wird. Die Vorgabe ist für eine typische Windturbine in Fig. 5 gezeigt, in welcher das Verzögerungsregelungsblattwinkelreferenzsignal ß_B übir der Windgeschwindigkeit V_WA für ausgewählte Rotordrehzahlen N_R aufgetragen ist. Der Plan von Fig. 5 ist in Pi o_ "\ ΐΐηηΐί»ηΊί»ηΗί*τ+ Dabei werden EiH⁰Sn⁰SSi¹⁷HsIs der mittleren Windgeschwindigkeit V_WA auf der Leitung 84 und der Rotordrehzahl N_R auf der Leitung 56 der Verzögerungsvorgabeeinrichtung 94 zugeführt, bei weleher es sich um einen analogen oder digitalen Generator für eine bivariante Funktion handelt, der ein Ausgangssignal ß_D auf der Leitung 120 erzeugt, das seinerseits als ein Eingangssignal an die Kleinstwertwählschaltung 122 angelegt wird. Während des normalen Betriebes der Windturbine erzeugt die Verzögerungsvorgabeeinrichtung 94 ein Blattanstellwinkelrefeienzsignal ß_D, das einen Blattanstellwinkel verlangt, der größer ist als der durch die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 oder durch die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 vorgegebene. Das Signal, das von der Kleinstwertwählschaltung 122 durchgelassen wird, wird daher dasjenige sein, das auf der Eingangsleitung 118 erscheint und den kleinsten Blattanstellwinkel verlangt. Wenn die Windgeschwindigkeit unter denjenigen Wert ?.bsink·., der erforderlich ist, um die Nennleistung oder Nenndrehzahl zu erzeugen, wird das Signal auf der Leitung 118 einen noch kleineren Blattanstellwinkel verlangen.

Die Verzögerungsvorgabeeinrichtung 94 wird allein die Kontrolle über den Blattanstellwinkel haben, wenn die Windturbine abgeschaltet werden soll. d. h. wenn der Schalter 76 in der Fahnenstellungssignalleitung 74 geschlossen wird. Durch Schließen des Schalters 76 erscheint ein Fahnenstellung-Signal auf der Leitung 74 und wird an den Summierpunkt 116 angelegt, wobei das Fahnenstellung-Signal eine derartige Größe hat. daß auf der Leitung 118 ein Signal erzeugt wird, welches einen sehr großen Blattanstellwinkel verlangt, ungeachtet des Signals auf der Leitung 114, dem anderen Eingangssignal des Summierpunktes 116. Zu dieser Zeit wird das Signal auf der Leitung 120 immer einen kleineren Blattanstellwinkel als das Signal auf der Leitung 118 verlangen, und die Kleinstwertwählschaltung 122 wird das Verzögerungsblattanstellwinkelreferenzsignal ß_D auf der Leitung 120 durchlassen. Die Windturbine wird daher verzögert und gemäß dem Plan von Fig. 5 angehalten, der das negative Drehmoment, das durch den <;Rotor erzeugt wird, auf einen Wert begrenzt, welcher etwa gleich dem Zweifachen des normalen positiven Nenndrehmoments ist.

Es ist klar, daß ebenso wie bei der Beschlcunigungsvorgabecinrichtung 86 die Generatordrehzahl N_(; anstelle der Rotordrehzahl N_H bei der Verzögerungsvorgabeeinrichtung 94 benutzt werden kann.

Der Fahnenstellungsschalter 76 ist als ein Handschalter dargestellt, der tatsächlich als Ein/AUS-Schalter arbeitet, da durch das Offnen des Schalters das Fahnenstellung-Signal abgeschaltet und bewirkt wird, daß die Windturbine beschleunigt. Der Fahnenstellungsschalter 76 kann automatisch geschlossen werden, wenn in der Windturbine eine Sicherheitsschaltung vorgesehen ist, beispielsweise mit Oberdrehzahl-, Überstrom- oder Übertemperaturfühlern, und wenn diese Schaltung mit dem Schalter 76 verbunden ist und dessen Schließung bewirkt, wenn ein unsicherer Betriebszustand abgefühlt wird. Andere mechanische Vorrichtungen, wie eine Wellenbremse, können in bekannter Weise ebenfalls vorgesehen werden.

Wegen der nichtlinearen aerodynamischen Leistung der Windturbine ist es erwünscht, die Regelverstärkungen in den geschlossenen Regelkreisen in Abhängigkeit von Betriebszuständen zu verändern, um die Stabilität und das Einschwingverhalten zu optimieren. Die bevorzugte Implementierung ist in Fig. 9 gezeigt, in welcher das Signal V_WA der mittleren Windgeschwindigkeit auf der Leitung 84 (Fig. 1) der Verstärkungsvorgabeeinrichtung 95 (Fig. 3) zugeführt wird, die mehrere Analog- oder Digitalfunktionbsgeneratoren 238, 240, 242, 244, 246, 248 und 250 enthält, welche ihrerseits Ausgangssignale auf den Leitungen 97b, 97c, 97d, 91a, 97e, 97/bzw. 97g erzeugen, die die vorgegebenen Regelverstärkungen K_NP, Km, K_ND, K_lW, K_Qp, Kq, bzw. K_QD darstellen. Die Regelverstärkungen werden den passenden Verstärkungsmultiplizierschaltungen in den Fig. 6 und 8 zugeführt, um die Verstärkung der Multiplizierschaltungen in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit festzulegen. Die Verstärkungskurven, die in den Funktionsgeneratoren von Fig. 9 gezeigt sind, dienen lediglich als Beispiel, da die tatsächlichen Verstärkungen von vielen Faktoren abhängig sein werden und ohne eine Analyse der spezifischen Konstruküun und Bauteile der Windturbine nicht genau festgelegt werden können.

Statt der Vorgabe der Regelverstärkungen in Abhängigkeit von der mittleren Windgeschwindigkeit, wie in Fig. 9, können die Regelverstärkungen in Abhängigkeit von einer angenommenen Windgeschwindigkeit vorgegeben werden, die eine Funktion des Blattanstellwinkels und des Wellendrehmoments ist. Eine dem entsprechende Imp!ementierung ir in Fig. 10 gezeigt, in welcher Signale, die den Istblattansteilwinkel ß_A und das Wellendrehmoment Q auf den Leitungen 52 bzw. 64 (Fig. 1) darstellen, der Verstärkungsvorgabeeinrichtung 95 und darin einer;» Analog- oder Digitalgenerator 252 für eine bivariante Funktion zugeführt werden, in dem das Wellendrehmoment Q in Abhängigkeit von einer angenommenen Windgeschwindigkeit V_ws für mehrere Rotorblattwinkel ß_A variiert wird. Das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 252, das die angenommene Windgeschwindigkeit V_ws darstellt, erscheint auf der Leitung 260 und wird an die Funktionsgeneratoren 262, 264 angelegt, die die Regelverstärkungen K_NP bzw. Kq_D auf den Leitungen 97Z> bzw. 97g vorgeben. Die anderen fünf Verstärkungsfunktionsgeneratoren, die in Fig. 9 gezeigt sind, sind in Fig. 10 der Einfachheit halber weggelassen worden. Auch die in den Funktionsgeneratoren von Fig. 10 gezeigten Kurven dienen lediglich zur Veranschaulichung, sie ähneln aber den in Fig. 9 gezeigten.

Es können auch andere Kombinationen der Windgeschwindigkeit, des Blattanstellwinkels und des Wellendrehmoments sowie andere Parameter zum Vorgeben der veränderlichen Regelverstärkungen benutzt werden. Die meisten bekannten Regelsysteme benutzen konstante Verstärkungen in den Regelkreisen, mit dem Aufkommen der preisgünstigen digitalen Mikrocomputer ist es aber einfach und billig geworden, in dem Regelsystem veränderliche Verstärkungen vorzusehen. Fig. 11 zeigt eine Modifizierung des BlattansteUwinkelreglers 46 von Fig. 13, in welcher die Rotordrehzahlvorgabeeinrichtung 88 durch eine Generatordrehzahlvorgabeeinrichtung 266 und die Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 durch eine Generatorleistungsvorgabeeinrichtung 268 ersetzt worden ist. In der Generatordrehzahlvorgabeeinrichtung 266 wird die Istgeneratordrehzahl N_G auf der Signalleitung 60 mit einer Sollgeneratordrehzahl N_G REF, die in einem Block 269 erzeugt wird und auf einer Signalleitung 270 erscheint, verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, und PED-Regler mit veränderlichen Verstärkungen bind in der Generatordrehzahlvorgabeeinrichtung 266 in ähnlicher Weise, wie es mil Bezug auf Fig. 6 beschrieben worden ist, enthalten, um ein Generatordrehzr <ölattar»stellwinkelreferenzsignai β _Vc auf einer Signaiieinr g 272 zu erzeugen. Die Überdrehzahlregelung erfolgt dadurch, daß zu dem Signal N_c REF ein Signal AN_C REF addiert wird.

das in einem Block 273 erzeugt wird und auf einer Leiturg 274 erscheint, wenn der Synchrongenerator 26 zugeschaltet ist. Die Integratornachführung wird ebenfalls so wie in Fig. 6 unter Verwendung des Referenzblattanstellwinkelsignals ß_R auf der Leitung 128 vorgenommen. Die Eingangssignale für d*e veränderlichen Verstärkungen an dem Block 266 sind nicht gezeigt.

Die Generatorleistungsvorgabeeinrichtung, die in dem Block 268 in Fig. 11 gezeigt ist, gleicht in ihrer Betriebsweise der Drehmomentvorgabeeinrichtung 92 von Fig. 8. Die elektrische Ausgangsleistung P₀ des Synchrongenerators 26 auf der Leitung 66 in Fig. 1 (öder statt dessen nur der Ausgangsstrorn) wird mit einem Generatorsolleistungs- oder Generatorleistungsreferenzsignal P_c REF verglichen, das in einet! Block 279 erzeugt wird und auf einer Leitung 280 erscheint (oder statt dessen mit einem Generatorsollstrom- oder Generatorstromreferenzsignal), um ein Fehlersignal zu erzeugen, und PID-Regler, veränderliche Verstärkungen und eine Integfatornachführung sind ähnlich wie bei der Regelung von Fig. 8 vorgesehen, um ein Generatorleistungs- (oder Strom-)BlattanstellwinkeIreferenzsignal ß_P auf einer Leitung 282 zu erzeugen. Das Addieren des Windvorwegnahmeregelungsblattanstellwinkelreferenzsignals β_ΑΝτ zu den Referenzsignalen

so ß_NG und ß_P und die Verwendung einer Umschaltung, um die Generatcrleistungsvorgabeeinrichtung 268 in das System nur dann einzuschalten, wenn der Generator 26 zugeschaltet ist, können in der oben beschriebeaer. Weise implementiert werden.

In Fällen, in denen mehr elektrische Leistung benötigt wird als durch eine einzige Windturbine geliefert werden kann, können mehrere Windturbinen parallel angeordnet werden, wobei aber die betreffenden Synchrongeneratoren dieselbe elektrische Frequenz und Phase erzeugen müssen. Das Intrittkommen erfolgt aber nicht durch Verändern der Größe der erzeugten Spannungen, wie bei der Gleichspannungseizeugung, sondern durch Verändern der Eingangsleistung der Windturbinen durch Vorgeben des Rotorblattanstellwinkeis.

Der Betrieb des Regelsystems ist hauptsächlich unter Bezugnahme auf Blockdiagramme und Funktionsgeneratoren oder spezielle Beschreibungen des Auf baus der-

selben beschrieben worden. Es ist klar, daß das Regelsystem vollständig im Analogformat aufgebaut werden kann, wobei die auf den verschiedenen Leitungen erscheinenden Signale Spannungspegel sind. Es ist jedoch außerdem klar, daß die bevorzugte Implementierung des Regelsystems digital ist, wobei vorhandene Mikroprozessoren und/oder Digitalcomputer zum Ausführen der notwendigen Steuerfunktionen benutzt werden. In der digitalen Ausführungsform kann die Umwandlung der abgefühlten Parametersignale aus dem Analogformat ins Digitalformat und die Rückumwandiung der Steilantriebssteuersignale aus dem Digitalformat ins Analogformat erforderlich sein.

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Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Windturbinenregelsystem mit einem durch die Windturbine angetriebenen Generator (26), wobei die Windturbine einen Rotor mit mehreren Blättern (10) mit verstellbarem Anstellwinkel hat, mit einem Anstellwinkelstellantrieb (44) zum Einstellen der Rotorblätter, mit einer Einrichtung (54, 58, 62) zum Messen einer Betriebsvariablen (N& N_G, Q) des Generators und zum Erzeugen eines diese darstellenden ersten Signals und mit einer Einrichtung (78) zum Messen der Windgeschwindigkeit und zum Erzeugen eines diese anzeigenden zweiten Signals OV₄), gekennzeichnet durch wenigstens eine Vorgabeeinrichtung (88, 92), die auf das erste und das zweite Signal anspricht und in Abhängigkeit von denselben ein Blattanstellwiakelreferenzsignal (ß_N, ße> βώ erzeugt, durch eine Einrichtung (50) zum Abfühlen des Istanstellwinkels der Rotorblätter (10) und zum Ertragen eines diesen darstellenden dritten Signals (ß_A) und durch eine Vergleichseinrichtung (126) zum Vergleichen des Blattanstellwinkelreferenzsignals (ßR) mit dem dritten Signal (ß_A) und zum Erzeugen eines Blattanstellwinkelfehlersignals (ß_E), das an den Anstellwinkelstellantrieb (44) angelegt wird.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgabeeinrichtung enthält: eine Einrichtung (67, 69, 71) zum Erzeugen eines Referenzsignals (AN_R REF, N_R REF, Q REF) für die Betrie^svariable, eine Einrichtung (131,188) zum Vergleichen des ersten Signals mit dem Referenzsignal für die BetriebsvariiiOle und zum Erzeugen eines Betriebsvariable-Fehlersignals, das zu der Differenz zwischen denselben puportional ist, und eine Signalbehandlungseinrichtung (102, 110, 236, 237) zum Modifizieren des Betriebsvariable-Fehlersignals als eine Funktion des zweiten Signals (V_WA), um das Blattanstellwinkelreferenzsignal (ß_N, ß_Q) zu erzeugen.

3. Regelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalbehandlungseinrichtung enthält: eine erste Multiplizierschaltung (146), die aus dem Betriebsvariable-Fehlersignal ein Proportionalregelsignal als eine Funktion des zweiten Signals (V_WA) erzeugt, eine zweite Multiplizierschaltung (152) und einen Integrator (162), die aus dem Betriebsvariable-Fehlersignal ein Integralregelsignal als eine Funktion des zweiten Signals (V_WA) erzeugen, eine dritte Multiplizierschaltung (174) und eine Differenzierschaltung (180), die aus dem Betriebsvariable-Fehlersignal ein Differentialregelsignal als eine Funktion des zweiten Signals (V_WA) erzeugen, und eine Einrichtung (150,184) zum Verknüpfen der Proportional-, Integral- und Differentialregelsignale.

4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der ersten, der zweiten und der dritten Multiplizierschaltung (146, 152, 174) jeweils als eine Funktion des zweiten Signals (V_WA) veränderlich sind (Fig. 9).

5. Regelsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (134) zum Erzeugen eines Änderungsgeschwindigkeitssignals, das die Änderungsgeschwindigkeit des ersten Signals angibt, durch eine vierte Multipiizierschaltung (138) zum Modifizieren des Änderungsgeschwindigkeitssignals in Abhängigkeit von dem zweiten Signal (V_WA) und durch eine Einrichtung (130) zum Verknüpfen des modifizierten Änderungsgeschwindigkeitssignals mit dem Berriebsvariable-Fehlersignal.

6. Regelsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (166) zum Vergleichen des Integralregelsignals mit dem Blattanstellwinkelreferenzsignal (ß_R), um daraus ein IntegTElfehlersignal zu erzeugen, durch eine Nachführeinrichtung (170) mit einer toten Zone, die das Integralfehlersignal empfängt und es dämpft, wenn das Integralfehlersignal außerhalb eines durch die tote Zone festgelegten vorgewählten Bereichs liegt, und das Integralfehlersignal ohne Dämpfung durchläßt, wenn es innerhalb des vorgewählten Bereichs liegt, und durch eine Einriaitung (158), die das Ausgangssignal der Nachführeinrichtung (170) und das Eingangssignal des Integrators (162) addiert, um dadurch das Integralregelsignal innerhalb einer bestimmten Beziehung zu dem BlattansteUVinkelreferenzsignal (ß_R) zu halten, die durch die tote Zone festgelegt ist.

7 Regelsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Beschleunigungsvorgabeeinrichtung (86), die für die Beschleunigungsphase des Roptors ein Minimalblattanstellwinkelfrequenzsignal (ß_s relativ zu dem Blattanstellwinkel, bei welchem die Blätter (10) auf volle Leistung eingestellt sind, erzeugt.

8. Regelsystem nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsvorgabeeinrichtung (94), die für die Verzögerungsphase des Rotors ein Maximalblattanstellwinkelreferenzsignal (ß_D) relativ zu dem Blattanstellwinkel, bei welchem die Blätter (10) auf volle Leistung eingestellt sind, erzeugt.

9. Regelsystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Signalauswähleinrichtung (98, 122). die die Blattanstellwinkelreferenzsignale empfängt und eines der Blattanstellwinkelreferenzsignale auswählt, wobei die Vergleichseinrichtung (126) das ausgewählte Blattanstellwuikelrv. fcrenzsignal (ß_R) mit dem dritten Signal (ß_A) vergleicht, um das Blattanstellwinkelfehlersignal (ß_E) zu erzeugen.

10. Regelsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswähleinrichtung (98,122) eine Größtwertwählschaltung (98) enthält, die das Blattanstellwinkelreferenzsignal (ß_N, ß_Q) und das Minimalblattanstellwinkelreferenzsignal (ß_s) empfängt und dasjenige Referenzsignal durchläßt, welches den größten Blattanstellwinkel festlegt.

11. Regelsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalauswähleinrichtung (98, 122) eine Kleinstwertwählschaltung (122) enthält, die das durch Größtwählschaltung (98) durchgelassene Blattanstellwinkelreferenzsignal und das Maximalblattanstellwinkelreferenzsignal (ß_D) empfängt und dasjenige Referenzsignal (ß_R) durchläßt, welches den kleinsten Blattanstellwinkel festlegt.

12. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein» Windvorwegnahmevorgabeeinrichtung (90), die auf Änderungen der Windgeschwindigkeit anspricht und in Abhängigkeit davon ein Vorwegnahmeblattanstellwinkelreferenzsignal {β_ΑΝΊ) erzeugt, das eine Addiereinrichtung (102, 110) zu dem Blattanstellwinkelreferenzsignal (ß_N, ß_Q) addiert.

13. Regelsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (90) zum Erzeugen des Vorwegnahmeblattanstellwinkelrefe-

renzsignals 03_AÄrr) eine Einrichtung (236) enthält, die auf die Windgeschwindigkeit anspricht und ein SoIlblattanstellwinkelvorwegnahmesignal vorgibt, und eine Differenziereinrichtung (237), die das Sollblattanstellwinkelvorwegnahmesignal empfängt und daraus das Vorwegnahmeblattanstellwinkelreferenzsignal {βΑπτ) als eine Funktion von dessen Änderungsgeschwindigkeit erzeugt.

14. Regelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei d^r Generator ein mit einem Stromversorgungsnetz verbundener Synchrongenerator ist, gekennzeichnet durch zwei Vorgabeeinrichtungen (88,92), die auf eine erste bzw. zweite Betriebsvariable (Nr, Q) und auf das die Windgeschwindigkeit anzeigende zweite Signal ansprechen und ein erstes bzw. zweites Blattanstellwinkelreferenzsignal (ß_N, ßo) erzeugen, und durch eine weitere Signalauswähleinrichtung (234), die beide Blattanstellwinkelreferenzsignale empfängt und das erste Blattanstellwinkelreferenzsignal auswählt, wenn der Synchrongenerator (26) nicht mit dem Netz synchronisiert ist, und das zweite BlattansieUwinkelreferenz-sigtial, wenn der Synchrongenerator (26) mit dem Ne*.· synchron ist, wobei die Vergleichseinrichtung (126) das ausgewählte Blattanstellwinkelreferenzsignal mit dem dritten Signal (ß_A) vergleicht, um das Blattanstellwinkelfehlersignal (ß_E) zu erzeugen.