DE3308566A1 - Windturbinenanlage - Google Patents

Windturbinenanlage

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DE3308566A1 DE19833308566 DE3308566A DE3308566A1 DE 3308566 A1 DE3308566 A1 DE 3308566A1 DE 19833308566 DE19833308566 DE 19833308566 DE 3308566 A DE3308566 A DE 3308566A DE 3308566 A1 DE3308566 A1 DE 3308566A1
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Description

Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentami Professional representatives before the European Patenl Office
Frhnrdtstrasse 12, D-8000 Miinc.hen 5
Patentanwälte Menges/U'rahl Erharrtlslr 12 D-8000 München 5 Dipl -Ing FIoIf Menges
Dipl.-Chem Dr Horst Prahl
Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATcI Telegramm BIPAT München
IhrZeichen/Your rel
UnserZeichen/Ourref U 83
Datum/Date 10.03.83
United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.
Windturbinenanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage mit einer auf einem Turm montierten Windturbine zur Erzeugung von elektrischer Energie und betrifft insbesondere das Dämpfen der Turmprimärresonanzfrequenz während des Beeinflussens des Rotorblattwinkels zum Aufrechterhalten des Nenndrehmoments oder der Nennleistung.
Die Ausnutzung des Windes als billige Quelle für elektrische Energie hat offensichtlich den Nachteil der Abhängigkeit von den Windbedingungen. Um eine Windturbinenanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie brauchbar und wirtschaftlich nutzbar zu machen, ist es notwendig, den Betrieb der Windturbine in einem breiten Bereich von Windbedingungen und für den größten Anteil der möglichen Zeit zu gewährleisten. Windturbinen werden deshalb typisch dort angeordnet (manchmal gebündelt in sogenannten Windenergiefarmen) , wo die vorherrschenden Windbedingungen relativ günstig sind, d.h., wo eine ausreichende Windge-
schwindigkeit für eine möglichst lange Zeit verfügbar ist. Wenn jedoch der Wind eine ausreichende Stärke zur Erzeugung von nutzbarer elektrischer Energie hat, ist er gewöhnlich während eines beträchtlichen Anteils der Zeit böig.
Für eine wirksame Erzeugung von elektrischer Energie unter Ausnutzung des Windes werden sehr große Blätter (Paare von Blättern mit einer Gesamtlänge in der Größenordnung von 30 bis 100 m) an der Spitze von sehr hohen Türmen (mit einer Höhe zwischen 30 und 90 m) angebracht. Weil die Windturbine direkt mit der elektrischen Generatoranlage verbunden ist (über Getriebe und elastische Verbindungswellen), erfordert das Aufrechterhalten des Sollwertes der elektrischen Leistungsabgabe (so daß diese zu der Gesamtenergie beitragen kann, die an ein elektrisches Versorgungsnetz abgegeben wird) das Beeinflussen des Blattwinkels, um die Auswirkungen von unvorhersagbaren Windböen und Turbulenz auf die durch die Windturbine entwickelte Leistung zu kompensieren. Es sind deshalb bereits Systeme geschaffen worden, um entweder das SoIlrotorwellendrehmoment des Windturbinenrotors oder die durch den Generator erzeugte Leistung zu überwachen und Veränderungen dieser Faktoren auszunutzen, um den Blatteinstellwinkel der Rotorblätter so zu beeinflussen, daß die Nennleistung bei Windgeschwindigkeiten, die bei oder über der Nennwindgeschwindigkeit liegen, aufrechterhalten wird. Weil das Drehmoment und die Leistung durch die Drehgeschwindigkeit des Generators in direkter Beziehung zu einander stehen, werden diese Begriffe hier gegeneinander austauschbar benutzt und stattdessen mit Drehmoment/ Leistung bezeichnet. Der maximale Effekt tritt auf, wenn die Blätter einen kleinen Blatteinstellwinkel haben (die Blattoberflächen sind im wesentlichen rechtwinkelig zu der Rotorwelle), und der minimale Effekt tritt auf, wenn die Blätter ihren maximalen Winkel von ungefähr 90° haben (die Oberflächen sind grundsätzlich parallel zu
-JS-
der Rotorwelle), was als "Segelstellung" bezeichnet wird. Ein Blattwinkelregelsystem dieses Typs ist in der US-PS 4 193 005 beschrieben.
Ein hoher Windturbinenturm mit sehr großen Blättern, Wellen und Getrieben, elektrischem Generator und zugeordneter Regelungs- und Schutzausrüstung, die an der Spitze des Turms angeordnet sind, ist notwendigerweise eine freitragend angeordnete Masse, die eine Steifigkeitskonstante und ein strukturelles Dämfungsverhältnis hat. Irgendeine Kraft wird die Primärturmresonanζ anregen.
Der Schub an den Blättern (verursacht durch den auf die Blätter parallel zu der Drehachse des Windturbinenrotors einwirkenden Wind) ist eine Kraft, die bestrebt ist, die Windturbinenanlage in Richtung des Windes zu beschleunigen. Die'Spitze des Windturbinenturms nimmt deshalb (im Beharrungszustand) eine Position ein, wo die Schubkraft durch die in dem Turmaufbau in Abhängigkeit von der Turmsteifigkeit entwickelte Reaktionskraft ausgeglichen ist. Wenn sich die Windgeschwindigkeit ändert (z.B. wenn eine Bö auftritt), so wird dadurch die Gesamtkraft verändert, die auf die Ausrüstung an der Spitze des Turms ausgeübt wird, was zur Folge hat, daß sich der Turm in einer Richtung parallel zu der Windkraft vor- und zurückbewegt (schwingt). Wenn die Windgeschwindigkeit unter der Geschwindigkeit ist, bei der die Nennleistung erzeugt wird, kann der Rotorblattwinkel fest eingestellt bleiben oder er kann geringfügig beeinflußt werden, um die Energieerzeugung zu optimieren, wenn sich die Windgeschwindigkeit ändert. Bei einem festen (oder beinahe konstanten) Blattwinkel wird der Schub (die Längswindkraft) an den Blättern mit zunehmender Windgeschwindigkeit in allen Fällen zunehmen, und deshalb wird jede Bewegung der Spitze des Turms eine positive aerodynamische Dämpfung
auf den Turm ausüben (in demselben Sinne wie die strukturelle Dämpfung des Turms). In diesem Fall wird die Schwingung des Turms in dessen Primärbiegemode auf eine Zusatzkraft aufgrund einer Windbö hin abgeschwächt und von geringer Bedeutung sein. Oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit (d.h. der Windgeschwindigkeit, bei der die Nennleistung erzeugt wird) reagiert die Leistungsregeleinrichtung auf Leistungs- oder Drehmomentveränderungen, die durch Windböen oder Turbulenz verursacht werden, und verstellt (beeinflußt) den Rotorblattwinkel derart, daß die Leistung oder das Drehmoment konstant gehalten wird. Wenn bei konstant gehaltener Leistung die Windgeschwindigkeit zunimmt, nimmt der Schub ab. Daher führt die Blattbeeinflussung auf eine Windbö hin, um die Leistung konstant zu halten, zu einem entgegengesetzten Zusatzschub, der deshalb so gerichtet ist, daß eine negative aerodynamische Dämpfung auf den Turm ausgeübt wird. Diese negative Dämpfung subtrahiert sich von der strukturellen Dämpfung des Turms und führt zu größeren Turmschwingungen. Bei Windturbinen, die für maximale Windenergieausnutzung und enge Leistungsregelung ausgelegt sind, kann die negative Dämpfung die strukturelle Dämpfung im Leistungsregelbetrieb übersteigen. Das ergibt insgesamt eine negative Dämpfung des Turms, so daß der Turm unstabil wird (die Turmbewegung nimmt mit jeder Periode derselben bei der Primärturmresonanzfrequenz zu). In der Tat hat eine ausführliche Analyse gezeigt, daß die Wechselwirkung zwischen dem Turm und der Drehmoment/. Leistung-Regelung zu einer starken Verschlechterung der Dauerfestigkeit des Turms von mehreren zehn Jahren auf größenordnungsmäßig wenige Jahre führen kann.
Eine Anfangsbetrachtung des Problems kann auf den Gedanken führen, ein Kerbfilter zu benutzen, um die Blattwinkelkorrektur bei einer Blattwinkelführungsfrequenz, die in Beziehung zu der ersten Biegemodenfrequenz des
Turms und der Ausrüstung desselben steh^stark zu beschneiden. Diese Lösung führt jedoch zu großen transienten Fehlern in der erzeugten Leistung, und zwar wegen der Verringerung der Ansprechempfindlichkeit des Leistungsregelkreises. Es ist außerdem bereits vorgeschlagen worden, eine zeitliche Änderung des Blatteinstellwinkels mit einem Signal zu verbessern, das aus der Turmbiegung gewonnen wird, um den Turm effektiv zu dämpfen, aus diesem Vorschlag ist jedoch nichts geworden.
Aufgabe der Erfindung ist es, für eine zusätzliche positive Dämpfung eines Windturbinenturms zu sorgen, während einer Leistungsregelung gestattet wird, den Blattwinkel zu beeinflussen, um Drehmoment- oder Leistungsschwankungen , die durch Windturbulenz hervorgerufen werden, zu minimieren.
«V * »9
Gemäß der Erfindung liefert eine durch eine Windturbine angetriebene elektrische Generatoranlage, die eine Regelung zum Beeinflussen des Rotorblattwinkels zum Aufrechterhalten des Nenndrehmoments oder der Nennleistung bei turbulentem Wind aufweist und an der Spitze eines Turms angeordnet ist, eine BlattwinkelEührungskoraponente, durch die der Turbinenrotorblattwinkel so eingestellt wird, daß sich eine positive aerodynamische Dämpfung des Turms auf ein Signal hin ergibt, das die Längsbewegung des Turms parallel zu der Rotorachse angibt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Beschleunigungsmesser an der Spitze des Turms angeordnet, auf welchem der Rotor, die elektrische Generatoranlage, Steuer- und Regeleinrichtungen und weitere Vorrichtungen einer durch eine Windturbine angetriebenen elektrischen Generatoranlage angebracht sind. Das von dem Beschleunigungsmesser abgegebene Beschleunigungssignal wird gefiltert und an das Rotorblattwinkelregelsystem als eine korrektive Blatteinstellwinkelreferenz-Geschwindigkeitssignal (rate signal)-Komponente angelegt, die, wenn sie zu einem Leistungsregelungsblatteinstellwinkelreferenzgeschwindigke.itssignal addiert und integriert wird, ein Blatteinstellwinkelreferenzsignal ergibt, das eine positive Dämpfung des Turms bewirkt. Weiter wird gemäß der Erfindung das Beschleunigungsmesserausgangssignal durch ein Bandpaßfilter geleitet, bevor es bei der Erzeuqung eines Blattwinkelreferenzgeschwindigkeitssignals benutzt wird, um Fremdsignale zu eliminieren, die mit Frequenzen auftreten können, welche für das Regelsystem nicht von Interesse sind.
Durch die Erfindung werden effektiv Zusatz- oder inkre-
-ίΓ-
mentelle Schubveränderungen durch Zusatz- oder inkrementelle Änderungen des Blattwinkels erzeugt, der als Ergebnis von Windböen auftritt, welche bei der Primärbiegemodenfrequenz des Turms mit der Geschwindigkeit an der Spitze des Turms in Phase sind, wodurch sie als positiver Dämpfungsschub wirken. Die Erfindung erfordert zwar eine zusätzliche aktive Vorrichtung (Beschleunigungsmesser) auf dem Turm, es wird aber auf relativ einfache Weise eine zusätzliche positive Dämpfung der Windturbinenturmprimärbiegemode erzielt, und zwar praktisch ohne nachteilige Auswirkung auf die Erzeugung der elektrischen Solleistung.
Die Signalverarbeitung, die bei der Implementierung der Erfindung erfolgt, kann in Abhängigkeit von der Anlage, in der sie benutzt wird, auf analoge oder digitale Weise vorgenommen werden, indem diskrete, zweckbestimmte Hardwareelemente oder geeignete Programmeinstellungen in einem zur Blattwinkelregelung benutzten Computer, wie beispielsweise einem Mikroprozessor, verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Windturbine mit einer Blatteinstellwinkelregelung mit der erfindungsgemäßen positiven Turmdämpfung.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wie es in einem Regelsystem mit mehreren Arbeitsweisen für Windturbinen implementiert werden kann, das in der oben erwähnten US-PS 4 193 005 beschrieben ist. Eine allgemeine Beschreibung des Regelsystems, das in dieser Patentschrift beschrieben ist, erfolgt zuerst unter Bezugnahme auf die hier in der Zeichnung mit den Bezugszahlen 10-104 bezeichneten Komponenten, die die gleichen wie in der genannten Patentschrift sind; die in Klammern angegebenen Figuren sind die Figuren der genannten Patentschrift. Anschließend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in bezug auf die mit den Bezugszahlen 1-9 bezeichneten Komponenten beschrieben.
Gemäß der Zeichnung hat die als Beispiel gewählte Windturbine zwei diametral entgegengesetzte, gleiche Rotorblätter 10, die typisch insgesamt eine Länge zwischen 30 m und 100 m haben und an einem Turm 12 befestigt sind. Die mechanischen Komponenten, Steuereinrichtungen und die Ausrüstung für die elektrische Energieerzeugung, die der Windturbine zugeordnet sind, sind in einer Gondel 14 enthalten, die auf dem Turm 12 befestigt ist. Der Aufbau von Windturbinen und die Zusatzausrüstung für diese, wie beispielsweise Giersteuereinrichtungen zum Ausrichten der Blätter in den vorherrschenden Wind, sind alle bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben.
Die Turbinenrotorblätter 10 sind an einer Nabe 16 befestigt, die über eine Niederdrehzahlwelle 18 mit der elektrischen Generatoranlage 20-32 verbunden ist, welche ein Getriebe, eine Welle hoher Drehzahl, einen Synchrongenerator, Ausrüstung zum Verbinden des Generators mit einer Belastung .(wie beispielsweise dem Stromversorgungsnetz eines Stromversorgungsunternehmens) und eine Phasensynchronisierschaltungsanordnung enthalten kann. Die elektrische
Generatoranlage 20-32 liefert ein Off/On-Line-Signal auf einer Signalleitung 34, das angibt, ob der Generator an das stromversorgungsnetz angeschlossen ist.
Eine Blatteinstellwinkelregeleinrichtung 36, die insgesamt in Fig. 3 der genannten Patentschrift dargestellt ist, gibt ein Soll- oder Referenzblattwinkelsignal BR an eine elektrohydraulisch^ Blattverstellvorrichtung 38 über eine Leitung 40 ab. Die Blattverstellvorrichtung 38 bewirkt, daß die Blätter 10 einen Istblattwinkel (BP in dem genannten Patent) erhalten , der gleich dem Referenzblattwinkelsignal BR auf der Leitung 40 ist.
Signale, die die Augenblicksbetriebsparameter der Windturbine angeben, werden der Blatteinstellwinkelregeleinrichtung 36 zugeführt. Ein Rotordrehzahlmeßwandler 46, der der Nabe 16 zugeordnet ist, liefert ein Rotordrehzahlsignal NR auf einer Leitung 48. Ein ähnlicher Meßwandler 50, der mit einer Welle in dem Synchrongenerator verbunden ist, liefert ein Generatordrehzahlsignal NG auf einer Leitung 52. Ein Drehmomentmeßwandler 54, der Dehnungsmesser enthalten kann und an der Welle 18 oder an einer geeigneten Welle innerhalb der elektrischen Generatoranlage 20-32 angeordnet sein kann,· liefert ein Wellendrehmomentsignal QS auf einer Leitung 56. Das Wellendrehmomentsignal auf der Leitung 56 kann stattdessen auf irgendeine andere bekannte Weise geliefert werden, beispielsweise durch Abfühlen der Relativposition von axial versetzten Punkten an dem Umfang der Welle. Die Blatteinstellwinkelregeleinrichtung 36 wird außerdem mit mehreren festen oder variablen Referenzsignalen versorgt, die eine Referenz-
- yf -" . ■
leerlaufrotordrehzahl, Grenzwerte der Rotorbeschleunigung und -abbremsung angeben, und ein Start/Stop-Signal, das angibt, wann die Windturbine in Betrieb oder in Segelstellung und im wesentlichen stationär sein soll. Diese Signale sind mit Bezug auf Fig. 2 des genannten Patents ausführlicher beschrieben. Ein Windgeschwindigkeitsfühler 74, der an der Gondel 14 angeordnet ist, liefert ein Signal, das die mittlere Windgeschwindigkeit VW angibt, auf einer Leitung 76.
Wenn die Windturbine nicht in Betrieb ist, sind die Blät-.ter 10 auf ihren maximalen Einstellwinkel (90°) eingestellt, so daß sie in Segelstellung sind. Die Blätter werden daher im wesentlichen kein Drehmoment auf die Nabe 16 ausüben. Wenn die Windturbine in Betrieb gesetzt werden soll, veranlaßt ein Startsignal, daß die Leerlauf-, Anlauf- und Abschaltsteuereinrichtungen 78-94 (in dem genannten Patent so bezeichnet und mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 dieses Patents ausführlicher beschrieben) allmählich den Blattwinkel verkleinern, so daß der Rotor und der Generator auf Nenndrehzahlbedingungen beschleunigt werden, ohne daß die Blätter in den Strömungsabriß gelangen oder daß große Beschleunigungsbeanspruchungen hervorgerufen werden. Nachdem der Windturbinenrotor mit einer Winkelgeschwindigkeit läuft, die in der gewünschten Beziehung zu der Frequenz der erzeugten elektrischen Leistung steht, was notwendig ist, kann die Drehzahl etwas verändert werden, bis die elektrische Generatoranlage 20-32 in Synchronismus mit der Frequenz der elektrischen Leistung des Stromversorgungsnetzes ist, mit dem der Generator schließlich verbunden wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Steuerung von den Leerlauf-, Anlauf- und Abschaltsteuereinrichtungen 78-94 auf die Wellendrehmomentregeleinrichtung 100 (die ausführlich mit Bezug auf Fig. 6 des genannten Patents beschrieben ist) umgeschaltet. Wenn die Windturbine abgeschaltet werden soll, geht
-vf-
die Steuerung wieder auf die Leerlauf-, Anlauf- und Abschal tsteuereinrichtungen 78-94 über, die veranlassen, daß die Blätter in Segelstellung gebracht werden, ohne daß beim Abbremsen übermäßige Beanspruchungen hervorgerufen werden. Gemäß der Beschreibung in dem genannten Patent ist das Mindestblattwinkel-Geschwindigkeitssignal (rate signal) BMN auf der Leitung 95 so, daß eine Änderung des Blatteinstellwinkels verursacht wird, die notwendig ist, um eine feste zeitliche Änderung der Rotorwinkelbeschleunigung während des Anlaufs aufrechtzuerhalten, um die richtige Winkeldrehgeschwindigkeit während des Leerlaufs aufrechtzuerhalten und um eine feste zeitliche Änderung der Rotörwinkelverzögerung während der Abschaltung aufrechtzuerhalten .
Wenn die elektrische Generatoranlage 20-32 phasensynchron mit der Spannung des Netzes ist (d.h. dieselbe Frequenz, Amplitude und Phase hat), wird die Anlage mit dem Netz verbunden und es erscheint ein Signal auf der Leitung 34, das angibt, daß die Windturbine on-line ist. Der übergang zwischen On-line-Betrieb und Off-line-Betrieb erfolgt durch einen Betriebsartwähler 96 (der ausführlicher mit Bezug auf Fig. 7 in dem genannten Patent beschrieben ist), der auf das Off/On-line-Signal 34 anspricht. Wenn das erfolgt, legt der Betriebsartwähler 96 ein Wellendrehmomentblattwinkelgeschwindigkeitssignal BQ auf einer Leitung 98 (ohne Berücksichtigung der Verbesserung nach der Erfindung, die im folgenden beschrieben ist) an eine Leitung 102 an, wo es zu dem Blattwinkelreferenzgeschwindigkeitssignal BR wird; wenn aber die Windturbine off-line ist, bewirkt das Nichtvorhandensein des Signals auf der Leitung 34, daß die Leitung 102 auf das Mindestgeschwindigkeitssignal BMN auf einer Leitung 95 anspricht. Wenn die Windturbine on-line ist, ist das Drehmomentblattwinkelgeschwindig-
keitssignal auf der Leitung 98 so, daß der Windturbine maximale Leistung bis zu der Nennleistung bei allen Windgeschwindigkeiten zwischen Ein- und Abschaltung ent nommen wird; bei den Nennwindgeschwindigkeiten wird das Signal auf der Leitung 98 verändert, um das abqefühlte Wellendrehmoment (oder die Leistung) auf dem Referenzwert (Nennwert) zu halten.
Das gewählte Sollblattwinkelgeschwindigkeitssignal, das Blattwinkelreferenzgeschwindigkeitssignal BR auf der Leitung 102, wird in das Blattwinkelreferenzsignal BR auf der Leitung 40 mittels eines Integrators 104 umgewandelt (der mit Bezug auf Fig. 8 in dem genannten Patent ausführlicher beschrieben ist). Der Integrator 104 enthält Einrichtungen zum Begrenzen der zeitlichen Änderung des Signals auf der Leitung 40 sowie zum Begrenzen der maximalen positiven und negativen Größe desselben.
Bis hierher gibt die Beschreibung, die sich auf die Bezugszahlen 10-104 bezieht, ein als Beispiel gewähltes bekanntes Regelsystem an, in welchem die Erfindung vorgesehen werden kann. Diese Beschreibung ist eine Zusammenfassung der oben erwähnten US-Patentschrift. Die nachteilige Kopplung zwischen der Primärbiegemode des Turms 12 und dem Windturbinenregelsystem, das bis hierher beschrieben worden ist, wird durch die Erfindung abgeschwächt, indem zusätzliche Blattwinkelreferenzführungskomponenten vorgesehen werden, die bewirken, daß zusätzliche Schubveränderungen in Phase mit der Geschwindigkeit der Spitze des Turms sind, wodurch eine zusätzliche, positive aerodynamische.Dämpfung des Turms bewirkt wird. Das hilft, jedwede Turmschwingungen zu dämpfen, die durch Störungen der Belastung der Blätter und die entsprechende Korrektur des Blattwinkels, wie sie durch unvorhersagbare Windturbulenz verursacht werden, hervorgerufen worden.
ts
-vf-
Dieses Problem ist ausführlich in einer gleichzeitig
eingereichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin
analysiert, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 364 707, vom 2. April 1982 in Anspruch genommen worden ist.
Ein Beschleunigungsmesser 1 ist so angebracht, daß seine empfindliche Achse parallel zu der Rotorwelle der .
Windturbine ist, und das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers auf einer Leitung 2 wird an ein Bandpaßfilter 4 angelegt, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 6 an einen Verstärker 7 angelegt wird, dessen Ausgangssignal über eine Signalleitung 8 an einen Summierverstärker 9 angelegt wird, in welchem das gefilterte Beschleunigungssignal zu dem Drehncnientblattwinkel-Geschwindigkeitssignal (rate signal) BQ auf der Leitung 98 addiert wird.
Der Beschleunigungsmesser 1 kann von einer Bauart sein, wie sie zum Messen von niedrigen Beschleunigungen benutzt wird, wie beispielsweise Vibrationen oder Schwingungen in Gebäuden, Türmen oder Brücken und dgl. Ein
geeigneter Beschleunigungsmesser ist das Modell 1030
Vibramite, das von der Vibra-Metrics, Inc., East Haven, Connecticut, V.St.Α., erhältlich ist. Diese Vorrichtung hat eine eingebaute Löschfiltercharakteristik, die einen Teil der Funktion des Bandpaßfilters 4 erfüllt;
in einem solchen Fall ist ein Verzögerungsfilter (statt des Bandpaßfilters 4) geeignet. Es können jedoch auch andere Modelle, in denen kein Löschfilter eingebaut ist,
benutzt werden, indem ein vollständiges Bandpaßfilter 4 benutzt wird. Der Zweck des Bandpaßfilters besteht darin, jedwedes Ansprechen auf langfristige, stationäre Ausgangssignale des Beschleunigungsmessers (wie beispielsweise eine langfristige Nulldrift) sowie auf Hochfrequenzkoniponenten (Harmonische und Rauschen), die alle für das
Steuern der Turmdämpfung nutzlos sind, zu eliminieren. Bei einem großen Turm des beschriebenen Typs kann das Bandpaßfilter ein Filter erster Ordnung (oder höherer Ordnung, bei Bedarf) sein, mit Knickpunkten von 0,1 rad/s und 1,0 rad/s und mit einem Durchlaßmittelpunkt bei 0,3 rad/s. Der obere Knickpunkt kann etwas unterhalb der Turmprimärbiegefrequenz liegen; die Knickpunkte können so eingestellt werden, daß sich ein maximales erwünschtes Ansprechen ergibt (einschließlich Phaseneinstellung des bei der Turmbewegung hervorgerufenen Drehmoments). Ein 10-Sekunden-Iiöschfilter in Reihe mit einem 1-Sekunden-Verzögerungsfilter kann geeignet sein. Der Verstärker 7 hat eine Verstärkung KZ, die so gewählt ist, daß sich das gewünschte Ansprechen ergibt. Das Filter 4 und die Verstärkung 7 können in einem geeigneten Computerprogramm implementiert werden, und zwar auf eine Weise, die der in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beschriebenen analog ist.
Andere bewegungsempfindliche Vorrichtungen (beispielsweise optische Vorrichtungen) können statt des Beschleunigungsmessers 1 benutzt werden, vorausgesetzt, daß das die Bewegung angebendes Signal derselben geeignet verarbeitet wird, um ein Beschleunigungseingangssignal an dem Summierverstärker 9 zu ergeben; oder es könnte statt dessen ein Geschwindigkeitssignal mit BR auf der Leitung 40 summiert werden. Die Erfindung kann auch im Off-line-Betrieb verwendet werden. Die Implementierung kann sich weitgehend ändern; es ist lediglich erforderlich, ein Blattreferenzsignal geeigneter Größe und Phase in bezug auf die Turmbewegung zu liefern, so daß eine zusätzliche positive aerodynamische Dämpfung des Turms erfolgt.

Claims (4)

  1. United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.
    Patentansprüche:
    T.) Windturbinenanlage zum Erzeugen von elektrischer Energie, mit:
    einem Turm;
    einem auf dem Turm angeordneten Rotor mit Blättern, die um eine Achse drehbar sind, und mit einer Blattverstellvorrichtung;
    einer Einrichtung zum Liefern eines Ist-Drehmoment/Leistung-Signals, das den Istwert der Drehmoment/Leistung-Erzung durch die Windturbinenanlage angibt; und einer Signalverarbeitungseinrichtung zum Liefern eines Referenz-Drehmoment/Leistung-Signals, das den Sollwert der Drehmoment/Leistung-Erzeugung angibt, und zum Abgeben eines Blattwinkelreferenzsignals an die Blattverstellvorrichtung als Funktion der Differenz zwischen dem Ist-Drehmoment/Leistung-Signäl und dem Referenz-Drehmoment/Leistung-Signal ;
    gekennzeichnet durch:
    eine bewegungsempfindliche Vorrichtung (1), die auf dem Turm (12) in der Nähe des Rotors (10, 16) angeordnet ist und ein Bewegungssignal (2) liefert, das die Bewegung des Turms parallel zu der Blattdrehachse angibt;
    330856S
    _ 2 —
    wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (4, 7, 9) eine Einrichtung enthält, die das Blatteinstellwinkelreferenzsignal als Funktion sowohl des Bewegungssignals als auch der Differenz zwischen dem Ist-Drehmomont/Leistung-Signal und dem Referenz-Drehmoment/Leistung-Signal liefert.
  2. 2. Windturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegungsempfindliche Vorrichtung einen Beschleunigungsmesser (1) aufweist und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (4, 7, 9) eine Einrichtung enthält zum Liefern des Blatteinstellwinkelreferenzsignals als Integralfunktion des Bewegungssignals.
  3. 3. Windturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegungsempfindliche Vorrichtung einen Beschleunigungsmesser (1) aufweist und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (4, 7, 9) eine Einrichtung enthält zum Liefern des Blatteinstellwinkelreferenzsignals als eine Integralfunktion der Summation des Bewegungssignals mit einem Signal, das die Differenz zwischen dem Ist-Drehmoment/Leistung-Signal und dem Referenz-Drehmoment/Leistung-Signal angibt.
  4. 4. Windturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (4, 7f 9) eine Einrichtung (4) enthält zum Liefern des Blatteinstellwinkelreferenzsignals als bandpaßgefilterte Funktion des Bewegungssignals, wobei der Durchlaßbereich der gefilterten Funktion Signale bei der Primärbiegefrequenz des Turms durchläßt.
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