DE10116011A1 - Wind turbine energy plant has multiple setting drives for adjusting pitch of rotor blade - Google Patents

Wind turbine energy plant has multiple setting drives for adjusting pitch of rotor blade

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Abstract

The energy plant has a rotor with at least one rotor blade (10) and an associated setting device (12) provided with 2 or more setting drives (12), e.g. DC or asynchronous electric motors, which are coupled together and operated via a setting control comparing the required and actual rotor blade positions.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt und einer Verstelleinrichtung für das Rotorblatt.The present invention relates to a wind turbine with a rotor at least one rotor blade and an adjusting device for the rotor blade.

Solche Windenergieanlagen sind im Stand der Technik seit langem bekannt und werden auch in der Fachliteratur beschrieben. So z. B. bei Erich Hau in "Windkraft­ anlagen", Springer-Verlag, 2. Auflage, 1996, Seiten 231 ff.Such wind turbines have long been known in the prior art and are also described in the specialist literature. So z. B. with Erich Hau in "Wind Power anlagen ", Springer-Verlag, 2nd edition, 1996, pages 231 ff.

Diese Verstelleinrichtung muss so ausgelegt sein, dass sie das Rotorblatt bzw. bei einer zentralen Rotorblattverstellung die Rotorblätter in einer akzeptablen Zeit in eine vorgebbare Position stellen kann. Dazu ist im Stand der Technik häufig ein Motor vorgesehen, der eine durch die Rotorblätter und deren Lasten vorgegebene Mindestleistung aufweisen muss. This adjustment device must be designed so that it the rotor blade or central rotor blade adjustment the rotor blades in an acceptable time can provide a definable position. This is often the case in the prior art Motor provided, which is a given by the rotor blades and their loads Must have minimum performance.  

Unabhängig von Betrachtungen zum Einsatz und zur Auslegung von Getrieben ist leicht prognostizierbar, dass mit steigender Anlagengröße auch die Rotorblätter größer werden und somit auch der zur Rotorblattverstellung verwendete Motor eine höhere Leistung bereitstellen muss. Diese höhere Leistung führt unvermeidlich zu größeren Abmessungen des Motors.Regardless of considerations regarding the use and design of gearboxes easily predictable that with increasing plant size also the rotor blades become larger and thus also the motor used for rotor blade adjustment must provide higher performance. This higher performance inevitably leads to larger dimensions of the engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Windenergieanlage der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die genannten Nachteile im Stand der Technik vermieden werden.The object of the present invention is therefore to provide a wind turbine type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned in State of the art can be avoided.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch verwirklicht, dass die Verstelleinrichtung wenigstens zwei Antriebe aufweist. Dadurch kann die erforderliche Kraft zum Verstellen des Rotorblattes bzw. der Rotorblätter an mehreren Stellen gleichzeitig in die Blattwurzel eingeleitet werden. Entsprechend der Anzahl der Antriebe beauf­ schlagt daher jeder Antrieb die nachfolgenden Komponenten nur mit einem ent­ sprechenden Bruchteil der erforderlichen Gesamtkraft. Dies erlaubt wiederum eine kleinere Auslegung dieser Komponenten.This is achieved according to the invention in that the adjusting device has at least two drives. This allows the required force to Adjustment of the rotor blade or the rotor blades in several places at the same time be introduced into the leaf root. According to the number of drives Therefore each drive only hits the following components with one speaking fraction of the total force required. This in turn allows one smaller interpretation of these components.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, verfügbare Antriebe zu verwenden, die jetzt schon in großen Stückzahlen zur Verfügung stehen und die auch im Dauerbe­ trieb bereits erprobt sind. Darüber hinaus sind Vorrichtungen und Verfahren für deren Handhabung bereits bekannt und erprobt.Furthermore, it is possible according to the invention to use available drives that are already available in large quantities and also in permanent use have already been tried. In addition, devices and methods for their handling is already known and tried.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Antriebe Elektromotoren, nämlich bevorzugt Gleichstrommotoren. Im Fall einer Störung können diese Elektromotoren mit einer vorhandenen Notstromversorgung, z. B. in Form einer Batterie, verbunden werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the drives are Electric motors, namely preferably DC motors. In the event of a malfunction can these electric motors with an existing emergency power supply, e.g. B. in Form of a battery.

Es ist auch möglich, für die Elektromotoren Drehstrom-Asynchronmotoren zu verwenden. Zur Erzeugung eines Bremsmomentes werden dann diese Motoren nach der Abschaltung des während des Rotorblatt-Verstellvorganges fließenden Drehstromes mit einem Gleichstrom beaufschlagt, so dass in den Asynchronmoto­ ren ein stehendes Magnetfeld erzeugt wird. Dadurch können die noch drehenden Motoren abgebremst werden und in den stillstehenden Motoren wird ein Brems­ moment beibehalten.It is also possible to use three-phase asynchronous motors for the electric motors use. These motors are then used to generate a braking torque  after switching off the flowing during the rotor blade adjustment process Three-phase current with a direct current, so that in the Asynchronmoto ren a standing magnetic field is generated. This allows the still rotating Motors are braked and there is a brake in the stationary motors Keep the moment.

Zur weiteren Funktionsweise der Pitchregelung sei auch auf die deutsche Patentan­ meldung 197 31 918.1 verwiesen. Soweit es auf die Ausführungen in der vor­ liegenden Erfindung ankommt, wird der Fachmann sich auch der dort beschriebe­ nen Lösung bedienen können. Soweit erforderlich, ist der Inhalt der vorgenannten Anmeldung auch Inhalt der vorliegenden Anmeldung.For further functioning of the pitch control, see also the German patent message 197 31 918.1. As far as the comments in the previous arrives invention, the expert will also describe himself there can operate a solution. As far as necessary, the content of the above is Registration also includes the content of this application.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are in the subclaims described.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigen:An embodiment of the invention is described below with reference to the attached Figures described. Show:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Rotorblattwurzel mit mehreren Antrie­ ben, und Fig. 1 ben a simplified representation of a rotor blade root with several drives, and

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerung Fig. 2 shows a simplified representation of a control according to the invention

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerung mittels Gleichstrommotor. Fig. 3 shows a simplified representation of a control according to the invention by means of a DC motor.

In Fig. 1 ist stark vereinfacht eine Rotorblattwurzel 10 gezeigt, an deren Umfang drei Verstellantriebe 12 angeordnet sind. Die Rotorblattwurzel 10 selbst weist eine Außenverzahnung 14 an ihrem äußeren Umfang auf, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. In Fig. 1, a rotor blade root 10 is shown greatly simplified, at the periphery of three adjustment drives 12 are arranged. The rotor blade root 10 itself has an external toothing 14 on its outer circumference, which is represented by a broken line.

Die Verstellantriebe 12 sind in gleichförmigem Abstand am Umfang der Rotorblatt­ wurzel 10 angeordnet. Die Verstellantriebe greifen über eine Verzahnung bevorzugt an einer Kugeldrehverbindung, die als Drehlager für das Rotorblatt eingebaut ist, an und verstellen hierüber das Rotorblatt. Theoretisch wäre es zwar grundsätzlich denkbar, dass die Verstellantriebe auch direkt am Rotorblatt angreifen, dies ist jedoch unter Umständen ungünstig, da die Rotorblattwurzel - wie auch der Rest des Rotorblattes - aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder ähnlichem besteht ????? und ein Angriff der Verstellantriebe direkt im Motorblatt zur Zer­ störung des Rotorblattes führen könnte. Durch einen gleichzeitigen Betrieb aller drei Antriebe 12 muss jeder Antrieb 12 nur noch ein Drittel der erforderlichen Gesamt­ leistung aufbringen, die zum Verstellen des Rotorblattes 10 erforderlich ist.The adjustment drives 12 are arranged at a uniform distance on the circumference of the rotor blade root 10 . The adjustment drives preferably engage via a toothing on a ball slewing ring, which is installed as a rotary bearing for the rotor blade, and thereby adjust the rotor blade. Theoretically, it would in principle be conceivable that the adjustment drives also act directly on the rotor blade, but this may be disadvantageous because the rotor blade root - like the rest of the rotor blade - consists of glass fiber reinforced plastic (GRP) or the like ????? and an attack of the adjustment drives directly in the motor blade could lead to destruction of the rotor blade. Through simultaneous operation of all three drives 12 , each drive 12 only has to provide a third of the total power required to adjust the rotor blade 10 .

Weiterhin beaufschlagt dadurch, dass jeder der Verstellantriebe nur noch einen Teil, im konkreten Beispiel nur noch ein Drittel, der erforderlichen Gesamtkraft auf­ bringen muss, kann auch dessen Dimensionierung kleiner ausfallen, als bei einem Einsatz nur eines einzigen Verstellantriebes 12.Furthermore, due to the fact that each of the adjustment drives only has to bring up a part, in the concrete example only a third, of the total force required, its dimensioning can also be smaller than when only a single adjustment drive 12 is used .

Im Falle eines Schadens an einem der Verstellantriebe 12 kann dieser bei geeigne­ ter Dimensionierung immer noch manuell gehandhabt werden und z. B. unter Einsatz eines Flaschenzuges innerhalb des Turmes der Windenergieanlage ausge­ tauscht werden.In the event of damage to one of the adjustment drives 12 , this can still be handled manually with suitable dimensioning and, for. B. can be exchanged using a pulley within the tower of the wind turbine.

In Fig. 2 ist eine Steuerungsvorrichtung dargestellt. Diese Steuerungsvorrichtung weist eine zentrale Steuerungseinheit 20 und mehrere Komponenten 22 auf, die als Messwertaufnehmer und/oder Sollwertgeber und/oder Eingabemittel ausgebildet sein können. Über diese Komponenten 22 werden der Steuerungseinheit 20 Informationen zur Verfügung gestellt, aus welchen diese zur Ansteuerung der Verstellantriebe 12 erforderliche Steuerungsdaten ableitet.In FIG. 2, a control device is shown. This control device has a central control unit 20 and a plurality of components 22 , which can be designed as measured value sensors and / or setpoint devices and / or input means. These components 22 provide the control unit 20 with information from which it derives the control data required to control the adjustment drives 12 .

Diese Steuerungsdaten können beispielsweise eine Schaltvorrichtung 24 beein­ flussen, welche die als Drehstrom-Asynchronmotoren ausgebildeten Verstellantrie­ be 12 entweder mit einem Drehstrom zum Verstellen der Rotorblattes 10 oder mit einem Gleichstrom zum Erzeugen eines Bremsmomentes in den Verstellantrieben 12 beaufschlagt.This control data may influence striking example, a switching device 24, which be the form of a rotary current asynchronous motors Verstellantrie 12 with either a three-phase device for adjusting the rotor blade 10 or with a direct current for generating a braking torque to the adjusting drives 12 acted upon.

Dadurch können die Verstellantriebe bei spontanen Lastwechseln an den Rotor­ blättern, z. B. bei böigen Winden, die sprunghaft und kurzzeitig ihre Richtung ändern, so dass eine sinnvolle Rotorblattverstellung nicht möglich ist, eine Brems­ wirkung ausüben.This means that the adjustment drives can act on the rotor during spontaneous load changes scroll, e.g. B. in gusty winds, the jumps and briefly their direction change so that a sensible rotor blade adjustment is not possible, a brake exert effect.

Die drei Verstellantriebe 12 sind so ausgelegt, dass auch die weitere Verstell­ funktion der Rotorblätter aufrechterhalten werden kann, wenn einer der drei Verstellantriebe ausfällt. Die gesamte Windenergieanlage muss also nicht abgestellt werden, wenn ein Verstellantrieb - aus welchen Gründen auch immer - einmal ausfallen sollte, weil dann die jeweils notwendige Pitchregulierung noch durch die zwei verbliebenen Verstellantriebe aufrechterhalten werden kann.The three adjustment drives 12 are designed so that the further adjustment function of the rotor blades can be maintained if one of the three adjustment drives fails. The entire wind turbine does not have to be shut down if an adjustment drive should fail - for whatever reason - because then the necessary pitch regulation can still be maintained by the two remaining adjustment drives.

Fällt einer der Verstellantriebe aus, sind zwar die Lasten, die dann auf den zwei verbleibenden Verstellantrieben liegen, größer als zuvor, allerdings ist jeder Verstell­ antrieb so ausgelegt, dass er auch für längere Zeit im Überlastbetrieb gefahren werden kann. Insofern ist also jeder einzelne Verstellantrieb etwas überdimensio­ niert, um für den Fall, dass einer der Verstellantriebe ausfällt, noch für eine gewis­ se Zeit im Überlastbetrieb gefahren werden kann, zumindestens so lange, um einen sicheren Stopp der Windenergieanlage einzuleiten bzw. die Rotorblätter in Fahnen­ stellung zu bringen.If one of the actuators fails, the loads are on the two remaining adjustment drives are larger than before, but each adjustment is drive designed in such a way that it can be operated in overload operation for a long time can be. In this respect, each individual adjustment drive is somewhat overdimensioned niert, in the event that one of the adjustment drives fails, for a certain This time can be run in overload mode, at least as long as one initiate safe stop of the wind turbine or the rotor blades in flags position.

Fig. 3 zeigt beispielhaft einen der Antriebe 12, der über einen Schütz 24 mit der normalen Betriebsspannung verbunden ist. Dabei ist der Schütz 24 in Arbeits­ position. Fig. 3 shows an example of one of the drives 12, which is connected via a contactor 24 to the normal operating voltage. The contactor 24 is in the working position.

Kommt es nun zu einem Stromausfall, wird auch der Schütz 24 abfallen und die Kontakte des Schützes werden umschalten und in ihrer Ruhelage den Verstell­ antrieb 12 mit der Batterie 26 verbinden, so dass in einem solchen Fall eine Ver­ stellung des Rotorblattes in die Fahnenstellung und damit ein Anhalten der Anlage sicher möglich ist. Eine Tiefentladung der Batterie wird dabei (missbilligend) in Kauf genommen und ist einem unbestimmten Zustand der Anlage einer unklaren Pitch- Einstellung der Rotorblätter vorzuziehen.If there is a power failure, the contactor 24 will also drop and the contacts of the contactor will switch over and connect the adjustment drive 12 to the battery 26 in their rest position, so that in such a case the rotor blade will be moved to the flag position and thus stopping the system is possible. Deep discharge of the battery is accepted (disapproving) and is preferable to an undefined condition of the system rather than an unclear pitch setting of the rotor blades.

Claims (12)

1. Windenergieanlage mit einem Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt und einer Verstelleinrichtung für das Rotorblatt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung mehr als einen Antrieb (12) aufweist.1. Wind power plant with a rotor with at least one rotor blade and an adjusting device for the rotor blade, characterized in that the adjusting device has more than one drive ( 12 ). 2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Antriebe (12) ein Elektromotor ist.2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that at least one of the drives ( 12 ) is an electric motor. 3. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein elektrischer Gleichstrommotor ist.3. Wind turbine according to claim 2, characterized in that the electric motor is an electric DC motor is. 4. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Drehstrom-Asynchronmotor ist und dass der Drehstrom-Asynchronmotor zeitweise mit Gleichstrom beaufschlagt ist.4. Wind turbine according to claim 2, characterized in that the electric motor is a three-phase asynchronous motor and that the three-phase asynchronous motor is temporarily supplied with direct current is. 5. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (12) der Verstelleinrichtung miteinander gekoppelt sind.5. Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the drives ( 12 ) of the adjusting device are coupled to one another. 6. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstrom-Asynchronmotoren durch einen Transformator elektrisch miteinander gekoppelt sind.6. Wind turbine according to one of claims 4 or 5, characterized in that the three-phase asynchronous motors by a Transformer are electrically coupled together. 7. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Messmittel (22) zur Ermittlung momentaner Beanspruchung wenigstens eines Teiles der Windenergieanlage und durch Steuerungsmittel (20), welche die für eine momentane Beanspruchung gewünschte Stellung wenigstens eines Rotorblattes ermitteln und mittels der Verstelleinrichtung entsprechend verstellen.7. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized by measuring means ( 22 ) for determining the instantaneous load of at least a part of the wind power plant and by control means ( 20 ) which determine the position of at least one rotor blade desired for an instantaneous load and adjust accordingly by means of the adjusting device. 8. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit wenig­ stens zwei Rotorblättern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rotorblatt asynchron zu dem oder den anderen verstellbar ist.8. Wind turbine according to one of the preceding claims, with little at least two rotor blades, characterized in that at least one rotor blade is asynchronous to the or the other is adjustable. 9. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilabschnitt wenigstens eines Rotorblattes asynchron zu mindestens einem weiteren verstellbaren Teilabschnitt desselben Rotorblattes oder zu dem oder den anderen Rotorblättern oder deren Teilabschnitt verstellbar ist.9. Wind turbine according to one of the preceding claims, characterized in that at least a portion of at least one Rotor blade asynchronous to at least one further adjustable section the same rotor blade or to the other rotor blade or the other Section is adjustable. 10. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die für eine bestimmte momentane Beanspru­ chung gewünschte Stellung des oder der Rotorblätter über mit den Steuerungs­ mitteln (20) verbundene Eingabemittel vorgeben lässt.10. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the rotor blade or blades desired for a specific instantaneous load can be specified via input means connected to the control means ( 20 ). 11. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung zur Verstellung des Rotor­ blattes einen Verstellmotor (12) und ein von diesem angetriebenes Verstellgetriebe aufweist, wobei die Steuerungsmittel (20) einen Istwert über die momentane Stellung des Rotorblattes erhalten und über die Verstelleinrichtung das Rotorblatt verstellen.11. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device for adjusting the rotor blade has an adjusting motor ( 12 ) and an adjusting gear driven by this, the control means ( 20 ) receiving an actual value about the current position of the rotor blade and over the adjustment device adjust the rotor blade. 12. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmittel (20) die Verstellung des Rotorblattes verzögerungsfrei mit der Erfassung der Messwerte vornehmen.12. Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the control means ( 20 ) make the adjustment of the rotor blade without delay with the detection of the measured values.
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