(57)【要約】【課題】音響放出要件を順守しつつ可及的に大きな発電量の達成を可能にする風力発電装置の運転方法の提供。【解決手段】調節可能なブレード角を持つロータブレードを備えたロータを有する風力発電装置の運転方法。風力発電装置は、全負荷運転では装置固有の最大出力を供給するよう、及び、部分負荷運転ではこの装置固有の最大出力までのより小さい出力を供給するよう、運転される。風力発電装置は部分負荷運転では選択的に通常運転又は制限運転で作動し、その都度１つの運転特性曲線が用いられる。但し、該運転特性曲線はロータの回転数と供給されるべき出力との間の関係を規定するものである。通常運転で風力発電装置を運転するために、第１運転特性曲線が設けられており、制限運転で風力発電装置を運転するために、少なくとも１つの第２運転特性曲線が設けられており、第２運転特性曲線は、少なくとも１つの回転数領域について、第１運転特性曲線がこの回転数領域について有しているよりも、より大きい出力を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
調節可能なブレード角を持つロータブレードを備えたロータを有する風力発電装置の運転方法であって、
風力発電装置（１００）は、
・全負荷運転では装置固有の最大出力を供給するよう、及び、
・部分負荷運転ではこの装置固有の最大出力までのより小さい出力を供給するよう、
運転され、
風力発電装置（１００）は部分負荷運転では選択的に通常運転又は制限運転で作動し、及び、その都度１つの運転特性曲線が用いられ、但し、該運転特性曲線はロータ（１０６）の回転数（ｎ）と供給されるべき出力との間の関係を規定するものであり、
・通常運転で風力発電装置（１００）を運転するために、第１運転特性曲線が設けられており、
・制限運転で風力発電装置（１００）を運転するために、少なくとも１つの第２運転特性曲線が設けられており、
・第２運転特性曲線は、少なくとも１つの回転数領域について、第１運転特性曲線がこの回転数領域について有しているよりも、より大きい出力を有する、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
通常運転のために第１出力−ブレード角特性曲線が設けられ、及び、制限運転のために第２出力−ブレード角特性曲線が設けられ、
通常運転における第１出力−ブレード角特性曲線は第１運転特性曲線と一緒に選択され、及び、制限運転における第２出力−ブレード角特性曲線は第２運転特性曲線と一緒に選択される、
方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
第１出力−ブレード角特性曲線と第２出力−ブレード角特性曲線は、プロフィル迎角が所定値を上回らないよう、規定される、
方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の方法において、
部分負荷運転には、
・少なくとも、第１回転数領域及び第２回転数領域が設けられており、
・第１回転数領域（３１０）は、第１領域回転数までの回転数を含み、
・第２回転数領域（３２０）は、この第１領域回転数より大きい回転数を含み、
・第１運転特性曲線と第２運転特性曲線は第１回転数領域においては一致しており、及び、第２運転特性曲線は、第２回転数領域において、第２運転特性曲線が同じ回転数値（複数）について、第１運転特性曲線が当該回転数値（複数）について規定するよりも夫々より大きい出力値を規定するよう、第１運転特性曲線から逸れている、
方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の方法において、
制限運転では、回転数は規定された回転数制限値を上回ってはならず、第２運転特性曲線はこの回転数制限値までにのみ設けられており、第２運転特性曲線はこの回転数制限値を下回る回転数について第１運転特性曲線よりも大きい出力を有する、
方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の方法において、
通常運転及び制限運転は、夫々、風速に依存する周速比（λ）の推移によって特徴付けられており、
通常運転の周速比の推移は、少なくとも部分的に、制限運転の周速比の推移を上回っている、
方法。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の方法において、
少なくとも制限運転について、ブレード角の調節は回転数制限値に到達する前に行われる、
方法。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の方法において、
・通常運転で風力発電装置を運転する場合、第１基準風速まで又は第１基準回転数に到達するまで、ブレード角は一定値を有し、次いで、風速の更なる増大によりないし回転数の更なる上昇により及び風速ないし回転数に依存して、ブレード角は増大され、
・制限運転で風力発電装置を運転する場合、第２基準風速まで又は第２基準回転数に到達するまで、ブレード角は一定値を有し、次いで、風速の更なる増大によりないし回転数の更なる上昇により及び風速ないし回転数に依存して、ブレード角は増大され、
・第１基準風速及び第１基準回転数は、夫々、第２基準風速及び第２基準回転数よりも大きい、
方法。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の方法において、
・第１運転特性曲線は、風力発電装置を定格出力を有する運転点へもたらすよう設定されており、及び、この運転点の前又はこの運転点までの部分に、回転数に関する第１出力勾配（ｄＰ／ｄｎ）を有し、
・第２運転特性曲線は、風力発電装置を定格出力と比べて減少された出力を有する制限運転点へもたらすよう設定されており、及び、この制限運転点の前又はこの制限運転点までの部分に、回転数に関する第２出力勾配（ｄＰ／ｄｎ）を有し、
・第１出力勾配と第２出力勾配は実質的に同じである、
方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の方法において、
部分負荷運転において風力発電装置を制御するために、
・回転数−出力制御器によって、風力発電装置によって生成されるべき出力（Ｐ）は検出された回転数に依存して規定され、
・回転数−出力制御器によって規定された出力は、この規定された出力を調節するために、風力発電装置の出力調節手段に与えられ、
・出力−ブレード角制御器によって、調節されるべきブレード角は、回転数−出力制御器によって規定された出力に依存して、又は出力調節手段によって調節された出力に依存して規定され、
・規定されたブレード角は、ロータブレードの調節のために、風力発電装置のブレード調節ユニットに与えられる、
方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
・回転数−出力制御器には、通常運転のための第１回転数−出力特性曲線と制限運転のための第２回転数−出力特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択され、
・出力−ブレード角制御器には、通常運転のための第１出力−ブレード角特性曲線と制限運転のための第２出力−ブレード角特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択される、
方法。
【請求項１２】
調節可能なブレード角を有するロータブレードを有するロータを有する風力発電装置であって、
該風力発電装置（１００）は請求項１〜１１の何れかに記載の方法を実行するよう構成されている、
風力発電装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の風力発電装置において、
該風力発電装置は、以下の要素：
・風力発電装置によって生成されるべき出力（Ｐ）を検出された回転数に依存して規定するよう構成された回転数−出力制御器、
・回転数−出力制御器によって規定された出力を調節するよう構成された出力調節手段、
・調節されるべきブレード角を、回転数−出力制御器によって規定された出力に依存して又は出力調節手段によって調節された出力に依存して規定するよう構成された出力−ブレード角制御器、及び、
・ロータブレードの規定されたブレード角を調節するよう構成されたブレード調節ユニット、
を含む、
風力発電装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の風力発電装置において、
・回転数−出力制御器には、通常運転のための第１回転数−出力特性曲線と制限運転のための第２回転数−出力特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択され、
・出力−ブレード角制御器には、通常運転のための第１出力−ブレード角特性曲線と制限運転のための第２出力−ブレード角特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択される、
風力発電装置。
【請求項１５】
複数の風力発電装置を有するウインドパークであって、
該複数の風力発電装置のうちの少なくとも１つの風力発電装置（１００）は請求項１２〜１４の何れかに応じて構成されている、
ウインドパーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置の運転方法及び風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は既知であり、現在よく建設されている。風力発電装置から生成される音響（騒音）は不所望であるか又は不所望なものとして感じられること、その結果、低い音響パワーレベルが（予め）規定されることがあり得る。
【０００３】
従来は、低い音響パワーレベルを達成するために、出力が制限された運転モード（出力制限運転モード）が使用される。これにより、運転特性曲線即ち出力が最適化された運転モード（最適出力運転モード）の発電機回転数（これはギアレス機の場合ロータ回転数と同一である）に依存する電気的出力の（予）規定値（Vorgabe）は、出力制限運転モードの定格出力が達成されるまで低下される。このとき該運転モードに応じて存在する回転数は出力制限運転モードの定格回転数と称することができる。この減少された定格回転数が、主要な要因として、風力発電装置の生成される音響パワーレベルを規定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ ２０１３／０ １５４ ２６３ Ａ１
【特許文献２】ＵＳ ２０１０／０ １３５ ７９８ Ａ１
【特許文献３】ＵＳ ２０１３／０ １４０ ８１８ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このアプローチの利点は、風力発電装置が部分負荷運転（モード）において可能な限り最適周速比で運転可能であること、そのほかにも、風力発電装置が通常運転（モード）のように即ち制限された音響パワーレベルが（予め）規定されていない運転（モード）のように運転可能であることである。注意を要することは、要求される閾値が上回られないことだけである。これによって、風力発電装置がその他の点では通常の態様で運転されると、ロータブレードの周囲の流れに剥離が無いことも保証できる。この場合の欠点は、勿論、風力発電装置が出力制限運転（モード）では最適生成量（発電量）で運転されないこと、従って、例えば夜間において、通常運転（モード）における運転と比べて制限的な音響放出要件を順守するために、風力発電装置が出力制限モードで運転される必要がある場合、大きな生成量損失が生じ得ることである。
【０００６】
ドイツ特許商標庁は本願の優先権主張の基礎出願において以下の先行技術文献をサーチした：ＵＳ ２０１３／０ １５４ ２６３ Ａ１、ＵＳ ２０１０／０ １３５ ７９８ Ａ１及びＵＳ ２０１３／０ １４０ ８１８ Ａ１。
【０００７】
それゆえ、本発明の課題は、上記の問題の少なくとも１つに対処することである。とりわけ、音響放出要件を順守する場合に、可及的に大きな生成量（発電量）の達成が望まれる。少なくとも、従来の既知の措置に対して、代替的な解決策の提案が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に応じ、請求項１に記載の方法が提案される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
かくして、本発明の一思想は、減少された定格回転数及び従って音響パワーレベルは変化しないが、減少された定格回転数において得られる減少された定格出力が増大されるよう、従って風力発電装置の生成量（発電量）も増大されるよう、運転制御（Betriebsfuehrung）を修正することである。
【００１０】
このために、本発明に応じ、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有するロータを有する風力発電装置の運転方法を出発点とする。この方法において、風力発電装置は、全負荷運転（モード）では装置固有の最大出力を供給するよう、及び、部分負荷運転（モード）ではこの装置固有の最大出力までのより小さい出力を供給するよう、運転される。装置固有の最大出力とは、通常、風力発電装置の定格出力である。風力発電装置が全負荷運転（モード）で運転される領域及び風力発電装置が部分負荷運転（モード）で運転される領域は夫々全負荷領域及び部分負荷領域と称することもできる。単純化していえば、部分負荷領域は、風力発電装置がその運転をそもそも最初に開始するカットイン風速（Einschaltwindgeschwindigkeit）から定格風速までにわたる。全負荷領域は、部分負荷領域に相応に引き続くより大きい風速のためのものである。
【００１１】
本発明の説明は、実質的に、部分負荷領域ないし部分負荷運転（モード）に関する。部分負荷運転（モード）においては、更に、風力発電装置は選択的に通常運転（モード）又は制限運転（モード）で作動する。即ち、２つの運転モードがあるが、これらは何れも部分負荷領域に関するものである。これらの２つの運転モード即ち通常運転（モード）及び制限運転（モード）の各々のために、ロータの回転数と供給されるべき出力との間の関係を（予め）規定する夫々１つの運転特性曲線が使用される。ギアレス型風力発電装置の場合、これは、発電機回転数に依存する電気的出力の（予め）規定したもの（（予）規定値）に相当する。（ギア式）伝動装置を有する場合、発電機回転数を使用することも可能であるが、（ギア式）伝動装置の変速比に相応する係数によって換算することも可能である。
【００１２】
（１つの）運転特性曲線は、その限りにおいて、回転数と出力との間の（１つの）関係を再現する。この関係は、伝統的な方法で、（１つの）特性曲線に記憶されるが、関数として定義されることも可能である。そのために、プロセスコンピュータによっては、より高次の関数、線形関数ではなく、多項式関数及び／又は合成関数を考慮することができる。重要なことは、回転数と出力との関係が記憶されていることである。さらに、同様のことが、出力に依存するブレード角特性曲線にも当て嵌まる。
【００１３】
通常運転（モード）で風力発電装置を運転するために、第１運転特性曲線が設けられること、及び、制限運転（モード）で風力発電装置を運転するために、少なくとも１つの第２運転特性曲線が設けられることが、更に提案される。複数の異なる制限（Begrenzungen）を考慮すべきような場合にはとりわけ、更なる特性曲線（複数）を設けることも可能である。尤も、何れにせよ風力発電装置は１つの運転特性曲線だけで差し当たり運転可能であるのであるから、本発明を理解するためには、１つの第２運転特性曲線を考慮するだけで十分であろう。
【００１４】
第２運転特性曲線が、これは制限運転（モード）のためにも使用されるが、少なくとも１つの回転数領域について、第１運転特性曲線がこの回転数領域について有しているよりもより大きい出力を有することが、更に提案される。
【００１５】
そのため、制限運転（モード）について、これはとりわけ音響放出要件を順守するために制限されているのであるが、より大きな出力が提供される。この場合に留意すべきことは、そのために、運転特性曲線は、少なくとも部分的に通常運転（モード）の運転特性曲線に対して変化されていることである。即ち、重要なことは、個々の回転数値に対して（夫々１つの）より大きな出力を有することではなく、運転特性曲線を全体的に変化すること、従って、（１つの）より大きな出力を少なくとも（１つの）回転数領域全体に対して有することである。
【００１６】
２つの運転特性曲線のこれらの同じ回転数領域が、尤もこれらは異なる出力を有するべきであるが、同じ風速に基づいていないことに留意すべきことも重要である。最後に、部分負荷運転（モード）における通常運転（モード）においては、風からは、少なくとも最適な場合、取り出し可能な最大出力が取り出されることも出発点をなしている。これに応じて、同じ風速の場合に出力を一層更に大きくすることは、困難であろう。
【００１７】
その代わりに、風力発電装置の運転制御（Betriebsfuehrung）が重要になる。従って、風力発電装置を運転するための特許請求に係る方法は風力発電装置の相応の運転制御である。即ち、複数の異なる回転数−出力特性曲線が（予め）規定される。実用的な応用においては、可能と思われる１つの具体例を挙げると、風が風力発電装置をある回転数で回転させる。そして、この回転数に依存し、夫々の運転特性曲線に応じて、出力が調節される。この出力が、その時点においてその調節によって風から取り出し可能な出力に正確に対応する場合、風力発電装置は定常運転状態にある。しかしながら、この出力がその時点において取り出されることができない場合、即ちいわば過大に調節されていた場合、回転数は減少するに至る。そして、減少した回転数に応じて、出力も取り出し可能な出力に対応しかつ定常運転状態が達成されるまで新たな即ち減少（制限）された出力に調節される。出力が過小に調節されている場合、相応に回転数は増大し、そして、出力も相応により大きな運転点が達成されるまで増大される。
【００１８】
この過程は、しかしながら、複数の異なる運転特性曲線について実行することができる。供給される出力は風から取り出し可能な出力に対応するため、より大きな出力がより強い風に割り当てられる（対応付けられる）ことも可能である。第２運転特性曲線は、（１つの）回転数領域について少なくとも部分的に、第１運転特性曲線よりもより大きい出力を有するため、より強い風に基づいている。これに応じて、第２運転特性曲線の上記の回転数領域は、第１運転特性曲線の同じ回転数領域よりもより大きな風速に割り当てられている。
【００１９】
尤も、このことは説明のためのものに過ぎず、運転制御は、その代わりに既述のように、１つの運転特性曲線に基づき（を用い）、それに応じて回転数に依存して出力を調節するよう作動する。風力発電装置は、この場合は、風力発電装置の運転のために必要であるのは勿論であるが、考慮する必要は無い。
【００２０】
かくして、出力が制限運転（モード）において既により小さい回転数で増大され、それによって、可及的に大きな出力が生成されることないし可及的に大きな生成出力を有する運転点が達成されることが、しかも、音響放出の（予め）規定された限界、これはとりわけその際に許容可能な回転数の上限であるが、に到達する前に、達成することができる。即ち、出力は、この限界に到達されるとき、可及的に大きな値に調節されている。
【００２１】
この場合、変化された運転特性曲線は全体として見れば風力発電装置の最適運転（モード）を規定している必要は無いが、制限（Begrenzung）のこの特殊な状況において可及的に多くの出力が生成されることも分かった。
【００２２】
一実施形態により、通常運転（モード）のために第１出力−ブレード角特性曲線が設けられ、及び、制限運転（モード）のために第２出力−ブレード角特性曲線が設けられ、通常運転（モード）における第１出力−ブレード角特性曲線は第１運転特性曲線と一緒に選択され、及び、制限運転（モード）における第２出力−ブレード角特性曲線は第２運転特性曲線と一緒に選択されることが提案される。
【００２３】
提案に係る複数の異なる運転特性曲線即ち複数の異なる回転数−出力特性曲線は、とりわけ、各回転数−出力特性曲線に１つの出力−ブレード角特性曲線が割り当てられるように、設けることができることが分かった。とりわけこのことによって、同じ風速に対し複数の異なる回転数を調節する（設定する）ことができる。
【００２４】
有利には、第１出力−ブレード角特性曲線と第２出力−ブレード角特性曲線は、プロフィル迎角が所定値を上回らないよう、（予め）規定される。プロファイル迎角とは、プロファイル（ロータブレードの翼型ないし翼断面形状）の翼弦と局所的流入流れとの間に形成される角度である。これは風速とロータの周速とに依存する。複数の異なる回転数−出力特性曲線によって、同じ風速について、複数の異なる回転数従って複数の異なる流入角度も生じる。これは複数の異なる回転数−ブレード角特性曲線によって補償される。
【００２５】
ここで、第１出力−ブレード角特性曲線と第２出力−ブレード角特性曲線とが、如何なるプロフィル迎角も所定の値を上回らないよう、（予め）規定されることが提案される。有利には、このことは、とりわけ、ロータブレード長軸の凡そ３０％〜８０％の範囲にわたるロータブレードの中央領域について与えられることができる。
【００２６】
一実施形態に応じ、部分負荷運転（モード）には、少なくとも、第１回転数領域及び第２回転数領域が設けられることが提案される。換言すれば、部分負荷領域は２つの回転数領域に即ち小さい回転数領域と大きい回転数領域とに分割されることができる。尤も、これら２つの回転数領域は、部分負荷領域にあるのであるから、依然として全負荷領域の前に位置付けられている。第１回転数領域は、第１領域回転数までの回転数を含み、即ち、小さい回転数を含み、及び、第２回転数領域は、この第１領域回転数よりも大きい回転数を含み、即ち、より大きい回転数を含む。このため、第１運転特性曲線と第２運転特性曲線は第１回転数領域においては一致しており、及び、第２運転特性曲線は、第２回転数領域において、第２運転特性曲線が同じ回転数値（複数）について、第１運転特性曲線が当該回転数値（複数）について（予め）規定するよりも夫々より大きい出力値を（予め）規定するよう、第１運転特性曲線から逸れる（シフトする）ことが提案される。換言すれば、これらの特性曲線を横軸に回転数がプロットされかつ縦軸にこれに依存する出力がプロットされたグラフに表した場合に、第２運転特性曲線は、第２回転数領域において、第１運転特性曲線から離れて上方に（縦軸の増大方向に）シフトする。
【００２７】
かくして、２つの運転モード即ち通常運転（モード）及び制限運転（モード）について、始めのうち、即ち小さい回転数の場合には、従って小さい風速の場合には、同じ態様・方法で運転を行うことができることが分かった。これらの運転特性曲線が一致しているこの領域では、それに応じて、夫々同じ風速に基づいている（が用いられる）。そして、回転数がより大きくなってからようやく、これらの異なる運転モード（態様）が実行可能になる。そのため、小さい回転数及び従って小さい風速の場合、制限運転（モード）についても、可及的に適切な運転モード（態様）を実行することができる。
【００２８】
有利には、制限運転（モード）では、回転数が（予め）規定された回転数制限値を上回ってはならないという状況を基礎とする。とりわけ、このことは、回転数が、上述したように、減少された定格回転数に制限されている場合に妥当する。これに応じて、第２運転特性曲線はこの回転数制限値までにのみ設けられている。尤も、第２運転特性曲線は更に続けて設けることも可能であるが、そのためには、この制限運転（モード）が存在する（実行されている）場合、この回転数制限値を超えて運転されることはできず、少なくともそれを超えて持続的に運転されることはできない。これは、例えば、夜間に設定される制限された音響放出であり得る。この場合、第２運転特性曲線は既にこの回転数制限値を下回る回転数について第１運転特性曲線が有するよりも大きい出力を有する。とりわけここで強調すべきことは、第２運転特性曲線は（第１運転特性曲線の）回転数制限値のみにおいて第１運転特性曲線と相違しているのではないこと、既にそれ以前に明確に、異なる運転（モード）が、即ち異なる運転制御が与えられていることである。
【００２９】
一実施形態に応じ、通常運転（モード）及び制限運転（モード）は夫々風速に依存する周速比の推移によって特徴付けられることが提案される。周速比の推移によるそのような特徴付けは全体的に備えることができる。ここで、通常運転（モード）の周速比の推移は少なくとも部分的に制限運転（モード）の周速比の推移を上回ることが提案される。従って、この部分において、通常運転（モード）の周速比は、その基礎をなす風速について、制限運転（モード）についての周速比よりも、より大きい。
【００３０】
かくして、通常運転（モード）についての空気力学的状況と制限運転（モード）についての空気力学的状況とを根本的に異なるように形成することをこの実施形態に応じて提案していることが明らかになる。有利には、通常運転（モード）及び制限運転（モード）についての周速比の推移は小さい風速については同じであり、所定の風速以降に初めて相違が生じるが、当該風速以降、通常運転（モード）の周速比は制限運転（モード）の周速比よりも大きい。なお、周速比とは、風速に対する風力発電装置のロータの周速の比である。純粋に標準化された又は単に比較のために考察する場合には、風速に対するロータの回転数の比を検討することも可能である。通常運転（モード）の提案に係るより大きな周速比は、従って、風力発電装置が通常運転（モード）においては、制限運転（モード）において同じ風速で行われるよりも、より大きな回転数で運転されることも意味する。
【００３１】
一実施形態に応じ、少なくとも制限運転（モード）について、ブレード角の調節は回転数制限値に到達する前に行われることが提案される。即ち、（予め）規定される制限として、制限運転（モード）が考慮しなければならない制限回転数が設けられる場合、この回転数制限値に到達する前に既に、ロータブレードが風（の方向）から外れるよう少々回転されること、従って、そのブレード角が大きくされることが提案される。ここで、ブレード角の増大とはフェザリング位置へ向けてのロータブレードの方向の調節を意味するものであることについて、念のため指摘しておく。
【００３２】
回転数制限値に到達する前にブレード角を調節するというこの提案によって、提案に係るより小さい周速比も実現することができる。ブレード角のこの変更によって、回転数は減少することができるが、これにより、風速が同じであれば周速比は小さくなる。とりわけ制限運転（モード）についてのブレード角のこの調節は有利には第２運転特性曲線に適合されているないしは第２運転特性曲線はブレード角のこの早期の調節に適合されている。相応の第２運転特性曲線とブレード角の調節とのこの組み合わせによって、とりわけ良好に本思想も実現することができる。即ち、減少（制限）された定格回転数及び従って音響パワーレベルは変化しないないし上回られないように、減少（制限）された定格回転数の場合に得られる出力即ち生成可能な出力が増大されるよう、従って、（予）規定値（ないし要求値：Vorgaben）を順守するにも拘らず生成（発電）量の増大を達成できるように、運転制御を修正することを、とりわけ良好に実現することができる。
【００３３】
更なる一実施形態に応じ、通常運転（モード）で風力発電装置を運転する場合、第１基準風速まで又は第１基準回転数に到達するまで、ブレード角は一定値を有し、次いで、風速の更なる増大によりないし回転数の更なる上昇により及び更には風速に依存してないし回転数に依存して、ブレード角が増大されることが提案される。同じことが制限運転（モード）で風力発電装置を運転する場合にも提案されるが、この場合は、第２基準風速ないし第２基準回転数に関連付けられる。これらの場合に、第１基準風速は第２基準風速より大きいこと、ないし第１基準回転数は第２基準回転数よりも大きいことが提案される。かくして、通常運転（モード）の場合にも、部分負荷領域において既に、ブレード角は調節可能であること、但し、ブレード角の調節は制限運転（モード）ではより早期に実行されることが提案される。このため、とりわけ、通常運転（モード）においてもなお、可及的に長く又は少なくとも多少なりともより長く、最適運転（モード）がブレード調節なしで実行されること、これに対し、制限運転（モード）については、（予め）規定された制限、とりわけ回転数制限値をめざして制御する（ansteuern）ために、以って、制限にも拘らず可及的に大きな生成（発電）量を達成するために、この最適運転（モード）は早期のうちにもう打ち切られる。
【００３４】
更なる一実施形態に応じ、第１運転特性曲線は、風力発電装置を定格出力を有する運転点へもたらすよう設定されており、及び、この運転点の前又はこの運転点までの部分に、第１出力勾配を有することが提案される。同様に、第２運転特性曲線についても、当該第２運転特性曲線が、風力発電装置を定格出力と比べて減少（制限）された出力を有する制限運転点へもたらすよう設定されており、及び、この制限運転点の前又はこの制限運転点までの部分に、第２出力勾配を有することが提案される。これらの両者の出力勾配は、従って、回転数の変化に対する出力の変化、即ち、回転数上昇に対する出力増大を表す。これを数学的に正確に表すとｄＰ／ｄｎとすることができる（Ｐは出力、ｎは回転数）。
【００３５】
これについて、更に、両者の出力勾配が同じであることが提案される。従って、両者の運転特性曲線は、互いに異なる運転点、即ち、夫々、定格出力を有する運転点及び減少（制限）された出力を有する制限運転点をめざして制御するが、それにも拘らず、同じ出力勾配を有する。かくして、両者の運転特性曲線は、同様の態様・方法で、夫々各自の運転点に到達可能であることが達成できる。この場合、有利には、第２運転特性曲線は第１出力勾配を第２出力勾配として受け取り、そのため、第１運転特性曲線の即ち通常運転（モード）の基礎をなす風力発電装置制御は第２運転特性曲線へ伝達される。かくして、第２運転特性曲線の制限運転点であるにも拘らず、第１運転特性曲線の同様の制御が適合化されることができる。
【００３６】
ここで、例えば第２出力勾配が１０％だけ、これは勿論一例として挙げたものに過ぎないが、第１出力勾配と相違する（から逸れる）変形形態も勿論可能である。これらの出力勾配が同じであることが提案されるが、たとえ小さな相違がある場合であっても、基礎をなす思想がそれにも拘らず依然として達成可能であれば、少なくとも部分的に達成可能であれば、その場合も提案される。
【００３７】
有利には、本方法においては、部分負荷運転（モード）において風力発電装置を制御するために、回転数−出力制御器によって、風力発電装置によって生成されるべき出力は検出された回転数に依存して（予め）規定され、及び、回転数−出力制御器によって（予め）規定された出力は、この（予め）規定された出力を調節するために、風力発電装置の出力調節手段に与えられる。
【００３８】
この場合、とりわけ、回転数と出力との間の一定の（固定的な）関係を（予め）規定する回転数−出力特性曲線が記憶される。検出された回転数に依存して、この回転数−出力特性曲線は、出力調節手段によって調節される出力をアウトプットする。出力調節手段は、例えば他励式同期発電機の励磁電流を調節するための調節手段であり得る。調節された出力のフィードバック（制御）は想定されていない。寧ろ、この回転数−出力制御器は、回転数−出力運転点の調節（設定）をもたらす。従って、出力の変化は、ロータの逆トルクにも影響を及ぼし、このため、ロータは、当該変化前よりもより強く又はより弱く制動されるが、これもまた回転数に影響を及ぼす。
【００３９】
更に、出力−ブレード角制御器によって、調節されるべきブレード角は、回転数−出力制御器によって（予め）規定された出力に依存して、又は出力調節手段によって調節された出力に依存して（予め）規定され、及び、そのように（予め）規定されたブレード角は、ロータブレードの調節のために、風力発電装置のブレード調節ユニット（複数）に与えられることが提案される。このために、出力−ブレード角制御器には出力−ブレード角特性曲線が記憶されることができ、これにより、入力される出力値の各々に対し、１つのブレード角が、該特性曲線に固定的に記憶された関係に応じて出力されることができる。この特性曲線は、より小さい出力値についてはブレード角は変化せず、かつ、より大きな出力値についてはブレード角は変化するよう構成されることも可能である。
【００４０】
ここで、回転数−出力制御器によって（予め）規定される出力が入力変数として使用される場合、該回転数−出力制御器と組み合わせでも、回転数とブレード角との間の一義的な関係を形成することができる。実際に調節された出力が使用される場合、それによって、出力調節のダイナミックス（動的変化：Dynamik）はブレード角（予）規定値（Vorgabe）のダイナミックス（Dynamik）にも影響を及ぼす。
【００４１】
一実施形態に応じ、かくして、本方法について、回転数−出力制御器には、通常運転（モード）のための第１回転数−出力特性曲線と制限運転（モード）のための第２回転数−出力特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択されること、及び、出力−ブレード角制御器には、通常運転（モード）のための第１出力−ブレード角特性曲線と制限運転（モード）のための第２出力−ブレード角特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択されることが提案される。このようにして、両者の制御器のための特性曲線（複数）が、上述したように、記憶される。
【００４２】
通常運転（モード）と制限運転（モード）との間で選択するために、両者の運転モードについて、両者の制御器に、夫々１つの特性曲線が記憶される。両者の制御器の特性曲線又は両者の制御器の一方の特性曲線は部分的に一致することも可能である。通常運転（モード）と制限運転（モード）との間で選択するためには、両者の制御器の各々において、相応の特性曲線が選択されればよい。有利には、更なる運転モードの実現も望まれる場合、更なる特性曲線が記憶される。
【００４３】
本発明に応じ、更に、調節可能なブレード角を有するロータブレードを有するロータを有する風力発電装置であって、上記の実施形態の少なくとも１つに応じた方法によって運転される風力発電装置が提案される。とりわけ、風力発電装置においては、上記の実施形態の何れかに応じた少なくとも１つの方法に応じて動作する運転制御（Betriebsfuehrung）が実行される。
【００４４】
有利には、風力発電装置は、風力発電装置によって生成されるべき出力を検出された回転数に依存して（予め）規定するよう構成された回転数−出力制御器を含むよう、及び、回転数−出力制御器によって（予め）規定された出力を調節するよう構成された出力調節手段を含むよう、構成される。更に、風力発電装置は、この実施形態に応じ、調節されるべきブレード角を、回転数−出力制御器によって（予め）規定された出力に依存して調節するよう又は出力調節手段によって調節された出力に依存して（予め）規定するよう構成された出力−ブレード角制御器を含み、及び、風力発電装置は、ロータブレードの（予め）規定されたブレード角を調節するよう構成されたブレード調節ユニット（複数）を含む。出力調節及びブレード角調節は、風力発電装置のこれらの要素によって、本方法に関連して上に説明したように実行することができる。
【００４５】
一実施形態に応じ、風力発電装置は、回転数−出力制御器には、通常運転（モード）のための第１回転数−出力特性曲線と制限運転（モード）のための第２回転数−出力特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択されるよう、及び、出力−ブレード角制御器には、通常運転（モード）のための第１出力−ブレード角特性曲線と制限運転（モード）のための第２出力−ブレード角特性曲線とが記憶されており、これらは運転モードに応じて選択されるよう、構成される。かくして、通常運転（モード）又は出力に関する制限（減少）運転（モード）の選択は、対応する特性曲線を選択することによって簡単に実行することができる。
【００４６】
更に、複数の風力発電装置を有するウインドパーク（ないしウインドファーム）であって、該複数の風力発電装置のうちの少なくとも１つの風力発電装置が一実施形態に応じて上述したように運転される、とりわけ上記の運転制御（Betriebsfuehrung）を組み込んだ、ウインドパークが提案される。
【００４７】
ウインドパークの場合にも、例えば住宅地の近くに建設され、かつ、制限された音響放出を考慮する必要があることが起こり得る。この場合とりわけ重要であることは、各風力発電装置の生成（発電）量が大きくなり、生成（発電）量のそのような改善が累積されることである。とりわけそうであるのは、ウインドパークが、その全ての風力発電装置が共通のネット接続点において電気供給ネットに給電を行うことができる場合である。生成（発電）量増大、即ちとりわけ出力増大によって、ネット安定化も達成することができ、ないし、ネット不安定化を阻止することができる。例えばウインドパーク全体又はウインドパークの少なくとも２つ以上の風力発電装置について夜間における音響（騒音）低減が要求される場合、これにより、大きな出力低下が起こり得る。例えば全ての風力発電装置がある所定の時間にそれらの出力を減少しなければならない場合、これらの出力減少は累積され、共通のネット接続点を介した共通の給電によって、場合によっては電気供給ネットにおいて顕著に現われる。この場合、生成（発電）量の増大は、同時に、出力減少が明確により小さくなることも達成するであろう。
【００４８】
提案に係る解決策は、異なる複数の運転特性曲線によって運転可能な回転数可変型ピッチ制御型風力発電装置において実現可能であり、有利には、各運転特性曲線には夫々１つの固有のピッチ特性曲線が割り当てられる。
【００４９】
本発明の解決策によって、風力発電装置が、要求される最大音響パワーを超過しないようにするために、最適出力運転（モード）即ち通常運転（モード）と比べて減少（制限）された定格出力及び回転数で運転される場合、ピッチ制御型回転数可変型風力発電装置のとりわけ年間生成（発電）量の増大の達成が追求される。
【００５０】
本発明は以下において添付の図面を参照した実施例を用いて詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】風力発電装置の一例の斜視図。
【図２】ウインドパークの一例の模式図。
【図３】異なる運転特性曲線の例の対比。
【図４】周速比の異なる推移の例の対比とブレード角の異なる推移の例の対比。
【図５】２つの出力推移の例の対比。
【図６】風速に依存して達成可能な年間生成（発電）量の増加の例。
【図７】部分負荷領域において風力発電装置を運転するための制御構造（Regelungsstruktur）の一例の模式図。
【実施例】
【００５２】
図１は、タワー１０２とナセル１０４とを有する風力発電装置１００の一例を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８とスピナ１１０とを有するロータ１０６が配されている。ロータ１０６は、運転時、風によって回転運動し、それによって、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００５３】
図２は、例えば３つの風力発電装置１００（これらは同じ又は異なるものであり得る）を有するウインドパーク１１２の一例を示す。従って、３つの風力発電装置１００は、１つのウインドパーク１１２の原理的に任意の数の風力発電装置を代表している。これらの風力発電装置１００は、それらの出力即ちとりわけそれらの生成電流を電気的パークネット１１４を介して供給する。その際、個々の風力発電装置１００のその都度生成される電流ないし出力は加え合わされる。大抵は変圧器１１６が設けられているが、変圧器１１６は、ウインドパーク内の電圧を昇圧した後、一般的にＰＣＣとも称される給電点１１８において供給ネット１２０への給電を行う。図２は、ウインドパーク１１２の一例を単純化して示した図に過ぎず、例えば制御装置は示されていないが、勿論、制御装置は備えられている。更に、例えばパークネット１１４は異なるように構成可能であり、例えば、各風力発電装置１００の出力端に夫々１つの変圧器を設けることも可能であるが、これは他の一実施例の例示に過ぎない。
【００５４】
図３は、１つの風力発電装置の例における複数の異なる運転特性曲線を示す。特性曲線は回転数（横軸）に対してプロットされている。従って、これらの運転特性曲線は、風力発電装置の電気的出力Ｐｅｌとロータ回転数ｎ（これは全ての図において使用されているギアレス型風力発電挿置の場合、発電機回転数に相当する）との間の関数的関係を示している。図３において最適出力運転モード即ち通常運転（モード）の基礎をなす特性曲線はＰ１と称される。従って、この特性曲線は第１運転特性曲線を表す。ハブの高さにおける風速に関連付けられた予測音響パワーレベルに属する出力制限運転モードで用いられる運転特性曲線はＰＳと称される。この運転特性曲線ＰＳについては、予測音響パワーレベルが順守される減少された定格回転数が用いられる。
【００５５】
これら２つの運転特性曲線Ｐ１及びＰＳはほぼ同じであるが、運転特性曲線ＰＳは、低下された定格回転数を上回らないようにするために、より早期に終了しかつその少し前のうちに運転特性曲線Ｐ１から下方に離れる（シフトする）点において相違する。
【００５６】
ここで、この対照推移ＰＳの代わりに、本発明に係る第２運転特性曲線を表しかつ相応に制限運転（モード）に割り当てられている運転特性曲線Ｐ２が提案される。この特性曲線は、回転数が小さいときに既に、特性曲線Ｐ１従って最適出力部分負荷周速比から離れて、運転特性曲線Ｐ１の場合と同じ勾配ｄＰｅｌ／ｄｎによって、被試験風力発電装置に組み込まれた発電機の低下された回転数で最大に達成可能な減少（制限）された定格出力を達成する。
【００５７】
かくして、図３から分かるように、第２運転特性曲線Ｐ２は所定の回転数領域からは第１運転特性曲線Ｐ１よりも大きい出力を有する。
【００５８】
従って、この第２運転特性曲線Ｐ２は上記の位置において第１運転特性曲線Ｐ１から離れ、定格運転点ＮＯよりも小さい出力を有するが、減少（制限）された対照運転点ｒＯＳよりも明確に大きい出力を有する減少（制限）された運転点ｒＯにおいて制御を行う。
【００５９】
更に図３から分かるように、第１運転特性曲線Ｐ１及び第２運転特性曲線Ｐ２が第１回転数領域３１０では一緒に推移するが、第２回転数領域３２０では最早一緒に推移せず、当該領域では、第２運転特性曲線は、何れにせよそもそも当該曲線が存在する限りにおいてではあるが、より大きな出力値を有し、運転制御（Betriebsfuehrung）のためにより大きな出力値を（予め）規定する。
【００６０】
図４は、まず、３つの周速比λ１、λ２及びλＳを示す。これらの周速比は風速ｖ（ｍ／ｓ）に対してプロットされている。更に、第１運転特性曲線及び第２運転特性曲線について夫々ブレード角γ１及びγ２が示されている。従って、図４は、複数の異なる特性曲線によって風力発電装置を運転する場合における周速比推移及びブレード角推移を示す。
【００６１】
周速比（複数）の図示の推移から分かるように、風力発電装置の本発明により提案される運転によって、最適周速比はより小さい風速のときに既に離れる（シフトする）。そして、風力発電装置は、定格風速に到達するまで、通常運転（モード）の場合よりも小さい周速比を有する。とりわけ、特性曲線λ２に従う周速比は所定の風速のときに水平部分（Plateau）から離れ、そして、他の周速比推移に対して、とりわけ通常運転（モード）の周速比推移λ１に対して、常に、より小さい値を維持する。尤も、周速比λＳに対しても、従って対照特性曲線として示されている図３の運転特性曲線ＰＳと比べて、提案に係る解決策の周速比λ２はより小さい。
【００６２】
更に、図４に示された角度推移（複数）から分かるように、第２運転特性曲線の場合、対応するブレード角γ２は小さい風速のときに既に増大され、図３に示した第２特性曲線Ｐ２もそれによって支援されて、相応に早期に通常運転（モード）の第１特性曲線Ｐ１から離れる。
【００６３】
尤も、通常運転（モード）は、部分負荷運転（モード）において即ち部分負荷領域において既にそのブレード角γ１を変化させるが、これは制限運転（モード）の場合よりも大きい風速のときにようやく行われる。
【００６４】
それゆえ、提案に係る解決策の重要な、少なくとも好ましい１つの要素（特徴）は、運転特性曲線の変化によってピッチ特性曲線の変化も同時に行われることである。ピッチ特性曲線は、風力発電装置制御（ユニット）に記憶された電気的出力Ｐｅｌとロータブレードのピッチ角との間の関係として、この場合はγ１ないしγ２として表される。従って、ピッチ特性曲線は適合化されるのが望ましいであろう。なぜなら、そうでなければ、第２運転特性曲線による運転時における周速比の提案に係るないし提供される低下の際に、ロータブレードにおける流れの剥離を考慮する必要が生じ得るからである。この流れの剥離は出力を減少するようにかつ音響レベルを上昇するように作用する。そのため、有利には、第２運転特性曲線に加えて、第２ピッチ特性曲線も提案される。
【００６５】
相応に、ピッチ特性曲線（複数）即ち図４に例示されているようなブレード角γ１及びγ２の推移が提案される。図４から明確に分かるように、明確により小さい風速のときに、制限運転（モード）のために風力発電装置のピッチングが開始され、風力発電装置は明確により大きなピッチ角で運転される。なお、ブレード角とピッチ角又は単にピッチは同義の概念として使用可能である。これに応じて、ピッチ特性曲線はブレード角特性曲線でもある。
【００６６】
図５及び図６は、夫々、図３のＰＳに応じた対照運転特性曲線と図３の提案に係る第２運転特性曲線Ｐ２について対比した、出力曲線及び年間生成（発電）量を示す。
【００６７】
そのため、図５には、提案に係る第２運転特性曲線に応じた出力Ｐ２と対照運転特性曲線に応じた出力ＰＳとが示されている。記号は図３のものと同じであるが、両図には対応する出力Ｐ２ないしＰＳが記載されているからである。但し、従属関係（独立変数ないし横軸）は異なっている、即ち、図３では回転数ｎ、図５では風速ｖである。図５は、第２運転特性曲線Ｐ２の達成可能な出力増大（利得）（Leistungsgewinn）を極めて明確に示している。
【００６８】
相応に、図６には、例えば、第２運転特性曲線についての予測年間生成（発電）量Ｅ２及び対照運転特性曲線についての予測年間生成（発電）量ＥＳが示されている。新規な提案に係る第２運転特性曲線に応じて風力発電装置を運転する場合における出力曲線及び年間生成（発電）量における増大（増加分）が夫々図５及び図６に明確に示されている。被試験風力発電装置の例示的ケースについては、平均年間風速が７．５ｍ／ｓの場合に、風のレイリー分布を仮定すれば、凡そ３０％のオーダーの年間生成量の増大（増加分）が獲得可能であろう。
【００６９】
図７は、部分負荷領域において風力発電装置１００を駆動するための制御（回路）構造（制御フロー）７０の一例を模式的に（ブロック回路図として）示す。制御構造７０は、検出された回転数ｎ即ち実際回転数に依存する風力発電装置１００によって生成されるべき出力Ｐを（予め）規定する回転数−出力制御器７２を含む。このために、この出力値Ｐは、図７にブロック７４として模式的にのみ示されている出力調節手段７４に与えられる。
【００７０】
この出力調節手段は、例えば、（発電機の）励磁電流を調節するための電流調節器とすることが可能であり、又は、そのようなものを含むことができる。尤も、出力調節手段７４は、例えば、制御式整流器又は後置の昇圧コンバータによっても又は付加的にそれらによって実現することができる。出力調節手段７４は、図７には同様に模式的にのみ示されている風力発電装置１００の部分である。
【００７１】
出力調節手段７４は（予め）規定された出力Ｐを調節し、該出力から、更には風に依存して、（実）回転数ｎないしｎｉｓｔが得られるが、該回転数は回転数−出力制御器７２にフィードバックされる。
【００７２】
（予め）規定された出力Ｐは、更に、該出力に依存してブレード角γを（予め）規定する出力−ブレード角制御器７６に与えられる。出力−ブレード角制御器７６は、回転数−出力制御器７２によって（予め）規定された出力Ｐに依存して、調節されるべきブレード角γを決定する。そのように決定されたブレード角γは、次いで、ブレード調節ユニット（複数）７８に与えられる。ブレード調節ユニット（複数）７８は、風力発電装置１００の部分であるが、図７にはそのうちの１つのブレード調節ユニット７８のみが代表して図示されている。ブレード調節ユニット７８は、次いで、ロータブレードの（予め）規定されたブレード角を調節する。
【００７３】
回転数−出力制御器７２と出力−ブレード角制御器７６は夫々２つの特性曲線を有するが、このことはブロック図に夫々示されている、即ち、通常運転（モード）のための特性曲線と制限運転（モード）のための特性曲線が夫々示されている。ここで、これらの運転モードの一方が選択されると、両方の制御器において即ち回転数−出力制御器７２及び出力−ブレード角制御器７６において、対応する特性曲線が選択される。
【００７４】
制御構造７０のそのような制御経路の安定性の監視は、場合によっては、例えばハーモニック・バランス法のような既知の制御技術的手法によって実行することができる。このために、そのような試験をシミュレーションで実行することが考慮される。
【図１】
2019513943.tif 000003
【図２】
2019513943.tif 000004
【図３】
2019513943.tif 000005
【図４】
2019513943.tif 000006
【図５】
2019513943.tif 000007
【図６】
2019513943.tif 000008
【図７】
2019513943.tif 000009
【国際調査報告】
2019513943.tif 000010
2019513943.tif 000011
2019513943.tif 000012
2019513943.tif 000013