(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとロータを介して駆動され電力を発生させる発電機とを有する風力発電設備の運転方法であって、
前記風力発電設備に関連し、少なくとも前記風力発電設備に関連する空気密度を含む環境変数を決定するステップと、
前記ロータの回転速度を決定するステップと、
前記発電機によって出力される電力を特定するステップと、
前記ロータの回転速度と出力される前記電力との間の関係を示す運転マネジメントに従って出力されるべき電力を生成するために、前記風力発電設備を調整するステップと、
を備え、
前記運転マネジメントは、前記風力発電設備に関連する空気密度に基づいて調整され、
（Ｉ）出力される電力を生成するための前記風力発電設備の前記ロータの適応された回転速度は、適応された前記運転マネジメントを用いて、したがって、前記風力発電設備に関連する空気密度を用いて、特定され、出力される最適化された電力を生成するために、適応された前記回転速度は、減少した空気密度のために増加した回転速度であって、付加的に、
（ＩＩ）前記風力発電設備の音響放射は、前記ロータの適応された回転速度のために、前記風力発電設備に関連する前記空気密度を用いて決定され、
適応された回転速度は、決定された前記音響放射に基づいて、前記風力発電設備に関連する前記空気密度を用いて補正される、
方法。
【請求項２】
密度の低下が温度上昇の結果である場合、音速に対する温度の影響もさらに考慮される、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
関連する環境変数としての前記空気密度は、標準大気の標準密度と比較して減少した空気密度であって、前記運転マネジメントは、前記風力発電設備のための減少した空気密度に基づいて、適応される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記風力発電設備に関連する空気密度を用いて決定された音響放射に基づいて、補正された前記回転速度がさらに適応された回転速度と比較して増加され、または、
補正された前記回転速度は、適応された前記回転速度と比較してさらに増加することなく、前記風力発電設備は、さらに低いかまたは同じままの音響放射を用いて運転される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
適応された前記回転速度は、前記風力発電設備に関連する空気密度、特に、関連する音圧を用いて決定された前記音響放射に基づいて制限される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記運転マネジメントは、回転速度／電力運転特定曲線（ｎ／Ｐ運転特性曲線）を含み、
適応された運転特性曲線は、前記風力発電設備に関連する空気密度に基づいて特定され、出力される電力を生成する前記風力発電設備は、前記運転マネジメントにおいて、適応された前記回転速度／電力運転特定曲線に基づいて調整され、
特定され適応された現在の前記回転速度は、前記運転マネジメントにおいて特定され、そして開ループ制御および／または閉ループ制御によって調整される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記空気密度は、連続的に測定され動的に調整される前記風力発電設備の場所における現在の空気密度、および／または、１度または繰り返し測定され静的に適応された前記風力発電設備の場所における一般的に優勢な空気密度である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記空気密度は、測定された環境値から決定され、前記環境値は、前記風力発電設備に関連する気温も含む、
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記空気密度は、測定された環境値から決定され、前記環境値は、付加的に、気圧および相対湿度または絶対湿度を含む、
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
標準大気における前記風力発電設備の通常の音響放射は、前記ロータの回転速度に対して決定され、
前記通常の音響放射は、前記風力発電設備に関連する空気密度および／または気温を用いて前記ロータの適応された前記回転速度のために、前記風力発電設備の前記音響放射と比較され、
前記風力発電設備の前記ロータの適応された前記回転速度は、前記音響放射に基づいて、補正され、付加的に制限される、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記風力発電設備は、前記風力発電設備が補正された音響放射限界で運転されるように、補正された前記音響放射のための補正された前記回転速度によって運転される、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ロータの回転速度は、最初に、標準大気の所定の標準密度を考慮して調整され、
適応された前記回転速度は、前記風力発電設備に関連する前記空気密度および／または前記気温を考慮して特定され、
適応された前記回転速度は補正され、前記設備は、補正された前記音響放射限界で、補正された前記回転速度によって運転される、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記空気密度は、標準密度と比較して減少される空気密度であって、補正された前記回転速度は、一方で、前記標準大気に対する前記回転速度と比較して増加する回転速度であって、他方で、適応された前記回転速度と比較して、付加的に、前記気温に基づいて、増加および／またはさらに制限される回転速度である、
請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
全負荷運転中に、前記回転速度の閉ループ制御によって、および／または、
部分負荷運転中に、前記発電機を調整することによって、好ましくは、前記発電機ロータの、励起電流を調整することによって、１つ以上のロータブレードおよび／または前記ロータのロータブレード上の１つ以上のフローエレメントを調整することによって、
および／または、前記風力発電設備のナセルの方位角を設定することによって、
出力される前記電力を生成する前記風力発電設備は、適応された前記回転速度（ｎ’）および／または適応され補正された前記回転速度（ｎ＊）を特定することによって調整される、
請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記出力電力、前記空気密度および前記音響放射を特定することにより、部分負荷運転中に、前記回転速度は、前記ロータの部品の取り付け角度、すなわち、ロータブレードのピッチ角度、および／または、設定角度、および／またはロータブレードにおける１つ以上のフローエレメントを制御することによって、影響および／または調整される、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計された操作マネジメントを有する風力発電設備の開ループおよび／または閉ループ制御のための装置であって、
前記運転マネジメントは、回転速度／電力運転特性曲線（ｎ／Ｐ運転特性曲線）を含み、適応された前記運転特性曲線は、前記風力発電設備に関連する空気密度と、適応された前記回転速度／電力運転特性曲線によって出力されるべき電力を生成するための風力発電設備とに基づいて、前記運転マネジメントにおいて設定、特定される、
装置。
【請求項１７】
ロータと、前記ロータを介して駆動され電力を生成する発電機と、請求項１６に記載の開ループおよび／または閉ループ制御のための装置と、
を備えた風力発電設備（１００）。
【請求項１８】
複数の風力発電設備によって生成された電力を供給するために、共通の給電ポイント（１１８）を介して供給ネットワーク（１２０）に接続された複数の風力発電設備（１００）を備えた風力発電所（１１２）であって、少なくとも１つの前記風力発電設備は、請求項１７に記載の風力発電設備である、
風力発電所（１１２）。
【請求項１９】
前記風力発電設備は、前記発電機の励磁電流を調整することによって調整される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記音響放射を決定するために、関連する音圧が決定され、前記風力発電設備は、さらに低いかまたは同じままの関連する音圧を用いて操作される、
請求項４に記載の方法。
【請求項２１】
前記関連する音響放射限界は、関連する音圧限界として付与される、
請求項１１または１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータと電力生成のためにロータを介して駆動される発電機とを有する風力発電設備を運転するための請求項１のプレアンブルに係る方法に関する。その方法では、風力発電設備に関連し、少なくとも風力発電設備に関連する空気密度および発電機ロータ（ロータ）の回転速度を含む環境変数が決定され、発電機によって出力される電力が特定される。その方法では、出力される電力を発生させるための風力発電設備は、運転マネジメントに従って調整される。発電機は、好ましくは、発電機の励磁電流によって調整される。運転マネジメントは、ロータの回転速度と出力される電力との間の関係を示す。
【背景技術】
【０００２】
この場合、運転マネジメントは、風力発電設備に関連する空気密度に基づいて適応される。このような方法は、欧州特許第１ ３６８ ５６６号明細書によってすでに知られている。
さらに、ロータブレードにおける質量フロー密度も考慮に入れるために、風力発電設備の運転時に風力発電設備に関連する空気密度を考慮に入れることが基本的に知られている。
【０００３】
風によって駆動され調整可能なロータブレードを持つロータを有する風力発電設備の場合、独国特許出願公開第１９ ８４４ ２５８号明細書は、電気エネルギーを発生させるために使用されるべきロータに接続された発電機を提供し、発電機は、可変ロータ回転速度で電力を出力することができる。運転マネジメントシステムは、ロータブレード角度を調整することによって、特定の風速範囲内で制御されるように設計されるロータ回転速度を提供する。
【０００４】
１９９１年のNational Academy Pressの記事「風力タービンロータの材料技術の研究ニーズの評価−第６章風力タービンにおける能動制御−風力タービンの制御問題」−９１−１０８ページ（http://www.nap.edu/read/1824/chapter/8＃96）−特に、９６ページ−によれば、ブレード構造の比較的急速な適応の範囲内で適切な開ループ制御で来るべき乱流に対抗するために、ロータブレードにおいて測定されるべき質量フロー密度と圧力とが提供される。
【０００５】
特開２００８−３０９４８８号公報は、バランスのとれた出力を可能にするために、風力密度、風力エネルギー、風の積算風力エネルギーに基づいて、発電機の回転速度を調整する開ループコントローラを提供している。この場合、風力エネルギー密度を検討する際には、空気密度も同時に考慮される。これは、欧州特許発明第２ ２６４ ３１３号明細書においても同様に考慮されており、そこでは、特開２００８−３０９４８８号公報のような質量フローセンサが使用されている。
【０００６】
本ＰＣＴ出願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：国際公開第２０１２／１４９９８４号および国際公開第２０１４／０７８７７３号。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第１ ３６８ ５６６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９ ８４４ ２５８号明細書
【特許文献３】特開２００８−３０９４８８号公報
【特許文献４】欧州特許第２ ２６４ ３１３号明細書
【特許文献５】国際公開第２０１２／１４９９８４号
【特許文献６】国際公開第２０１４／０７８７７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
風力発電設備のための電力計算は、現在、標準大気の仮定を実行する。この場合、空気密度ρ＿Ｌｕｆｔに使用される標準密度ρ＿ｎｏｒｍは、ρ＿ｎｏｒｍ＝１．２２５ｋｇ／ｍ３であって、すなわち、国際標準大気（ＩＳＡ）に関する国際民間航空機関（ＩＣＡＯ）の規則に従っている。したがって、風力発電設備は、ＩＥＣ（International Engineering Code）に従って、所定の温度範囲に従って設計される。欧州特許第１９１８ ５８１号明細書は、例えば、寒冷な気候条件下で環境の温度および圧力を測定することによって決定されるべき空気密度を提供しており、これは、風力発電設備に作用する負荷を減らすために使用することができる。
【０００９】
しかし、標高の高い場所や平均気温が上昇している場所では、これらの仮定は、もはや正確ではなく、少なくとも定量的には正しくない。標高の高い場所では、使用される標準密度ρ_normに基づいて設計条件の最大約２０％の小さい値への密度のかなり深刻な偏差が生じる可能性があり、したがって、通常の手順も基本的に深刻な偏差の場合には疑問である。
【００１０】
以下は、風力発電に適用される。
【００１１】
【数１】
0006909292.tif 000002
【００１２】
この場合、Ａは、流れがある面積を表し、ηは、発電機効率を表し、ｃｐは、電力係数を表す。電力係数は、以下では、一定であると仮定されている。電力Ｐおよび式の他の変数が一定に保たれる場合、ブレード先端速度について以下が続く。
【００１３】
【数２】
0006909292.tif 000003
【００１４】
ブレード先端速度ｖ＿ｔｉｐは、密度ρの３乗根に反比例し、他の変数が一定であれば、電力は、密度ρに正比例する。
これは、冒頭で引用された欧州特許第１ ３６８ ５６６号明細書において、出願人によって既に具体的に識別されている。従来技術とは異なり、上記文献は、風力発電設備の開ループ制御装置に格納されるべき電力特性曲線を明示的に提供し、この電力特性曲線は、風力発電設備の開ループコントローラが、風速に依存する決定されたロータ回転速度から関連する発電機電力を決定することを可能にする。風の中のエネルギー量が小さすぎる場合、発電機のロータは生成された発電機トルクを適用することができず、したがって、過度に高い発電機トルクのためにロータ回転速度が低下する可能性があることが判明した。解決策として、欧州特許第１３６８ ５６６号明細書は、海面より上の風力発電設備の設置位置の高度の考慮が、電力特性曲線におけるより低い空気密度を考慮に入れることを提案する。結果として、ロータ回転速度に関連し、従って決定された先端速度比、そして風力発電設備によって発生されるべき電力は、それに応じて適応、すなわち、減少させることができ、その結果、開ループコントローラによって設定される励磁電流の結果として、発電機トルクが生じ、ロータを介して提供されるトルクを超えない。これにより、電力特性曲線を介して規定された効率が維持され、最大のエネルギーを風から取り出すことができるようになる。
【００１５】
これは根本的に有利であり得るが、それにもかかわらず、風力発電設備の年間エネルギー生産（ＡＥＰ）を最適化することが同様に適切であることが証明されている。これは、特に、利用可能な風力が低いという理由で、より低い空気密度の上述の場合に当てはまり、−特に、風力発電設備とその環境に対する不利な影響なしで、そのようなより低い利用可能な風力を補償することが望ましい。
【００１６】
本発明は、このポイントにおいて始まり、その目的は、ロータと、電力を生成するためにロータを介して駆動される発電機とを有する風力発電設備を動作させる方法および装置、対応する風力発電設備を特定することである。本発明は、上述した問題の少なくとも１つを排除または軽減するという目的に基づいている。特に、その意図は、風力発電設備に関連する空気密度を考慮に入れて、結果として得られるより低い利用可能な風力を、特に、信頼性のあるおよび／または改善された方法で補償することである。
【００１７】
特に、開ループおよび／または閉ループ制御のためのそのような方法または対応する装置または対応する風力発電設備の場合、本発明の目的は、発電機によって出力される電力を最適化することができるように、通常の条件と比較して、風力発電設備に関連するより低い空気密度に基づいて、特に改善された運転マネジメントを適合させることである。
これは、風力発電設備のＡＥＰ（年次エネルギー生産）の増加という意味で理解されるべきであり、その場合、環境への影響および／または風力発電設備への過度の負荷は、それにもかかわらず、好ましくはそれ以下に維持されるべきである。特に、本発明の目的は、風力発電設備の開ループおよび／または閉ループ制御のための対応する装置を特定すること、およびこの問題を考慮に入れる対応する風力発電設備を特定することである。
【００１８】
本発明の目的は、請求項１の方法を持つ発明によって達成される。
請求項１のプレアンブルに従って冒頭で述べたタイプの方法に基づいて、本発明はまた、以下を提供する。
−適応された前記運転マネジメントを用いて、したがって、風力発電設備に関連する空気密度を用いて特定されるために出力される電力を生成するための風力発電設備のロータの適応された回転速度であって、出力される最適化された電力を生成するために、適応された回転速度は、減少した空気密度のために増加した回転速度であること、
本発明の第２の変形例によれば、この第１の変形例の代替あるいはそれに加えて、
−風力発電設備の音響放射は、ロータの特定された回転速度または、適応された回転速度のために、風力発電設備に関連する空気密度を用いて決定され、
−特定された回転速度（代替の場合）または適応された回転速度（付加的な測定の場合）は、補正されることも好ましい。
【００１９】
特定された回転速度（代替の場合）または増加した回転速度（付加的な測定の場合）は、制限されることが好ましい。補正は、風力発電設備に関連する空気密度を用いて、決定された音響放射に基づいて実行されることが好ましい。
第１の変形例に関して、本発明は、風力発電設備に関連する空気密度に基づいて運転マネジメントを適応させることができるという考察に基づいている。本発明の概念によれば、これは、発電機によって出力されるべき、好ましくは最適化された電力を発生させる目的のために選択されるロータの適応された回転速度をもたらすべきである。風力発電設備に関連する比較的低い空気密度の場合、これは、適応された回転速度が標準大気の標準密度に関する（公称）回転速度と比較して増加することを意味する。
【００２０】
第２の変形例に関して、本発明はまた、ロータの回転速度のために、または風力発電設備のロータの適応された回転速度の測定によって、風力発電設備の音響放射が、特定された回転速度または適応されたロータの回転速度にも影響することが確認された。本発明は、代替的にまたは付加的に、風力発電設備に関連する空気密度を用いて特定のまたは適応されたロータの回転速度、および風力発電設備に関連する空気密度を用いて決定される音響放射に基づいて補正されるべき特定されたまたは適応された回転速度のために、決定されるべき風力発電設備の音響放射を提供する。
【００２１】
言い換えると、第２の変形例に関しては、例えば、本発明に係る運転マネジメントは、風力発電設備のロータによって引き起こされる音圧、従って、ロータの音響放射または風力発電設備の実質的に関連のある音響放射が、同じ設備出力に対して、適応された回転速度およびより低い空気密度、すなわち、これに関して最適化される出力されるべき電力の場合において、標準大気の標準条件下よりも低くなることを可能にする。
【００２２】
本発明に係る概念は、例を用いて以下でより具体的に説明される。すなわち、同じ設備電力に対して、すなわち、第１の変形例に係る本発明によって識別されるように、減少した空気密度に対しておそらく増加した流入速度があり、その結果、本発明によって識別されるように、回転速度を用いて先端速度比を一定に保つために、運転特性曲線における回転速度および／または所望の回転速度を適合させることができる。詳細な説明において詳細に説明されるように、これは、例えば、以下のように回転速度を適合させることを可能にしてもよい。
【００２３】
【数３】
0006909292.tif 000004
【００２４】
この場合、ρｎｏｒｍは、標準密度、またはＩＳＡに従って「標準化された」密度であって、その運転特性曲線は、例えば、通常はＩＥＣに従って設計されたものであり、ｎｋｏｒｒは、運転特性曲線で最初に定義された回転速度ｎと比較した適応された回転速度である。出力される最適化された電力を生成するために、本発明に係る第１の変形例の概念に従って適応された回転速度は、減少した空気密度のための増加した回転速度である。
【００２５】
追加または代替として、
第２の変形例によれば、風力発電設備によって引き起こされる音圧が最大限に一定に保たれるように回転速度を補正することも可能である。これにより、同じ音圧に対して密度に応じて回転速度が変化する可能性があり、例えば、以下のような依存関係がある。
【００２６】
【数４】
0006909292.tif 000005
【００２７】
したがって、特定された回転速度または適応された回転速度と比較してさらに増加した回転速度、すなわち、おそらくは第１の変形例によるより低い空気密度のための増加した回転速度でさえ、ロータの音響放射を増加させることなく、式（Ｉ）に従って適応された上記回転速度と比較した補正された回転速度として使用される。
全体として、したがって、本発明は、風力発電設備に関連する空気密度を用いて、ロータの適応された回転速度を特定する目的のために、（例えば、式（ＩＩ）に従って）回転速度を適応させるまたは（例えば、式（Ｉ）に従って）適応された回転速度を（例えば、式（ＩＩ）に従って）さらに補正するために使用される重要なまたはさらに重要な補正パラメータとして含まれるべきである。第２の変形例のこれらの測定は、関連する音響放射を決定する目的で、風力発電設備に関連する空気密度を用いて同様に有利に実行される。
【００２８】
必要であれば、これにより、上述の方法で補正するという意味で、回転速度がさらに上昇する可能性がある。しかしながら、それはまた、限界、特に、適応された回転速度の上限をもたらす可能性があり、後者の代替案は、特定の特定された音響放射を保証することを可能にする。
特に、風力発電設備によって出力される電力、すなわち簡潔かつ簡単に言えば、「音響放射限界の境界条件の下での電力最適化」を最適化するために、本発明に係る概念は、以下の通りであることが証明されるが、風力発電設備の音響放射は、特定の適応されたロータの回転速度に対しても限界内に留まるため、いずれにしても、環境に対して全体的に無害な電力最適化として、従来の電力最適化と比較して改善される。
【００２９】
問題の範囲内で、本発明はまた、請求項１５に記載の装置、請求項１６に記載の風力発電設備、および請求項１７に記載の風力発電所を引用する。
結果として、第１の変形例の範囲内において、本発明の概念は、有利なことに、変更された運転マネジメントを用いることによって、好ましくは、変更された運転特性曲線によって、より密度の低い場所での風力発電設備における年間エネルギー生産に従うことを可能にする。より低い利用可能な風力を補うために、本発明の概念は、特に、より高い公称回転速度で運転される設備を提供する。
【００３０】
これはまた、第２の変形例において本発明によって識別されるように、より高いまたは最大のブレード先端速度をもたらすことができるため、ロータから増大した音圧が期待される。他方で、同様に、本発明によって識別されるように、密度と温度も音圧に影響する。本発明は、ロータブレードの音響に対する密度および音速の環境パラメータの深刻な影響、したがって風力発電設備の関連する音響放射を初めて識別した。
【００３１】
例えば、密度が約２０％減少すると、ロータの音圧が約２ｄＢ低くなることが明らかになった。より高い回転速度のために期待されるレベルとより低い密度のために減少することとの理論的比較は、同じ出力、より低い密度および増加された回転速度に対して、風力発電設備はより静かになる傾向がある、すなわち、それはより低い放音を有する、またはそうでなければ回転速度はさらに増加され得る、ことを示す。これは、発電機の効率を高めるだろう。
【００３２】
本発明の有利な発展は、従属請求項から集められ、そして問題の範囲内でそしてさらなる利点に関して上に説明された概念を実行するための有利な可能性が具体的に特定される。
適応は、例えば、計測学によって直接決定され、音響放射を表す少なくとも１つの変数に基づいて、所望の回転速度について実行され得る。
音響放射を表す少なくとも１つの変数は、例えば、音圧および／または音圧レベルおよび／または音響パワーレベルおよび／または音周波数および／または聴感に適合した音圧、特に、ロータや風力発電設備の特定の周波数査定音圧であってもよい。
【００３３】
関連する環境変数としての空気密度が、標準大気の標準密度と比較して減少した空気密度である場合には、１つの発展形態は、風力発電設備のための減少した空気密度に基づいて適応されるべき運転マネジメントを有利に提供する。上記で説明したように、これは、特に、例えば高地での風力発電設備で生じるように、より低い密度を有する場所での風力発電設備において当てはまる。
【００３４】
（例えば、（Ｉ）を考慮し、次に（ＩＩ）を考慮して）開発としての好ましい第１の変形例の範囲内で、
−風力発電設備に関連する空気密度を用いて決定された音響放射に基づいて適応された回転速度と比較して、さらに増加されるべき補正された回転速度、または、
−適応された回転速度と比較して補正された回転速度はさらに増加せず、風力発電設備は、さらに低いまたは同じままの音響放射で運転される。上述したように、この開発は、回転速度の増加に対して基本的に予想されることができるロータの、従って実質的に風力発電設備の、音響放射でさえ、それらがさらなる回転速度の増加を可能にするという知識に基づいて行われる。
【００３５】
開発として好ましい第２の変形の範囲内で、風力発電設備に関連する空気密度を使用して決定された音響放射に基づいて実行される補正され適応された回転速度を代替的に実行することの実施もまた、本発明の概念の範囲内である（例えば、（ＩＩ）の考慮のみ）。この規定は、風力発電設備の運転マネジメントが音響放射のみに向けられている限り、一般的に可能である。
【００３６】
発展形態としてのこの第２の変形例の範囲内で、本発明は請求項１のプレアンブルから始めて、以下のステップを代替的に有する方法を提供する。
−風力発電設備の音響放射は、風力発電設備に関連する空気密度を用いて、ロータの特定された適応された回転速度に対して決定され、
−風力発電設備に関連する空気密度を用いて決定された音響放射に基づいて、回転速度が補正される。
【００３７】
しかしながら、これは、可能であれば、ロータの回転速度と出力される電力との間の関係を示す運転マネジメントに従って出力されるべき電力が保証されるという検証された仮定の下で有利に実行される。
さらに、両方の変形例について、有利なことに、以下のものを提供される。
−回転速度／電力運転特性曲線（ｎ／Ｐ運転特性曲線）を含む運転マネジメント、
−風力発電設備に関連する空気密度に基づいて適応された運転特性曲線が特定され、出力されるべき電力を生成するための風力発電設備が運転マネジメントにおいて適応されたｎ／Ｐ運転特性曲線によって調整され、
−特定され適応された現在の回転速度は、運転マネジメントにおいて特定れ、次いで、開ループ制御および／または閉ループ制御によって調整される。
【００３８】
空気密度は、連続的に測定され、次いで動的に適応される風力発電設備の場所における現在の空気密度であってもよい。追加的または代替的に、空気密度は、１回または繰り返し測定され、次いで静的に適応される風力発電設備の場所における一般的に優勢な空気密度であってもよい。
空気密度は、測定された環境値から決定される。環境値はまた、風力発電設備に関連する気温を含むことが好ましい。空気密度はまた、さらなる測定された環境値から決定されてもよく、さらなる環境値はまた、空気圧および相対湿度または絶対湿度を任意に含む。
【００３９】
特に好ましい発展の範囲内では、特に好ましい発展のために、本発明の概念の意味において、気温を関連する環境変数として使用することができることもまた明らかとなる。高所のある場所、例えば、Tchamma、Chileでは、同じ音速で密度が低下する。他の場所では、環境温度が上昇するため、密度が低下する可能性がある。後者の場合、音速も温度の関数として変化する。
【００４０】
【数５】
0006909292.tif 000006
【００４１】
ここで、等エントロピー成分κと空気の比ガス定数Ｒは、一定と見なすことができ、密度も同様に、温度とともに変化する。
したがって、標準大気中での風力発電設備の通常の音響放射がロータの回転速度について決定され、通常の音響放射が、風力発電設備に関連する空気密度および／または空気温度を使用するロータの適応された回転速度についての風力発電設備の音響放射と比較されることが特に好ましく、
−風力発電設備のロータの適応された回転速度が補正され付加的に制限される。
【００４２】
特に、回転速度の以前の密度依存補正に対する追加としてまたは代替としてのいずれかにおいて、風力発電設備は、補正された音響放射限界で運転されるように、補正された音響放射のための補正された回転速度によって運転される。この点において、特に、この点に関して例として引用されている図３による例示的な実施形態が参照される。
特に好ましい一実施形態の範囲内で、好ましい手順は、具体的には以下のように提供される。
−ロータの回転速度は、最初に標準大気の所定の標準密度を考慮して調整され、
−風力発電設備に関連する空気密度および／または気温を考慮して適応された回転速度が特定され、
−次に、適応された回転速度が補正され、設備は、補正された音響放射限界で補正された回転速度によって操作される。
【００４３】
既に前述したさらなる特に好ましい実施形態の範囲内において、空気密度が標準密度と比較して減少した空気密度であって、補正された回転速度が標準大気の回転速度と比較して増加した回転速度である場合には、本発明の概念は、有利であることが証明されている。この増加した回転速度は、適応した回転速度と比較してさらに増加または制限することができる。本発明の概念はまた、空気密度が標準密度と比較して増加した空気密度であって、補正された回転速度が標準大気の回転速度と比較して減少した回転速度である場合にも有利であることが分かった。この減少した回転速度は、適応した回転速度と比較して減少させるか、あるいはさらに制限される。
【００４４】
最初に実行されるべき回転速度の適応、およびその後の回転速度の補正または制限−増加または減少という意味で−は、空気温度の依存性を考慮に入れることも任意に可能にする。
したがって、この発展の範囲内において、風力発電装置のロータの回転速度は、風力発電設備に関連する低減された空気密度を使用して、空気温度および／または空気密度に基づいて、開ループ制御および／または閉ループ制御で増加させることができる。例えば、年間エネルギー生産量（ＡＥＰ）に従って、例えば、電力を有利に増加させることができ、または出力されるべき保証電力を保証することができる。
【００４５】
よって、この手順を実行するために、すなわち、空気密度が音響放射に関連する大きさを下回るかどうか、すなわち、まず最初に、空気密度が（ＩＣＡＯの規定に従ってＩＳＡによって）標準密度を下回るかどうかが最初に決定されるように決定され、もしそうであれば、所望の回転速度が最大許容音響放射値に関して適応されるように、所望の回転速度を適合させるために補正される。
【００４６】
風力発電設備は、発電機を調整することにより、好ましくは発電機回転子の励磁電流を調整することにより、１または複数のロータブレードおよび／またはロータブレード上の１または複数のフロー要素を調整することにより、風力発電設備のナセルの方位角位置を設定することにより、出力されるべき電力を生成するように全体的に有利に調整される。
回転速度は、出力される電力、空気密度および音響放射、特に、音響放射を表す音圧Ｓに対する１つまたは複数の関連する音圧レベルＳＰＬを特定することにより、ロータ上の構成要素の設定角度、特に、ロータブレードのピッチ角度、および／またはロータのブレード上のピッチ角度および／またはロータブレード上の１または複数のフロー要素を制御することによって、影響および／または調整される、ことも有利であることが証明された。
【００４７】
本発明の実施形態は、以下、図面を用いて説明される。図面は、必ずしも縮尺通りの態様で実施形態を表すことを意図したものではなく、むしろ説明の便宜上、図面は概略的および／またはわずかに歪んだ形である。図面から直接見分けることができる教示の追加に関しては、関連する先行技術が参照される。この場合、本発明の一般的な概念から逸脱することなく、実施形態の形態および詳細に関する様々な修正および変更を行うことができることを考慮に入れるべきである。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に開示されている本発明の特徴は、個々にも任意の所望の組み合わせでも、本発明の発展に不可欠であり得る。さらに、明細書、図面および／または特許請求の範囲に開示された特徴のうちの少なくとも２つの全ての組み合わせは、本発明の範囲内に含まれる。本発明の一般的な概念は、以下に記載され示される好ましい実施形態の正確な形態または詳細に限定されず、または、特許請求の範囲で請求される主題と比較して限定される主題に限定されない。寸法範囲が示されている場合には、記載された限界内にある値はまた、限界値として開示され、そしていかなる方法でも使用され請求され得ることが意図される。簡単にするために、同一または類似の部品、または同一または類似の機能を有する部品には同一の参照符号を使用する。
【００４８】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、以下の好ましい実施形態の説明から、また図面に基づいて明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】好ましい一実施形態に係るタワーとナセルとを備えた風力発電設備を示す図。
【図２】例として、好ましい一実施形態に係る３つの風力発電設備を有する風力発電所を示す図。
【図３】補正された音響放射限界における補正された回転速度の手段によって適応回転速度が補正されて設備が運転される方法の好ましい一実施形態を説明するための、基準音圧に対する音圧レベル等高線（ｄＢ内のＳＰＬ）を有する標準化された回転速度／密度のグラフを示す。
【図４】例えば（ＩＩ）を考慮して、風力発電設備の音響放射に対する関連する音圧に関する等高線、および、例えば（Ｉ）を考慮して、風力発電設備の運転中の境界条件として電力に関する等高線を有する標準化された回転速度／密度のグラフを示す図。
【図５Ａ】全負荷の下で風力発電設備を動作させるときに、音圧Ｓと電力Ｐとの任意の境界条件を用いて回転速度を補正するための閉ループ制御回路を示す図。
【図５Ｂ】部分負荷の下で風力発電設備を動作させるときに音速Ｓと電力Ｐとの任意の境界条件を用いて回転速度を補正するための閉ループ制御回路を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、タワー１０２、ナセル１０４を有する風力発電設備１００を示す。３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６とスピナ１１０とは、ナセル１０４に設けられている。ロータ１０６は、運転時に、風によって回転運動するように設定され、それにより、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
図２は、例えば、同一であっても異なっていてもよい３つの風力発電設備１００を有する風力発電所１１２を示す。したがって、３つの風力発電設備１００は、基本的に、風力発電所１１２内の任意の所望の数の風力発電設備を表す。風力発電設備１００は、特に、発電所ネットワーク１１４を介して、それらの電力、特に、生成された電流を供給する。この場合、個々の風力発電設備１００によってそれぞれ生成された電流または電力が加算され、通常、変圧器１１６が設けられ、その変圧器は、次に、一般にＰＣＣとも呼ばれる給電ポイント１１８において、供給ネットワーク１２０に供給するために発電所の電圧を昇圧する。図２は、開ループコントローラを有する風力発電所１１２の簡略図にすぎない。発電所ネットワーク１１４はまた、例えば、それぞれの風力発電設備１００の出力にも存在する変圧器によって、例えば、他の１つの例示的な実施形態とだけ異なるように、異なるように構成することもできる。
【００５１】
図１の風力発電設備、または図２に係る風力発電所内の任意の風力発電設備、または図２に係る風力発電所は、本ケースでは、閉ループコントローラ２２０を持つ運転マネジメントの一部として、開ループおよび／または閉ループ制御（開ループおよび閉ループ制御装置２００）のための装置２００を持って設置されている。これらの閉ループコントローラ２２０は、例えば、風力発電装置１００のロータブレード、発電機およびナセル用の対応するアクチュエータ３０１，３０２，３０３を有する作動装置３００を制御する。
【００５２】
図１および図２によれば、開ループおよび閉ループ制御装置２００は、信号ライン２３１を介してセンサシステム２３０から測定情報を受信し、その情報は、開ループおよび閉ループ制御装置２００の測定モジュール２１０へ渡される。
この測定モジュール２１０は、密度を決定する第１決定ユニット２１１と、風力発電設備のロータの回転速度を決定する第２決定ユニット２１２とを有している。
【００５３】
パイロット制御ユニット２２１、例えば、１または複数の記憶された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）を有する計算ユニットなどもまた、閉ループコントローラ２２０の一部として設けられており、密度適応運転特性曲線Ｒ（ｎ’）および／またはさらに補正された回転速度ｎ＊、この場合、計算された音圧Ｓに対応する運転特性曲線Ｒ（ｎ＊）にも従って、適応された回転速度ｎ’を特定することができる。
【００５４】
このようにして適応および／または補正された回転速度ｎ’，ｎ＊、すなわちパイロット制御ユニット２２１に従って適応され、かつ音に従ってさらにまたは代わりに（好ましくはさらに）補正された回転速度ｎ’、回転速度ｎ＊を形成するための圧力Ｓおよび／または密度適合電力Ｐは、さらなる信号線２３２を介して、風力発電装置１００および後者の対応する作動装置３００に送ることができる。その結果、回転数ｎ＊は、密度適応出力および音圧Ｓを考慮して、出力が最適化されるようにさらに適応させることができる。
【００５５】
冒頭で述べたように、風力発電設備のための電力計算は、現在、標準大気を仮定して、
実行される。この場合、空気密度ρ＿Ｌｕｆｔに使用される標準密度ρ＿ｎｏｒｍは、ρ＿ｎｏｒｍ＝１．２２５ｋｇ／ｍ３である。標高が高い場所や平均気温が上昇している場所では、この仮定は、もはや定量的に正しくないが、使用された標準密度ρ＿ｎｏｒｍに基づく設計条件の最大約２０％小さい値への密度の偏差が、完全に生じてもよい。
【００５６】
従来技術とは対照的に、本発明は、より低い密度に対しても保証されるべき風力発電設備の対応する比出力を提供する、すなわち、他の点では同じである風速および最初は同じである回転速度について、より低い密度は増加した回転速度によって補償される。そして、風力発電設備は、所望の回転速度ｎ＿ｓｏｌｌよりも大きい回転速度で運転される。より高い回転速度の結果として、最終的にはＡＥＰ（年間エネルギー生産）の値の増加も期待される。したがって、風力発電設備は、ＩＥＣ（国際技術基準）に従って、所定の温度範囲に従って設計されている。
【００５７】
同時に、回転速度の増加は、風力発電設備の音響放射の増加をもたらすことにも留意すべきである。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、適応された運転マネジメントでは、結果的に、好ましい一実施形態の範囲内の両方の要因、すなわち電力Ｐおよび音圧Ｓが考慮される。
理論的推定に基づいて、運転特性曲線Ｒ（ｎ）の回転速度ｎ、公称回転速度および風力発電設備の所望の回転速度を、一定の電力および場合によっては一定またはほぼ同一の音圧Ｓと仮定して適合させることが可能である。一定の出力Ｐに対して、回転速度補正、すなわち、第１の変形による本発明によって識別されるような補正は、以下を用いて、ｎ’＝ｎ＿ｋｏｒｒに従って実行される。
【００５８】
【数６】
0006909292.tif 000007
【００５９】
この場合、回転速度ｎ＿ｎｏｒｍは、運転特性曲線に対応する回転速度に関連する。
結果として生じる音圧Ｓが変化しないと仮定されるなら、回転速度はまた、以下を使用して、ｎ＊＝ｎ＿ｋｏｒｒに従って（本発明の第２の変形例に従って）補正されてもよい。
【００６０】
【数７】
0006909292.tif 000008
【００６１】
第１の補正と比較して、保証された音圧Ｓに関して回転速度をわずかに増加させることさえ可能である。これは、発電機の効率を増加させるであろう。
図３は、この点について、標準密度ρ＿ｎｏｒｍに対して標準化された密度ρ＿ｑｕｅｒに対する公称回転数ｎ＿ｎｅｎｎに対して標準化された回転数ｎ＿ｑｕｅｒに関する等高線プロットＫを示している。標準化密度ρ＿ｑｕｅｒは、Ｘ軸上に見られ、標準化回転速度ｎ＿ｑｕｅｒは、Ｙ軸上に見られ、両方とも基準変数ｎ＿ｎｅｎｎおよびρ＿ｎｏｒｍに標準化されている。輪郭は、保証された音圧Ｓ（ここでは、例えば、音圧レベルＳＰＬまたは音パワーレベルに対する決定的な値）からの偏差に対応する。基準密度（１．２２５ｋｇ／ｍ３）未満の密度の領域では、見られるように、すなわち０ｄＢの等高線に沿って、ｎ＞ｎ＿ｎｅｎｎの回転速度を使用することができ、すなわち、適応された回転速度が補正され、装置は、補正された音響放射限界における補正された回転速度によって（例えば、割り当てられた音圧レベルＳＰＬによって、音圧Ｓに関する仕様に従って）操作される。言い換えれば、したがって、設置−おそらく音圧Ｓに対して単独で、または電力Ｐに対して組み合わせて−は、閉ループ制御、すなわち予想される音響放射に関して制御される。この場合、音パワーレベルまたは音圧レベルＳＰＬは、例えば、密度ρおよび回転速度ｎを同時に捕捉することによってほぼ決定される。そのような閉ループ制御は、より低い密度の空気（より暖かい空気および／または海抜の高い高度）を用いて、特定の場所で増加したＡＥＰ（年間エネルギー生産）を達成することを可能にする。
【００６２】
すなわち、サイト特有のパラメータ（サイトの高度、温度）のためにかなり低い密度の場合、予想される音圧Ｓは低下する。 本発明によれば、１または複数の記憶された適応された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）に従って、補正が可能であり、それが提供される。
より低い密度が温度の上昇の結果である場合、音速ｃ０に対する温度Ｔの影響もまた、この特に好ましい実施形態においてさらに考慮されるであろう。音速を上げるとマッハ数が下がるため、音圧レベルＳＰＬをさらにわずかに下げることが期待される。予想される減少した音圧Ｓは、公称回転速度を適合させるために使用される。その結果、音圧が再び上昇する。しかしながら、単純化された仮定の下では、回転速度の増加による音圧Ｓの増加は、より低い密度による減少よりも小さいと推定される。
【００６３】
具体的には：
標高の高い場所、例えば、Tchamma、Chileでは、同じ音速で密度が低下する。他の場所では、環境温度が上昇するために密度が低下する可能性がある。後者の場合、音速ｃ０も、温度の関数として変化する。
【００６４】
【数８】
0006909292.tif 000009
【００６５】
ここで、等エントロピー指数κと空気の比ガス定数Ｒとは、一定であると見なされる。密度も同様に、温度とともに変化する。
物体周りの乱流の場合には、音の発生は、出版物“ Ｍ．J．Lighthill、「空力的に発生する音について」一般理論、Ｐｒｏｃ．Ｒ．Ｓｏｃ。Ｌｏｎｄｏｎ、ｖｏｌ．２１１、Ｎｏ．１１０７、ｐｐ．５６４−５８７，１９５１年”において説明されている。非圧縮性フローの単純化された仮定の下では、音圧と密度の間に線形関係がある。
【００６６】
出版物“Ｆｆｏｗｃｓ−Ｗｉｌｌｉａｍｓ Ｈａｌｌ ｉｎ Ｊ.Ｅ．Ｆｆｏｗｃｓ Ｗｉｌｌｉａｍｓ ａｎｄＬ.Ｈ.Ｈａｌｌ”によれば、“散乱半平面近傍の乱流による空力音の発生”、ＪＦｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ、ｖｏｌ．４０、ｐｐ．６５７−６７０、１９７０年”によれば、後ろエッジのノイズは、以下の式を介して、密度と音速に関係している。
【００６７】
【数９】
0006909292.tif 000010
【００６８】
出版物「Ａｍｉｅｔ ｅｔ ａｌ．Ｊの音Ｖｉｂ．ｖｏｌ．４１、Ｎｏ４、４０７〜４２０頁（１９７５年）によれば、同様の比例関係も期待される。
その結果、音圧（ＳＰＬ−音圧レベル）は、密度の変化の場合、単純なスケーリング則を使用して計算されることが提案され、それは乱流ノイズ（吸込み側と加圧側のコンポーネント、およびデタッチメントによる寄与による）に対する密度ρの影響の測定によって確認される。
【００６９】
【数１０】
0006909292.tif 000011
【００７０】
同様のスケーリングは、異なる音速またはマッハ数にも適用され、これは、異なる雑音メカニズムに対する音速ｃ０の変化の影響を使用して同様に検証される。
【００７１】
【数１１】
0006909292.tif 000012
【００７２】
この場合、下付き文字ｎは、適応された環境変数に関するものであり、ｒｅｆは、標準大気に係る変数に関するものである。
一方では、以下が、風力発電に適用される。
【００７３】
【数１２】
0006909292.tif 000013
【００７４】
この場合、Ａは流れがあるエリアを表し、ηは発電機効率を表し、ｃｐは電力係数を表す。以下では、電力係数は一定であると仮定されている。電力が一定に保たれると、ブレード先端速度ｖ＿ｔｉｐについて以下の結果が得られる。
【００７５】
【数１３】
0006909292.tif 000014
【００７６】
よって、電力は、空気密度に比例して減少する。
一方、音速ｃ０を一定と仮定すると、以下は、関係式(６)を使用するマッハ数を適用する。
【００７７】
【数１４】
0006909292.tif 000015
【００７８】
音圧Ｓ（公式のｐ’）は、密度およびマッハ数を用いて、以下のようにスケーリングされる。
【００７９】
【数１５】
0006909292.tif 000016
【００８０】
関係式（７）が（８）に挿入されると、適応される回転速度に対する音圧Ｓ（式中のｐ’）について、以下の結果が得られる。
【００８１】
【数１６】
0006909292.tif 000017
【００８２】
同じ設備電力、適応された回転速度およびより低い密度では、それ故に、音圧Ｓは、標準的な条件下よりも小さくあるべきである。
よって、図４に示されているように、したがって、一方では、次のことが当てはまる：同じ電力の場合、空気密度ρが減少すると流入速度が増加する。そして、回転速度を用いて先端速度比を一定に保つために、運転特性曲線における回転速度および所望の回転速度を、以下の関係に従って適合させることができる。
【００８３】
【数１７】
0006909292.tif 000018
【００８４】
この場合、ρｎｏｒｍは、最初に運転特性曲線が設計された標準密度であって、n＿ｋｏｒｒは、最初に運転特性曲線で定義された回転速度ｎと比較した補正回転速度ｎ’である。
追加または代替として、音圧Ｓ（式中のｐ’）が一定のままであるように、回転速度を適応させることもできる。式（８）に従って、音圧（式中のｐ’）は、密度とマッハ速度またはブレード先端速度に依存する。
【００８５】
【数１８】
0006909292.tif 000019
【００８６】
これより、同じ音圧Ｓに対して、同様に、図４に示すように、以下を用いて、回転速度は、密度に応じて変化する。
【００８７】
【数１９】
0006909292.tif 000020
【００８８】
したがって、式（１２）によれば、式（１０）と比較してわずかに高い回転速度ｎ＊さえも使用することができる。
図５Ａは、一例として、図１または図２による電力を発生するために、全負荷下での動作について説明された閉ループ制御の範囲内で、ロータおよびロータを介して駆動される発電機を有する風力発電設備を動作させる方法を含む。全負荷運転は、公称風速を実質的に上回る風力発電設備の運転に関する。公称電力は、通常、風速が公称風速に達したとき、達することができる。この方法では、修正パイロット制御Ｉが、測定モジュール２１０によって第１のステップで実施される。このパイロット制御Ｉの範囲内で、風力発電設備に関連し、少なくとも風力発電設備に対する空気密度を含む環境変数Ｍが決定される。本ケースでは、図５Ａの実施形態における測定モジュール２１０の一部としての修正パイロット制御において、密度ρ＿Ｌｕｆｔは、まず、空気圧ｐ＿Ｌｕｆｔ、温度Ｔ＿Ｌｕｆｔ、および場合によっては、相対湿度φ＿Ｌｕｆｔを同時に測定することによって決定される。捕捉された値は、具体的には、図５Ａに示すパイロット制御ユニット２２１を使用して、例えば、記憶された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）を有する計算ユニットなどを使用して、設備回転速度ｎのパイロット制御および／または閉ループ制御に直接使用される。測定値の高周波変動を抑えるために、測定値は、スライディング平均等を用いてフィルタリングされる（図示せず）。設備開ループ制御も、それに応じて適応される。設備値Ａとして、ｎ＿ＩＳＴとしてのロータの回転速度ｎと、出力されるべき電力Ｐ＿ＳＯＬＬと、発電機の音圧Ｓと、場合によっては電力限界Ｌｐ＿ｍａｘとが特定される。
【００８９】
風力発電設備、特に発電機、すなわちここでは発電機の励磁電流は、ロータの回転速度と電力との間の関係を示す運転マネジメントに従って出力されるべき電力を発生させる目的で特定され、この場合、これは、測定モジュール２１０に割り当てられたパイロット制御Ｉの一部として図３に記載された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）または輪郭Ｋを含む。この場合、運転マネジメントは、風力発電設備に関連する空気密度ρ＿Ｌｕｆｔに基づいて適応される。
【００９０】
図５Ａの実施形態に係る方法を実行するための全負荷範囲内の後続の閉ループ制御回路ＩＩ、または図５Ｂの実施形態に係る方法を実行するための部分負荷範囲内の後続の閉ループ制御回路ＩＩＩの目的は、利用可能な空気密度ρ＿Ｌｕｆｔに基づいて、補正された回転速度ｎ＝＞ｎ＿ｋｏｒｒ＝ｎ’またはｎ＿ｋｏｒｒ＝ｎ＊を考慮して、運転マネジメントの自動適応である。ロータ上の最適な空気力学的流入条件は、とりわけ、現在の空気密度ρ＿Ｌｕｆｔを含み、最大の音響放射を観察しながら予測される生産を確実にすることによっても達成できることが好ましい。結果として、（保証されている出力電力から始まる−部分負荷運転中のＰ＿ＳＯＬＬまたは全負荷運転中の公称電力）および上限音圧Ｓ（例えば、指定された音圧Ｓから始まる、場合によっては特に、発電機の電力限界（Ｌｐ＿ｍａｘ）を満たすことができる。
【００９１】
全体として、低い現在の空気密度ρ＿Ｌｕｆｔに対して、海上の風力発電設備１００の設置高度が高い場合には、より低い密度への密度の決定的な変化を考慮に入れない操作方法と比較して、増加した設備回転速度ｎ＝＞ｎ＿ｋｏｒｒ（ｎ’またはｎ＿ｋｏｒｒ＝ｎ＊）を使用すると、最終的に年間エネルギー生産ＡＥＰの増加も期待できる。
この場合、出力される電力を生成する風力発電設備のロータの適応された回転速度ｎ’，ｎ＊は、パイロット制御Ｉからの図３に記載された適応された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）または輪郭Ｋを含む適応された運転マネジメントを用いて、すなわち、風力発電設備に関連する空気密度を用いて特定される。特に、これは、閉ループコントローラ２２０によって出力される最適化された電力Ｐを生成するために使用される。ここで、
適応された回転速度ｎ’，ｎ＊は、通常は、空気密度が低い場合の通常の回転速度ｎ（正常であると仮定される空気密度の場合）と比較して増加した回転速度ｎ’，ｎ＊である。
【００９２】
決定的な背景は、場所特有のパラメータ（場所の高度、温度のレベル）のためにかなり低い空気密度ρの場合、予想される音圧Ｓ、そしてそれ故に、実質的に適切な風力発電設備の音響放射はまた低下する。
密度ρに対して、上記の式（３）による音圧レベルＳＰＬの指定に従って、予想される音響放射を補正することができ、例えば、図５Ａまたは図５Ｂのように、適応された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）として、この予想される音響放射も同様に運転マネジメントに含めることができる。
【００９３】
より低い密度が温度の上昇の結果である場合、音速に対する温度Ｔの影響もまた考慮に入れることができる。
風力発電設備の音響放射は、この点において、風力発電設備に関連する空気密度を用いて、空気密度ρおよび／または音圧Ｓ、および／または図３に記載の輪郭Ｋを介して適応されている運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）を考慮に入れることにより、（付加的あるいは代替的に）密度に関してすでに適応された特定の回転速度ｎまたはロータの回転速度ｎ’に対して決定される。したがって、すなわち、風力発電設備に関連する空気密度ρおよび決定された音響放射Ｓに対する音圧Ｓに基づいて、ｎ＊を形成するために特定の回転速度ｎが補正されるだけでなく、付加的に、ｎ＊を形成するために密度に関して既に適応されている回転速度ｎ’が補正されることもできる。
【００９４】
音速が上がるとマッハ数が下がるため、音圧レベル（ＳＰＬ）をさらにわずかに下げることが期待される。このようにして低減された期待される音圧Ｓは、同様に、適応された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）内の公称回転速度ｎ＊を適応させるために使用される。その結果、音圧が再び上昇するであろう。しかし、単純化された仮定の下では、従って、回転速度ｎ＊の増加による音圧Ｓの増加は、低密度ρによる減少よりも低いと推定される−よって、図３の輪郭Ｋに従うパイロット制御Ｉもまた適切である。
【００９５】
本発明の概念の意味で修正された、測定モジュール２１０によるこのパイロット制御ＩＩに続いて、全負荷運転のために、説明されたように、図５Ａに係る開ループおよび／または閉ループ制御（開ループおよび閉ループ制御装置２００）によって、装置の閉ループ制御回路ＩＩの閉ループ制御部が続き、−運転マネジメントは、この目的のための１または複数の上述の閉ループ制御装置２２０を有しており、これらの閉ループ制御装置は、測定装置２１０および／または音圧Ｓによって適応されたパイロット制御Ｉでは、回転速度偏差Δｎ＝ｎ＿ＳＯＬＬ＿ｎ＿ＩＳＴを考慮して、かつ適応された運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）に関して、調整された電力Ｐ（公称電力）の閉ループ制御を実行することができるが、図示されているように、特に、回転速度ｎ＝＞ｎ＿Ｓｏｌｌ＝ｎ＿ｋｏｒｒを一定または特に限度内に維持できることが好ましい。閉ループ制御の目的は、一般的に、全負荷運転中は、実質的に一定の回転速度であって、いずれの場合でも、適切な帯域幅内の回転速度である。閉ループ制御部は、閉ループ制御回路ＩＩと、作動装置３００と、対応するアクチュエータ３０１，３０２，３０３とで基本的に構成されている。−後者の順序は、ここでは単なる例示である。上記の全負荷運転と同様に、この閉ループ制御部は、特に、図１および図２に基づいて詳細に説明されるように部分負荷運転のために、および、例えば、図５Ｂの部分負荷運転のために、例えば、ロータブレードのブレード角α＿Ｒｏｔ、発電機の励磁電流Ｉ＿Ｅ、および／または風力発電設備（図示せず）のナセルまたはロータの方位角の閉ループ制御を実行することができる。
【００９６】
結果は、いずれにしても全負荷運転の場合、密度適応出力Ｐおよび／または密度適応音圧Ｓの目標値、すなわち、適応回転速度ｎ’および／または補正回転速度ｎ＊に対応する増加した回転速度ｎ＿ＩＳＴである。
図５Ｂは、例えば、部分負荷で動作するために閉ループ制御回路ＩＩＩを用いて説明された閉ループ制御の範囲内で、図１または図２に係る電力を発生するためにロータおよびロータを介して駆動される発電機を有する風力発電設備を動作させる方法を含む。
【００９７】
風が非常に弱いために風力発電設備１００がその最大出力電力でまだ動作させることができない部分負荷運転の間、出力電力は、風に基づいて、すなわち、風速に基づいて調整される。よって、部分負荷運転は、風力発電設備がその最大出力電力に到達することができない、具体的には、過度に弱い風のために、特に、その公称電力にまだ到達することができない運転である。公称電力は、通常、風速が公称風速に達したときに、到達される。したがって、部分負荷運転は、公称風速までの風力発電設備の運転にも関する。
【００９８】
部分負荷運転中、閉ループ制御回路ＩＩＩの閉ループコントローラ２２０は、測定装置２１０によるおよび／または仕様として調整された音圧Ｓによって、回転速度偏差Δｎ＝ｎ＿ＳＯＬＬ＿ｎ＿ＩＳＴを考慮して、また、パイロット制御Ｉによって適応される運転特性曲線Ｒ（ｎ’，ｎ＊）に関して、調整された電力Ｐを再び受け取り、この場合、上述したように、減少した密度ρに従って、適応または修正された回転速度ｎ’，ｎ＊が含まれる。
【００９９】
したがって、出力される電力Ｐ＿Ｓｏｌｌを生成するための風力発電設備は、好ましくは音圧Ｓの仕様も考慮して、発電機を調整することによって、具体的には、特に好ましくは、発電機ロータの励磁電流Ｉ＿Ｅを調整することによって、調整することができる。１または複数のロータブレードのブレード角度も、アクチュエータ３０２によって追加的または代替的に調整される。これは、例えば、対応するピッチ駆動を用いて、またはアクチュエータ３０２内のロータブレード上の１または複数のフロー要素の作動角度に対する駆動を用いて実施される。風力発電設備のナセルの方位位置も、アクチュエータ３０３によって調整することができる。
【０１００】
この結果、部分負荷運転の場合には、上昇した回転速度が仮定され、および／または閉ループ制御回路ＩＩＩの場合には、上昇した回転速度ｎ＿ＩＳＴが設定される。−そして、その場合、これは、密度適応出力Ｐおよび／または密度適応音圧Ｐの目標値、すなわち、適応回転速度ｎ’および／または補正回転速度ｎ＊の目標値に対応するであろう。よって、部分負荷運転中、風力発電設備は、例えば、図５Ｂに示すように、発電機の励磁電流Ｉ＿Ｅ、および／または、ロータブレードのブレード角α＿Ｒｏｔ、および／または、電力差ΔＰに従って実際の電力Ｐ＿Ｉｓｔを所望の電力Ｐ＿Ｓｏｌｌと比較するためのナセルの方位角を調整することにより、閉ループ制御回路ＩＩＩに従って出力されるべき電力を生成するように調整される。
【図１】
0006909292.tif 000021
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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