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    • 专利摘要:
    本發明係關於一種操作包含一吊艙(2)之一風力發電設備(1)之方法，該吊艙(2)具有用於產生電流之一發電機及耦接至該發電機且具有一或多個轉子葉片(4)之一空氣動力轉子(3)，該方法包括以下步驟：在可確定地排除該等轉子葉片(4)上之積冰時操作該風力發電設備(1)；及在偵測到該等轉子葉片(4)上之積冰時停止該風力發電設備(1)；及在一積冰未被偵測到但將被預期時，以時間延遲方式停止或阻止該風力發電設備(1)之重新啟動；及/或在導致該風力發電設備(1)之停止之一停止條件已再次消失且未偵測到積冰且不預期積冰或一積冰之形成時，以時間延遲方式重新開始該風力發電設備(1)之操作。
    公开号:TW201303152A
    申请号:TW101118410
    申请日:2012-05-23
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Torsten Jepsen
    申请人:Wobben Aloys；
    IPC主号:F03D7-00
    专利说明:
    操作一風力發電設備之方法
    本發明係關於操作風力發電設備之方法以及對應風力發電設備，且亦係關於具有複數個風力發電設備之風力發電場。
    操作風力發電設備之方法通常為已知的，且本申請案詳言之係基於圖1所示的具有在輪轂上具轉子及轉子葉片之吊艙的風力發電設備，吊艙係以可旋轉方式安裝在鐵塔上。在風力發電設備之操作中，風作用於轉子葉片，且藉此產生借助於發電機在吊艙中產生電能之旋轉移動。詳言之，此處所採用之基本起點為具有具可調整轉子葉片角度之轉子葉片的風力發電設備，即所謂的間距調節風力發電設備。
    在凝固點左右之溫度亦可出現之風力發電設備裝配位置處，存在風力發電設備且詳言之轉子葉片結冰之危險。因此，在特定天氣條件下，風力發電設備之轉子葉片可遭受冰、霜或雪沈積物之形成。必要條件通常為高位準之空氣濕度或在恰低於凝固點之溫度下落下之雨或雪。在該方面，最常見之結冰溫度在-1℃至-4℃之範圍中。結冰通常不在+1℃以上及-7℃以下出現。在較低溫度下，空氣中之可用空氣濕度過於微小。
    儘管冰及霜沈積物可達到對因其摔倒之人員及物件可造成危險的嚴重程度，但在雪落下時沈積在例如凸緣的轉子葉片之通常不重要之區域上之鬆散雪沈積物通常不表示危險。
    風力發電設備之問題詳言之為由冰落下或摔倒引起的危險。在具有結冰轉子葉片之風力發電設備之操作中，冰塊被甩掉之事實可在附近造成危險。當風力發電設備停止時，由雪及冰塊自風力發電設備分離引起的危險實質上與其他高結構所涉及之危險並無不同。
    考慮結冰之可能性的操作風力發電設備之方法描述於德國特許公開說明書DE 103 23 785 A1中。其中，諸如取決於諸如風速之邊界條件的風力發電設備之功率之操作參數將主要與在各別風速下出現之參考值進行比較。根據所偵測操作參數與參考操作參數之間的偏差，有可能推斷積冰，且可起始詳言之包括停止風力發電設備之合適保護措施。
    該程序係基於以下認識：轉子葉片處之積冰影響葉片且因此影響轉子之空氣動力學，藉此產生設備之效能上的偏差。該等偏差係藉由操作參數之所述比較來辨識及評估。
    該方面中之一問題為此種偵測預先假定風力發電設備之操作模式儘可能穩定、安定且儘可能均勻。
    然而，在大致於3 m/s或4 m/s以下之風速下採用的輕風之情況下常常並不為此等理想條件。在於20 m/s或25 m/s之風速下主要採用的強風之情況下，此等已知方法之靈敏度常常不足。因此，任何積冰評估並非非常可靠或甚至不可能進行。
    在風力發電設備已停止之情況下發生類似問題，此係因為在停止條件下，無操作參數可有意義地與預定操作參數進行比較。在該情況下，風力發電設備可由於完全不同之原因而停止。該等原因包括由於過輕之風的停止、由於過強之風的停止、用於維護目的之停止，且亦包括由所連接之電力供應網路(風力發電設備將能量饋送至該網路中且風力發電設備自該網路汲取能量以用於維持其操作管理)之網路故障引起的停止。此外，亦考慮風力發電設備由於所偵測到的積冰之停止。
    因此，本發明之目標為解決上文所提及之問題中之至少一者。詳言之，本發明設法改良積冰偵測或結冰偵測，以使得積冰偵測甚至可在風力發電設備之先前安全辨識範圍之外進行。本發明至少設法提供一替代組態。
    因此，根據本發明，提議根據技術方案1的操作一風力發電設備之方法。
    因此，該方法係基於包含吊艙的風力發電設備，該吊艙具有用於產生電流之發電機及耦接至一發電機且具有一或多個轉子葉片之空氣動力轉子。
    此風力發電設備係以基本上已知之方式操作，其中更具體言之，轉子在轉子葉片上之積冰可被可靠地排除之情況下旋轉。其為詳言之當環境溫度高且詳言之明顯在+2℃以上時之情況。然而，若風力發電設備之操作中之操作參數具有預期之各別值，則即使在凝固點左右之低溫下，積冰亦被排除。詳言之，此意謂：在部分負載範圍中，當因此不存在用於以標稱功率操作風力發電設備之足夠風時，藉由風力發電設備產生之電力對應於盛行風速下所預期之電力。在滿載範圍中，當因此風力發電設備可利用盛行風以其標稱功率操作時，此意謂：在間距調節式風力發電設備之情況下，所設定之轉子葉片角度對應於盛行風速下所預期之轉子葉片角度。
    若相比之下，偵測到轉子葉片上之積冰，則風力發電設備停止。偵測到積冰係(例如)因為，在使積冰變得可能之環境溫度下，更具體言之特別在+2℃以下之環境溫度下，存在實際功率與預期功率之間的偏差或實際轉子葉片角度與預期轉子葉片角度之間的偏差，該等偏差指示積冰。在部分負載範圍(其通常為當實際功率明顯在預期功率以下時之情況)中，因為將假設：積冰正在減小風力發電設備之效率。換言之，由風力發電設備產生之電力與盛行風中所提供之動力之比率。用於積冰之另一偵測方法為(例如)監視操作中之轉子葉片之自然頻率。但該方法係基於並非始終適當地出現之先覺條件(precondition)。亦可遭遇限制因素之其他方法係已知的。給出另一實例，該等方法包括對於霧中或夜晚之使用不太有效的可選方法。
    若積冰尚未被偵測到，但為預期的且因此不能被排除，提議風力發電設備應以時間延遲關係停止。何時偵測到積冰係如上所述。詳言之，預期係在環境溫度處於一極限溫度以下，詳言之在+2℃以下時。誠然，在+2℃仍無冰可形成，但為了排除由未偵測到或未考量可能之積冰而引起之風險，提議將+2℃之相對較高值作為基礎。此亦考量以下事實：量測不確定性可出現、溫度量測在結冰之潛在位置處不能直接實現以及溫度受流動條件影響。或者，亦有可能使用另一值，詳言之，+1℃或+3℃或+4℃之極限值。
    根據本發明，認識到，在積冰(其未被偵測到，但為預期的或不能被排除)之情況下停止風力發電設備增加在風力發電設備之區域中的人員及物件之安全因數，在該方面，相對於風力發電設備之總年功率而量測，產量之所得損失經證明為相當微小的。詳言之，此歸因於以下事實：此停止極高風速(然而其很少出現)下或在極低風速(在極低風速下，在任何情況下，可提供小產量)下出現。
    根據本發明，亦認識到，個別冰塊僅在冰之較厚厚度處被甩掉，且因此，停止風力發電設備或阻止風力發電設備再次啟動未必會立即實現，而是可以時間延遲關係實現。此減小產量之任何損失，且有時甚至顯著減小產量之損失。
    在該情況下，停止風力發電設備及阻止風力發電設備再次啟動可在相同先決條件下實現。風力發電設備之重新啟動之時間延遲阻止在該方面可意謂：由於時間延遲，一停止之風力發電設備最初未被阻止再次啟動。因此，停止之風力發電設備再次啟動且接著在該時間延遲內可能達到一工作點，積冰可能在該工作點被可靠地(詳言之，比在停止條件下更可靠地)偵測。若在該情況下，該方法在可靠地偵測不存在積冰方面係成功的，則結果，時間延遲已具有風力發電設備已再次啟動且正在正常操作且正在產生對應輸出之結果。若無時間延遲，則可能存在設備不能啟動之危險，冰之免除將不被偵測，且設備將因此最初永久地保持在停止條件下。
    在本申請案中，表達「風力發電設備之停止」(除非其明確地有不同指定)用以意謂：設備使轉子停止，或若需要，允許轉子以惰轉模式(coasting mode)運行。然而，在該情況下，操作管理系統保持操作，除非諸如網路故障之其他干擾出現，網路故障阻止操作管理系統被維持。在網路故障的情況下，狀態資料將被儲存，直至網路恢復。
    時間延遲可(例如)自時間中之某時刻開始或可考量時間中之該時刻，積冰在該時刻將被預期或不能被排除。詳言之，時間延遲可在環境溫度降至一極限溫度以下時的時刻開始。
    另外或替代地，提議：當導致風力發電設備之停止的停止條件(例如，因為陰影被投下，由於振盪監視或亦由於諸如用於維護之人工監視)已再次中止且未偵測到積冰，亦不會預期或不能排除積冰時，停止之風力發電設備以時間延遲關係再次啟動。詳言之，時間延遲在積冰未偵測到且不被預期之條件出現之時間開始或考量此時間。此可意謂，在時間中之該時刻之前，積冰係被預期或甚至已出現。然而，此亦可意謂，在時間中之該時刻之前，並不清楚哪種情形為盛行的。因此，提議時間延遲考量如下事實：雖然積冰未被偵測到且不被預期，但仍可能存在殘餘冰。有時，觀測到的條件僅指示積冰之形成不被預期，但關於積冰之存在之資訊可能難以提供或根本無法提供。詳言之，當環境溫度在一極限溫度(諸如2℃)以上且詳言之稍微高於該極限溫度時，此種條件出現。在較高溫度(詳言之，2℃以上)下，不用審慎考慮冰形成。然而，若積冰出現直至一短時間之前，則積冰可仍可能至少部分地存在。特別是在該情況下，時間延遲之結果為任何積冰殘餘物可融化。
    在一實施例中，提議：停止或阻止風力發電設備之重新啟動，且亦或替代地，使風力發電設備再次啟動係取決於一冰預測指示器而實現。亦可簡稱為指示器之冰預測指示器形成積冰之機率方面之量測，且經適當判定或更改。在該方面，判定或更改冰預測指示器以使得該指示器可給出機率之指示或使用冰預測指示器而不必表示數學意義上之機率值。詳言之，將在下文中以高值指向積冰之高機率且低值指向積冰之低機率之方式描述冰預測指示器。基於根據本發明之教示，熟習此項技術者可同樣充分地提供指示器且相反地實施指示器。
    冰預測指示器較佳取決於操作參數及/或環境條件而判定，且亦可取決於操作參數及/或環境條件而更改。較佳考慮到時間。因此，以下情況為合乎需要的：冰預測指示器經更改以使得其取決於先前值及離先前值再次出現的時間有多遠及/或先前值已持續多久。
    在一實施例中，冰預測指示器呈計數器之形式。詳言之，其包括以下組態：冰預測指示器呈在處理電腦中實施且基本上可在預定極限內以任何方式使值增加及減小的變數之形式。
    因此，在一實施例中，提供以下情況：當風力發電設備之環境條件及/或操作條件證實積冰及/或指向積冰(詳言之，若環境溫度在一極限值以下)時，冰預測指示器在一第一方向上更改其值，且詳言之增加其值。詳言之，該更改以時間相依關係發生，使得值隨時間增加而連續或持續更改。詳言之，若因此環境溫度在如+2℃之極限溫度以下，則該值隨時間逐漸地增加，直至該值已達到可儲存為極限值且可被稱為停止極限值的此種高值，風力發電設備在該高值處停止且風力發電設備在該高值處被阻止再次啟動。若風力發電設備(例如)處於基於過去值將假設不存在積冰之條件下，且若總體情形改變至不再可排除積冰之條件，則計數器開始緩慢地增加。在計數器達到停止極限值之前(若計數器完全達到停止極限值)，經過之時間亦取決於計數器之增加之速率。
    另外或替代地，提議：當風力發電設備之環境條件或操作條件證實或指示積冰不存在或正在減少(詳言之，若環境溫度在極限溫度以上)時，計數器在一第二方向上改變其值，詳言之，使其值減小。
    因此，若(例如)情形為假設積冰存在或已偵測到積冰的情形，或若情形並不清楚且若情形改變至可排除積冰或積冰出現的情形，則冰預測指示器之值(換言之，計數器值)隨時間而逐漸減小。冰預測指示器之值減小，直至達到一較低計數器極限值，詳言之一重新啟動極限值。
    使冰預測計數器增加或減小的上述過程可持續幾小時至高達10小時或甚至更長時間。此時，指向結冰之可能性且導致計數器之增加的情形可改變至可能假設存在積冰之減少(詳言之，融化)或存在排除積冰之可靠值的情形。在該情況下，冰預測指示器或計數器之值再次減小。同樣地，計數器再次增加計數之相反情形可出現。歸因於所涉及之情形，因此冰預測指示器之值改變之方向更改。此考量各別過去情形。因此，較佳地，同一個計數器被用於增加及減小。
    在另一實施例中，提議：值(換言之，呈計數器之形式的冰預測指示器之值)之更改係以取決於環境條件及/或風力發電設備操作條件之速度實現。相應地，因此，值並不隨時間而始終以相同方式增加或減小，而是亦考量考慮盛行條件之不同方式。
    較佳地，在該方面，在盛行輕風(換言之，詳言之，涉及4 m/s以下之風速之風)下，與當強風盛行時(更具體言之，詳言之，在超過20 m/s之風速下)相比，值更緩慢地增加(若設備正在操作中)。此係基於如下認識：在極高流入速度下，在轉子葉片處，歸因於設備在高風速下之操作，積冰可更快地形成，且因此，到風力發電設備停止時的時間應較短。可藉由更快地增加冰預測指示器之值(其因此更快地達到一停止臨限值)來考量此情況。然而，亦存在以不同於藉由計數器形式之冰預測指示器的某一其他方式(如(例如)借助於一參考表或查找表)在盛行輕風下實施一較大時間延遲之可能性。
    較佳地，若風力發電設備由於由陰影投射引起之關機之情況下的自動設備停止或由於無風或在諸如用於維護之手動設備停止之情況下停止(與盛行風速無關)，則與盛行強風下的設備之操作相比，冰預測指示器之值之增加亦較緩慢地實現。
    另外或替代地，另一實施例提議：環境溫度愈低，則愈緩慢地減小呈計數器形式的冰預測指示器之值，且詳言之，與在環境溫度相對於極限溫度之差上隨時間形成之積分成比例地減小該值。
    此給出一時間延遲，環境溫度愈高，該時間延遲相應地愈短。換言之，環境溫度愈溫暖，風力發電設備可相應地更快地再次啟動。環境溫度愈高，使風力發電設備以相應較短時間延遲再次啟動亦可以不同於藉由使用冰預測指示器作為計數器之方式來實施。舉例而言，可提供表(所謂的查找表)，其針對給定環境溫度指定時間延遲值。
    另一實施例之特徵在於，風力發電設備耦接至一電網路且在網路故障之情況下停止，而在網路恢復時(換言之，在網路故障消除時)，風力發電設備取決於視網路故障時之環境溫度及網路恢復時之環境溫度而定之量測溫度而再次啟動。此係基於以下概念：在網路故障之持續時間中(更具體言之，自網路故障開始至網路恢復)，與操作參數有關之資訊及環境條件且詳言之環境溫度不可用或僅有限地可用。為了能夠更好地估計網路故障結束之後的積冰之可能性，此程序採用環境溫度之溫度值，其取決於網路恢復時之溫度(換言之，當前盛行溫度)及在網路故障之前或網路故障開始時的最後偵測到之環境溫度。
    較佳地，若網路故障不超過第一故障時間，詳言之不超過2小時，則量測溫度計算為網路故障開始時之環境溫度與網路恢復時之環境溫度之平均值。此處，基本認識為環境溫度不會過快地改變，且在短故障時間下，網路故障之前及之後的環境溫度之考慮可能已經供應了關於積冰之機率的有意義資訊。若例如，網路恢復時之環境溫度為2℃，則若網路故障開始時之環境溫度明顯在2℃以下，積冰係可能的，而若網路故障開始時之環境溫度顯著較高，則積冰係不可能的。
    在較長網路故障之情況下，需要提供用於判定量測溫度之溫度安全值，其亦可稱為計算溫度。因此，提議，在較長網路故障(詳言之，超過兩小時之網路故障)之情況下，量測溫度可減小2 K。
    在一實施例中，風力發電設備係配置在一風力發電場中，且在該風力發電場之至少一另一風力發電設備由於積冰或積冰之預測性懷疑而停止時停止。此係基於如下認識：風力發電設備在同一風力發電場中在任何情況下在積冰方面的行為相當類似，因為詳言之，諸如環境溫度、空氣濕度及風速之環境參數為類似的。然而，此亦基於如下認識：風力發電場中之風力發電設備之積冰誠然未必必然表明風力發電場中之所有其他風力發電設備亦涉及積冰，但同一風力發電場之其他風力發電設備上之積冰之機率為高的。錯誤預測因此應僅很少出現，且因此應幾乎不影響風力發電設備在一年中之總產量，同時安全性方面(主要阻止冰被甩掉)有時可顯著增加。
    較佳地，由於偵測到積冰或積冰之懷疑而停止之風力發電設備將其吊艙以如下方式定向：維持相對於受落下的冰危及之區域(詳言之，交通路線及物件)儘可能大的間距。以此方式，不僅由冰被甩掉引起之風險減小，而且由冰單純落下(如相對於其他高建築物結構基本上亦可出現的)引起之危險減小。
    較佳地，使用一風力發電設備，其具有用於量測風速之可加熱風感測器且在懷疑有積冰之情況下至少加熱該風感測器。舉例而言，有可能使用一所謂的超音波風速計。因此，即使針對涉及不僅可在轉子葉片上出現，而且(例如)亦可在風速計上出現的冰形成之情形，風速計亦意欲提供仍然可靠之風速量測。因此，仍可接著使用需要可靠風速之積冰偵測構件。
    較佳地，提議：使用一冰感測器，其直接量測風力發電設備上，詳言之轉子葉片中之一或多者上之積冰。此量測可補充上述冰偵測模式。應注意，冰感測器之使用最初涉及相應資本投資成本。若來自此冰感測器之清楚資訊(不存在積冰)意謂風力發電設備可操作而不必另外停止(作為預防措施)，則該等成本可能被快速地償付。
    較佳地，在風力發電場中可提供以下情況：風力發電設備中之僅一些或一者裝配此冰感測器，且自冰感測器獲得之關於積冰之資訊被傳輸至風力發電場中之不具有冰感測器之其他風力發電設備。以此方式，冰感測器之成本可分攤在複數個設備之中。較佳地，由冰感測器獲得之關於積冰之資訊經評估且詳言之與各別風力發電設備之各別盛行環境條件及/或操作條件一起儲存以便改良積冰之預測，詳言之各別風力發電設備之個別積冰預測。積冰偵測因此可分別適應於設備之類型及其安裝地點(詳言之藉由一合適學習計劃)。
    下文中將參看附圖借助於實施例而作為實例更詳細地描述本發明。
    圖1展示包含吊艙2、空氣動力轉子3、轉子葉片4、旋轉器5及鐵塔6的風力發電設備1。
    圖2圖示兩個實例之冰預測指示器(即其值)相對於時間之圖案。根據該圖案，繪製出一方面可識別為強風之盛行風速與另一方面可識別為輕風之盛行風速之間的區別。在兩個實例中，圖2係關於風力發電設備在操作中之情形，設備之轉子正在旋轉且因此設備不停止。在時間t1=0，一事件發生，該事件觸發冰預測指示器之向上計數。該事件可為(例如)環境溫度降至一極限溫度以下。然而，亦考慮(例如)溫度已在該極限溫度以下，且盛行風速降至一值以使得必須假設存在一輕風情形，或盛行風速上升至一值以使得必須假設存在一強風情形。
    在時間t1之前的冰預測指示器之值並不重要。該值可(例如)具有值0，或一值最初全部歸因於時間t1處之冰預測指示器。
    亦可將冰預測指示器之初始值看作導致風力發電設備在另一情況下再次啟動之值。然而，此未包括在圖2所示之情況中，使得值「啟動」僅在括號中展示。
    在任何情況下，在時間t1，存在一條件，依靠該條件，冰預測指示器得以隨時間而持續增加。盛行強風之增加比盛行輕風之增加更快地實現。因此，在盛行強風下，冰預測指示器在時間t2已達到停止風力發電設備之一值。該值在圖2中係藉由標記為停止之水平虛線識別。在該實例中，由於盛行強風，冰預測指示器在2個小時之後達到用於停止風力發電設備之準則。在輕風之情況下，用於停止風力發電設備之準則僅在時間t3(在該實例中其為10小時)達到。
    圖2為基本上基於盛行邊界條件為實質上穩定狀態之事實的簡化視圖。
    圖3亦以實例展示冰預測指示器之兩個圖案，但係針對風力發電設備停止之情形。在時間t1(為簡單起見將其指定為0)，存在導致冰預測指示器減小的準則。此處，最初，冰預測指示器之初始值亦不重要，且其可對應於設備被停止之情形，為此，在括號中展示縱座標處之「停止」。亦可稱為冰預測指示器之向下計數的減小取決於差分溫度(即，相對於極限溫度之當前環境溫度)，其中環境溫度必須大於極限溫度。在圖3中將該差分溫度指定為△T。該說明係基於穩定狀態條件盛行(即，該情況下之差分溫度△T恆定為3 K，而在另一所說明情況下，差分溫度△T恆定為1 K)之假設。
    如圖3所示的冰預測指示器之值根據差分溫度隨時間之積分而減小。在圖3中之所說明實例中，差分溫度因此為在時間上積分之恆定溫度值，即在一個情況下為3 K或在另一情況下為1 K。因此，在3 K之較大溫度差之情況下，冰預測指示器在時間t2已達到設備再次啟動之值，如詞語「啟動」所展示。在所說明實例中，設備因此在2小時之後再次啟動。
    在僅1 K之較小溫度差之情況下，冰預測指示器僅在t3達到設備可再次啟動之值。由於溫度差在此僅為第一實例之三分之一，故t3在6小時之後達到。
    根據所說明圖案，使用取決於盛行風情形之積分時間常數。該積分時間常數在盛行強風之情況下大於(更具體言之，在所說明實例中為三倍於)盛行輕風之情況。相應地，冰預測指示器以三倍於強風情況下之速度快速地達到設備再次啟動之值。在圖3中，彼等值對於溫度差△T=3 K經指定為t2'=40分鐘，且對於溫度差△T=1 K經指定為t3'=2小時。
    參看圖4，此圖在一實例中展示環境溫度如何影響實施例之冰預測指示器之圖案。為此目的，圖4中之上部視圖展示最初基於在不確定冰偵測範圍中操作之設備的冰預測指示器之圖案。若設備被停止，則該說明亦相應地適用。下部視圖展示環境溫度之象徵性圖案。環境溫度之所說明圖案係為了清楚說明而選擇，且宣稱能夠對應於環境溫度之可能真實溫度圖案。
    當前實例以TG=2℃之極限溫度作為其基礎。實際溫度最初為約4℃，且因此在極限溫度以上。由於冰預測指示器最初尚未經設定或設計一啟動值，且風力發電設備在操作中且其轉子正在旋轉，故溫度最初對冰預測指示器之所說明圖案無影響。
    在時間t1，溫度達到極限溫度之值且進一步下降。因此基本上存在積冰之風險，且冰預測指示器因此自時間t1開始上升。
    在時間t2，溫度在極限溫度以下且現在再次上升。然而，溫度最初對冰預測指示器之圖案無影響，且溫度進一步升高。
    在時間t3，溫度超過極限溫度且進一步持續上升。冰預測指示器因此自時間t3起無任何進一步上升，此係因為將不再假設積冰或積冰之出現。實情為，冰預測指示器現在再次減小。因為溫度上升，且隨之差分溫度亦上升，此給出其上之積分(基本上為二階組態)。
    在時間t4，溫度處於明顯在極限溫度以上之值，且最初保持該值。因此，存在冰預測指示器之呈線性部分之形式的減小。
    在時間t5，溫度持續下降，且冰預測指示器因此相應地仍愈來愈慢慢地減小。
    在時間t6，溫度再次達到極限溫度且進一步下降。因此，冰預測指示器自時間t6起進一步增加。
    在時間t7，溫度再次上升，但保持在極限溫度以下。冰預測指示器因此進一步不變地增加。
    在時間t8，溫度仍在極限溫度以下。然而，此處，冰預測指示器已達到導致風力發電設備停止之值。此係由詞語「停止」在縱座標上識別。
    自時間t8起，溫度誠然進一步上升，但其最初保持在極限溫度以下。由於設備已停止，故冰預測指示器不進一步更改，其在圖4中由上部部分中之恆定值來指示。
    在時間t9，溫度已達到溫度極限值且進一步上升。冰預測指示器現在再次減小，但設備保持停止。若冰預測指示器現在進一步減小，直至其達到展示為恰在設備可再次啟動之橫座標以上的值起點，然而，將不再在圖4中進一步展示此情況。
    以簡化術語表達，在圖4中組合用於增加冰預測指示器之操作模式(如圖2所示)與用於減小冰預測指示器之操作模式(如圖3所示)。因此，在對應於一個實施例之圖4中組合彼等關係。然而，原則上，一方面圖2中之關係或操作模式及另一方面圖3中之關係及操作模式亦可彼此單獨地使用。
    在一實施例中，因此有可能藉由可稱為冰懷疑或冰預測之操作狀態來擴展冰偵測或積冰偵測。藉由該操作狀態，可能出現之結冰未被可靠地辨識之操作情形將被偵測到。原則上，積冰偵測係藉由監視風力發電設備之操作特性來實現，且其因此可限於風力發電設備在發電時之操作範圍。若風力發電設備並不產生任何電力，則亦有可能不存在操作特性或管理圖(management map)之補償。積冰偵測因此僅可在特定條件下有限地起作用。現在亦考慮彼等有限條件。
    該等有限條件包括：
    -輕風：此處，藉由監視操作特性的在極低風速期間(詳言之，在約3至4 m/s以下)操作之情況下的冰偵測可能不可靠。
    -強風：在約20 m/s至25 m/s以上的高風速期間操作之情況下，先前偵測方法之靈敏度下降及/或經常不能藉由現有操作經驗驗證。
    -設備準備好操作的情況下的設備停止。
    -網路故障。
    因此，顧及到安全限度，操作中的積冰偵測方面之先前偵測範圍(其亦可被稱為特定偵測範圍)限於約4 m/s與20 m/s之間的風速。
    低溫(主要為+2℃以下之環境溫度)下之滯留持續時間使結冰預測或懷疑增加。與之相比，在+2℃以上之溫度下，結冰之懷疑或預測再次減小。同樣地，在特定積冰偵測範圍中的風力發電設備之操作中，結冰之偵測或懷疑可減小。
    所提議之方法特別涉及一種較少提議特定冰偵測而是考量冰出現之可能性的方法。
    較佳地，對於4 m/s以下之風速下的操作，假設冰之臨界厚度僅可在10小時內形成。因此，在加熱模式I下在下文中之表1中考量該情況。
    對於強風情況下之操作，由於轉子葉片之較高流入速度，故假設冰之臨界層可能已在2小時內形成。在下文中之表中相應地考量彼等關係以作為模式II。
    在(例如)由於微小風或由於陰影投影關機而出現的自動設備停止之情況下，或在(例如)出於維護目的而出現的手動設備停止之情況下，假設冰層之臨界厚度可能已在10小時內形成。因此，在加熱模式I下在下文中之表中亦考量該情況。
    由於網路故障，任何風或溫度資料經常不可能由設備控制系統加以記錄。然而，在網路故障之前的最後資料及網路恢復時的資料係可用的。積冰偵測方面之現有計數器狀態(詳言之，冰預測指示器之值)亦保持可用。取決於持續時間，將如下所述地考量網路故障之時間。
    根據如下表中所描述之模式I，將考量高達2小時之網路故障時間，其具有網路故障開始時的溫度與網路恢復時的溫度之平均值。因此，根據亦被稱為判定溫度之平均溫度值，若該平均溫度值在一極限溫度以下，則冰預測指示器增加或向上計數。若該平均溫度值在該極限溫度以上，則該冰預測指示器相應地減小。此在網路故障時間(作為所涉及的基本時間)之持續時間中相應地實現。
    根據下文中之表中所描述之模式I，將考量介於2小時與10小時之間的網路故障時間以涵蓋與此同時之溫度下降，其具有網路故障開始時的溫度與網路恢復時的溫度之平均值(小於2 K)。
    在(例如)超過10小時之網路故障時間之情況下，假設關於過去時間段之可靠資訊係不可能的。為此目的，顧及到安全限度，在+5℃以下之所有溫度下，一旦網路恢復，即假設存在結冰之懷疑。風力發電設備因此最初保持停止，直至結冰可被排除。
    用於所描述模式I及模式II之實施係藉由一計數器來實現，該計數器亦可被稱為冰預測計數器或預測計數器，且在結冰之預測或懷疑後向上計數且在無該懷疑之情況下再次遞減計數。在該情況下，根據結冰懷疑方面之情形，模式I與模式II之間的時間係不同的。
    對於積冰偵測方面的不具有特定偵測範圍中之冰偵測的30分鐘操作(換言之，在偵測時使用一功率曲線方法，其中比較量測之功率曲線與一預期之曲線)，結冰之懷疑減小。若因此特定偵測適用，則不管所使用之模式如何，30分鐘係足夠的。
    在一實施例中，在+2℃以上之外部溫度下，對關於當前盛行之外部溫度相對於時間的超過+2℃之差求和或求積分。重新啟動因而僅在差分溫度-時間積分終止之後實現。因此，例如，重新啟動係在360℃ min下實現。此可意謂(例如)重新啟動係在+3℃之環境溫度下在6小時之後或在+5℃之環境溫度下在2小時之後實現。在模式II中，重新啟動已針對該情況在120℃ min之後實現。
    就結冰之預測性懷疑而言，前述表中所指定之時間分別對應於完全增加及減小之時間。按比例合適地評估中間階段。
    在自具旋轉轉子之風力發電設備之操作至停止條件之轉變及相反轉變下，用於積冰偵測及用於結冰之預測性懷疑的計數器狀態被合適地傳送或保持。此旨在保證：即使在偵測範圍外的延長滯留時間(其在通常積冰偵測方面被假設為確定的)之情況下，但因為具結冰之懷疑或預測的不確定結冰條件，風力發電設備仍被停止或可阻止自動重新啟動。此延長滯留持續時間包括(例如)4 m/s以下之盛行風條件下的10小時或10小時以上或超過20 m/s之盛行風速下的2小時或2小時以上之滯留持續時間中之一者。
    1‧‧‧風力發電設備
    2‧‧‧吊艙
    3‧‧‧轉子
    4‧‧‧轉子葉片
    5‧‧‧旋轉器
    6‧‧‧鐵塔
    圖1展示風力發電設備之透視圖，圖2展示冰預測指示器針對不同風速之圖案，圖3展示冰預測指示器針對兩個不同環境溫度之圖案，及圖4用圖說明取決於溫度圖案(作為實例)之實施例之冰預測指示器之圖案。
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] 一種操作包含一吊艙(2)之一風力發電設備(1)之方法，該吊艙(2)具有用於產生電流之一發電機及耦接至該發電機且具有一或多個轉子葉片(4)之一空氣動力轉子(3)，該方法包括以下步驟：在可確定地排除該等轉子葉片(4)上之積冰時操作該風力發電設備(1)，及在偵測到該等轉子葉片(4)上之積冰時停止該風力發電設備(1)，及在一積冰未被偵測到但將被預期或不能排除時，以時間延遲方式停止或阻止該風力發電設備(1)之重新啟動，及/或在導致該風力發電設備(1)之停止之一停止條件已再次消失且未偵測到積冰且不預期積冰或一積冰之形成時，以時間延遲方式重新開始該風力發電設備(1)之操作。
    [2] 如請求項1之方法，其中停止或阻止該風力發電設備(1)之重新啟動及/或重新開始該風力發電設備(1)之操作係取決於作為關於積冰之機率之一量測而判定或更改之一冰預測指示器來實現。
    [3] 如請求項1或2之方法，其中該冰預測指示器或一冰預測指示器呈一計數器之形式，且在該風力發電設備(1)之環境條件及/或操作條件證實積冰及/或指示積冰時，詳言之在環境溫度在一極限溫度以下時，在一第一方向上更改該冰預測指示器之值，且詳言之增加該冰預測指示器之值，及/或在該風力發電設備(1)之環境條件及/或操作條件促進及/或指示積冰不存在或減少時，詳言之在該環境溫度在該極限溫度以上時，在一第二方向上更改該冰預測指示器之值，且詳言之減小該冰預測指示器之值，且該極限溫度恰在凝固點以上，且詳言之，該溫度在1℃至4℃之範圍中，較佳為約2℃。
    [4] 如請求項1或2之方法，其中該值之一變化係以取決於該風力發電設備(1)之該等環境條件及/或操作條件之一速率實現，且詳言之，當該設備在操作中時，該值在一盛行輕風情況下比在一盛行強風情況下更緩慢地增加，及/或該風力發電設備(1)在一盛行輕風情況下比在一盛行強風情況下在一更大時間延遲之後停止，及/或該環境溫度愈低，每一情況下之該值愈緩慢地減小，且詳言之，該值與該環境溫度與該極限溫度之差上之一時間積分成比例，及/或該環境溫度愈高，該風力發電設備(1)再次啟動之前的該時間延遲愈短。
    [5] 如請求項1或2之方法，其中該風力發電設備(1)耦接至一電網路且在一網路故障之情況下停止，且在網路恢復時，該風力發電設備之重新啟動係取決於視該網路故障開始時之該環境溫度及網路恢復時之該環境溫度而定之一量測溫度而實現。
    [6] 如請求項5之方法，其中若該網路故障不超過一第一故障時間，詳言之不超過2小時，則該量測溫度係計算為該網路故障開始時之該環境溫度與網路恢復時之該環境溫度之一平均值，及/或若該網路故障比該第一故障時間長，則該量測溫度係計算為該網路故障開始時之該環境溫度與網路恢復時之小於詳言之為2 K克耳文之一溫度安全值之該環境溫度的該平均值。
    [7] 如請求項1或2之方法，其中該風力發電設備係配置在一風力發電場中，且在該風力發電場之至少一另一風力發電設備由於積冰或積冰之懷疑而停止時停止。
    [8] 如請求項1或2之方法，其中由於偵測到之積冰或積冰之懷疑而停止的該風力發電設備(1)將其吊艙(2)以如下方式定向：維持相對於受冰落下所危及之區域的儘可能大的一間距。
    [9] 如請求項1或2之方法，其中該風力發電設備(1)具有用於量測該風速之一可加熱風感測器，詳言之一超音波風速計，且在偵測到一積冰時及/或在不能排除一積冰時，加熱該風感測器。
    [10] 如請求項1或2之方法，其中該風力發電設備(1)具有一冰感測器，且積冰係借助於該冰感測器藉由直接量測而偵測。
    [11] 一種包含一吊艙(2)之風力發電設備(1)，該吊艙(2)具有用於產生電流之一發電機及耦接至該發電機且具有一或多個轉子葉片(4)之一空氣動力轉子(3)，其中該風力發電設備經製備以用於以一如前述請求項中之一者之方法來操作。
    [12] 一種包含至少一如請求項11之風力發電設備(1)之風力發電場。
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    2020-07-11| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
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