风轮机和供电系统.pdf

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1、10申请公布号CN102099572A43申请公布日20110615CN102099572ACN102099572A21申请号200980122048722申请日2009061108158057320080611EPF03D7/02200601F03D9/0220060171申请人弗莱克尹克塞公司地址瑞典利德雪平市72发明人M卡尔松H卡伦74专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司11283代理人南毅宁周建秋54发明名称风轮机和供电系统57摘要提供了一种用于生成电能以供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置43的水平轴风轮机10。该风轮机10包括转子12，具有与该转子12机械连接以用于将动力风。

2、能转换成转子12以转速进行旋转的多个叶片11A11C；发电机17，包括静止部分18和连接到转子12以用于与静止部分18相互作用来将转子12的旋转转换成供应给能量存储装置43的电能的可旋转部分16；传感器46，用于感测转子12的转速和用于输出指示该转速的信号；以及制动系统47，可控制以与转子12相互机械作用来减小转子12的转速。该风轮机还包括处理电路45，该处理电路45可操作地连接到传感器46和制动系统47以用于评估由传感器46输出的所述信号，以及如果所述转速在预定阈值之上，该处理电路45用于控制制动系统47以通过与转子12的相互机械作用来减小所述转速。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日。

3、2010121086PCT申请的申请数据PCT/EP2009/0572392009061187PCT申请的公布数据WO2009/150202EN2009121751INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图8页CN102099583A1/2页21一种用于生成电能以供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置43的水平轴风轮机10，所述风轮机10包括转子12，该转子12具有与该转子12机械连接以用于将动力风能转换成所述转子12以转速进行旋转的多个叶片11A11C；发电机17，该发电机17包括静止部分18和可旋转部分16，该可旋转部分16连接到所述转子12以。

4、用于与所述静止部分18相互作用来将所述转子12的旋转转换成供应给所述能量存储装置43的电能；传感器46，该传感器46用于感测所述转子12的所述转速和用于输出指示该转速的信号；制动系统47，该制动系统47可控制以与所述转子12相互机械作用来减小所述转子12的转速；以及处理电路45，该处理电路45可操作地连接到所述传感器46和所述制动系统47以用于评估由所述传感器46输出的所述信号，以及如果所述转速在预定阈值之上，该处理电路45用于控制所述制动系统47以通过与所述转子12的相互机械作用来减小所述转速。2根据权利要求1所述的风轮机10，其中所述处理电路45被配置成当所述风轮机10附设到支撑结构25时。

5、输出用于控制所述风轮机10相对于所述支撑结构25的旋转的信号，从而能控制来自所述风轮机10的电能的供应。3根据权利要求1或2所述的风轮机10，该风轮机10被配置成以低于3M/S的启动风速开始产生所述电能。4根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风轮机10，其中所述叶片11A11C中的每个叶片沿所述叶片总长度的至少百分之七十显示出实质上不变的翼面30。5根据权利要求4所述的风轮机10，其中所述叶片11A11C中的每个叶片被配置使得邻近所述风轮机10的轮毂13的所述翼面与在所述叶片11A11C的自由端31处的所述翼面之间的角度为至少30。6根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风轮机10，其中所述。

6、发电机17的所述可旋转部分16附设到所述转子12。7根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风轮机10，其中所述制动系统47是水压制动系统，该水压制动系统包括附设到所述转子12的盘21和附设到包括在所述风轮机10中的静止结构14的至少一个测径器22。8根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风轮机10，该风轮机10还包括弹簧式加载的紧急制动系统48，该紧急制动系统48被配置成自动与所述转子12相互机械作用以在紧急情况下停止所述转子12的旋转。9一种用于将电能供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置43的供电系统40，所述供电系统40包括根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风轮机10，该风轮机10。

7、附设到支撑结构25并能连接到所述能量存储装置43，用于将电能供应给所述能量存储装置43；以及控制器44，该控制器44连接到所述风轮机10和所述能量存储装置43，以用权利要求书CN102099572ACN102099583A2/2页3于控制所述供电系统40的操作。10根据权利要求9所述的供电系统40，其中所述风轮机10旋转地连接到所述支撑结构25，以及所述供电系统40还包括可控驱动单元26，该可控驱动单元26用于使所述风轮机10能够相对于所述支撑机构25进行受控旋转。11根据权利要求10所述的供电系统40，其中所述控制器44被配置成响应于所述供电系统40的状态来控制所述驱动单元26改变由包括在所。

8、述风轮机10中的所述叶片11A11C所定义的平面与风向之间的角度。12一种用于控制用于将电能供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置43的供电系统40的方法，所述供电系统40包括根据上述权利要求中任一项权利要求所述的风轮机10，所述风轮机10附设到支撑结构25并能连接到所述能量存储装置43，用于向所述能量存储装置43供电，所述方法包括以下步骤获取71指示所述供电系统40的状态的数据；以及控制73包括在所述风轮机10中的所述叶片11A11C所定义的平面和风向之间的角度，从而基于所获取的数据来控制来自所述风轮机10的电能的供应。13根据权利要求12所述的方法，其中所述指示所述供电系统40的状态的数。

9、据包括指示所述能量存储装置43的当前能量存储水平的能量存储数据。14根据权利要求12或13所述的方法，该方法还包括以下步骤通过与所述转子12的相互机械作用来减少72所述风轮机10的转子12的转速。15一种计算机程序，该计算机程序被配置成当运行在包括在根据权利要求911中任一项权利要求所述的供电系统40中的控制器44上时执行根据权利要求12至13中任一项权利要求所述的方法的步骤。权利要求书CN102099572ACN102099583A1/8页4风轮机和供电系统技术领域0001本发明上涉及水平轴风轮机，该水平轴风轮机用于生成电能以供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置，以及涉及包括这种风轮机的。

10、供电系统，和涉及用于控制这种供电系统的方法。背景技术0002由于对环境更加了解，使用风轮机生成的电能的量在增加。所生成风力的主要部分源自相对较大的风轮机，该风轮机已被专门开发来向现有的电网供电。0003然而，风力也越来越多地被用于脱机OFFLINE应用，在该脱机应用中，风轮机被用于给独立设备供应电力而不具有给电网供应任何过剩电力的可能性。0004这种脱机应用对风轮机有特别的要求。例如，风轮机应该被配置成以风速开始旋转，与用于供应现有电网的“联机”应用的风轮机相比该风速非常低。0005而且，为了应付风力的固有地变化的供应，实际上每个脱机应用都包括能量存储装置，该能量存储装置例如可以包括电池。这种。

11、能量存储装置通常不可以被“过充电”。0006所以，脱机应用中所使用的风轮机通常需要一种用于处理过量风力条件的系统，以便不损坏能量存储装置。0007US6703718公开了一种用于脱机应用的风轮机，在该风轮机中，通过响应于由风轮机供电的电池的充电水平和风轮机的转速来使交流发电机中的绕组短路从而控制减小输出功率。0008US6703718中公开的输出功率控制的缺点是交流发电机中绕组的间歇短路导致风轮机的不规则供电。而且，绕组的短路造成电流增加，导致交流发电机的温度增加，这会对风轮机的可靠性造成不利影响。0009另外，US6703718中公开的输出功率控制可能对具有相对低的最大输出功率的风轮机有用，。

12、但由于散热量而似乎不能很好地适用于具有较高额定功率的风轮机。发明内容0010鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的总体目的是提供一种改善的风轮机，并且具体地，提供一种更适用于需求相对高功率的脱机应用的风轮机。0011根据本发明的第一个方面，通过用于生成电能以供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置的水平轴风轮机来实现这些和其他目的，该风轮机包括转子，具有与其机械连接以将动力风能转换成转子以转速的旋转的多个叶片；发电机，包括静止部分和连接到转子以用于与静止部分相互作用来将转子的旋转转换成供应给能量存储装置的电能的可旋转部分；传感器，用于感测转子的转速和用于输出指示该转速的信号；制动系统，可控制地。

13、与转子相互机械作用来减小转子的转速；以及处理电路，可操作地连接到传感器和制动系统以用于评估由传感器输出的信号，以及如果转速高于预定阈值，用于控制制动系统以通过与转子的相互机械作用来减小转速。说明书CN102099572ACN102099583A2/8页50012能量存储装置可以是能够存储电能的任何装置，诸如各种类型的一个或多个电池PB电池、锂离子电池等或电容器。0013如上面在背景技术部分中已经简要讨论的，对风轮机提出了特别的要求，以在包括具有有限能量存储能力的能量存储装置的脱机应用中使用。这对于需要相对高功率的脱机应用更是如此，为了环境利益，该高功率应该由风轮机尽最大可能地供应。这种脱机应用。

14、的一个示例是给无线通信网络中的基站里的电信设备供电，在该无线通信网络中，基站可以位于远程和/或不能进入的位置和/或现有电网不可靠。0014在这种相对高功率的脱机应用其中需要高的服务可靠性中，风轮机应该具有相对高的最大功率、具有非常高的占空因数和应该具有可控输出功率，以防止损坏总供电系统中所包括的其他组件诸如整流器、电池等。0015本发明基于满足上述需求的风轮机还需要非常高效可靠地控制风轮机的输出功率，以及这可以通过响应于风轮机中所包括的控制单元来使用机械制动系统得到实现。0016这样，由风轮机输出的电能中非常快和可靠的减小可以在没有任何不规则供电的情况下得以实现。0017而且，减少转子的转速时。

15、所生成的热量可以在比发电机更适合该任务的结构中被耗散。因此，可以增加风轮机的可靠性，以及可以增加能被耗散的热量。0018因此，对于脱机应用而言，根据本发明的风轮机能够比现有技术风轮机具有更高的最大额定功率，现有技术风轮机使用发电机中的绕组短路来实现输出功率控制。0019应该注意，转子的转速被减少到非零转速，该非零转速通常在转速的阈值处或稍微低于转速的阈值，由此电能的生成可以在即使很强的风的情况下也能有效进行。0020包括在风轮机中的处理电路还可以被配置成当风轮机附设ATTACHTO到支撑结构时输出用于控制风轮机相对于支撑结构的旋转的信号，从而能够控制从风轮机供应的电能。通过相对于风轮机所附设到。

16、的支撑结构来旋转风轮机，由包括在风轮机中的叶片所限定的平面与风向之间的角度可以被改变，由此可以控制电能的供应。0021如下面进一步描述的，这种风轮机相对于其附设到的支撑结构的旋转可以由被包括在还包括风轮机的供电系统中的外部控制器来控制。为了安全和/或可靠性的原因，然而，在包括在风轮机中的处理电路中，本地处理对风轮机的旋转的控制是有利的。这样，改变可以被快速地影响，并且如果需要的话，可以独立于外部控制器和风轮机之间的数据通信。从而，可以保证能够将风轮机供应的电能持续地控制到安全水平，即使在不规则的情况下，诸如外部控制器中的故障或延时或者外部控制器和风轮机之间的通信故障或干扰。0022为了进一步改。

17、善风轮机的可靠性，风轮机可以另外包括辅助电源，诸如电池和/或太阳能电池，从而保证将功率不中断地供应给设备，诸如包括在风轮机中的处理电路。0023有利地，风轮机可以被配置成以低于3M/S的启动风速来开始生成电能。由此，可以实现风轮机的高占空因数，这导致高的平均功率输出，该高的平均功率输出是脱机应用的重要因素。本领域技术人员应当意识到，有多种方式可以将风轮机配置成获得这种低启动风速。0024根据本发明的各种实施方式，例如，下面的特征可以独立地或结合起来实施以实现所需的低启动风速0025轻质量叶片；说明书CN102099572ACN102099583A3/8页60026最优化的叶片设计；0027发电。

18、机的直接驱动；以及0028风轮机所有移动部分的低惯量。0029叶片可以具有翼面AIRFOIL翼剖面WINGPROFILE，该翼面的高和宽之间的比例小于15。通过提供这种薄的叶片，与传统的叶片设计相比可以降低叶片的质量。0030叶片可以是中空的，这也降低了叶片的质量。0031实现具有上述薄翼面的中空叶片的一个方法是使用碳纤维技术来制造叶片。由此，和相同长度的传统叶片大约重5080KG相比，示例性的叶片大约重15KG。0032在所有其他因素不变的情况下，具有更轻叶片的风轮机将以更低的风速开始旋转。0033而且，通过“扭转TWIST”每个叶片使得邻近风轮机的轮毂HUB的翼面与在叶片自由端处的翼面之间。

19、的角度为至少30，每个叶片的最接近轮毂的部分可以用于捕捉风而不是如同常规风轮机的叶片那样用作叶片的实际不活动部分。用于脱机应用的风轮机的另一个所需特征是对于高达最大风速的所有风速而言近似最佳效率，从而产生预定的最大输出功率。根据本发明的一个实施方式，这可以通过给每个叶片沿其总长度的至少百分之七十提供基本上不变的翼面来实现。0034这种构造已被证实在与上述叶片的扭转相结合方面特别有利。由此，可以在叶片的长度上实现最佳的所谓攻角也被称为入射角，从而对于不同的风速都产生高效。0035为了进一步改善风轮机的效率，发电机的可旋转部分和静止部分中的至少一者可以包括多个永磁铁。而且，发电机的可旋转部分可以被。

20、附设到转子上，以防止因提供齿轮箱或类似装置而造成的传输损耗，所述齿轮箱或者类似装置通常用在常规风轮机中。0036而且，包括在风轮机中的制动系统有利地可以为水压制动系统，该水压制动系统包括附设到转子的盘和附设到包括在风轮机中的静止结构的至少一个测径器。0037通过提供这种制动系统，可以以精确地控制方式来实现快速有效的制动，同时能够极好地散热。为了还能够进一步增加散热能力，可以给盘通风。0038为了能够应对意外情况，诸如控制系统的电力故障、“正常”制动系统的功能丧失、与任何外部控制系统的通信丧失等，根据本发明的风轮机可以有利地被提供有分离的紧急制动系统，该紧急制动系统可以被弹簧式地加载SPRING。

21、LOADED以确保它的防故障操作。0039例如，可以使用被安排成与附设到转子的盘相互作用的测径器来实施紧急制动系统。0040而且，根据本发明的风轮机有利地可以包括在供电系统中，该供电系统用于将电能供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置，该供电系统还包括连接到风轮机和能量存储装置的控制器以用于控制该供电系统的操作，其中风轮机附设到支撑结构和能连接到用于将电能供应到风轮机的能量存储装置。0041风轮机可以可旋转地连接到支撑结构上，并且供电系统还可以包括可控制驱动单元，用于启动风轮机相对于支撑结构的受控旋转。0042而且，控制器可以被配置成响应于供电系统的状态来控制驱动单元改变包括在风轮机中的叶片。

22、所定义的平面与风向之间的角度。通过改变叶片的平面和风向之间的角度，说明书CN102099572ACN102099583A4/8页7可以控制从风轮机输出的电能。当叶片的平面的法线与风向一致时可输出最大功率，并且任意其他的角度都会使得输出功率减少。0043对叶片和风向之间的角度的这种控制可以通过直接控制驱动单元来进行，或者更优选地，可以经由包括在风轮机中的处理电路来进行。0044根据本发明的第二个方面，通过用于控制供电系统以将电能供应给具有有限能量存储能力的能量存储装置的方法来实现上述和其他目的，该供电系统包括根据上述权利要求中的任意一者的安装在支撑结构上并可连接到能量存储装置的风轮机，该能量存储。

23、装置用于将电能供应给风轮机，该方法包括以下步骤获取指示供电系统的状态的数据；以及控制包括在风轮机中的叶片所定义的平面与风向之间的角度，从而基于所获取的数据来控制来自风轮机的电能供应。0045应该注意，根据本发明的方法绝不局限于以任何特定顺序来执行该方法的步骤。0046指示供电系统的状态的数据有利地可以包括指示能量存储装置的当前能量存储水平的能量存储数据。0047而且，根据本发明的方法还可以包括以下步骤通过与转子的相互机械作用来减少风轮机的转子的转速。0048由此，例如通过使用水压制动系统保证了实现来自风轮机的输出功率的快速减少，同时风轮机相对于风向旋转到叶片的平面与风之间的期望角度。当达到所述。

24、期望角度时，可以释放机械制动，并且风轮机可以自由操作以供应期望的减少的输出功率。0049通过当前的第二实施方式所获得的其他变形和效果与上述结合本发明的第一实施方式所述的那些变形和效果非常类似。0050另外，可以通过被配置成当运行于包括在根据本发明的供电系统中的控制器上时执行根据本发明的方法的步骤的计算机程序，来实现上述和其他目的。附图说明0051现在参考附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，所述附图示出了本发明的当前优选实施方式，其中0052图1A图1B示意性地示出了用于无线通信网络中的基站的示例性掩蔽所；0053图2示意性地示出了根据本发明实施方式的示例性风轮机；0054图3A图3C示意性。

25、地示出了图2中的风轮机的示例性叶片构造；0055图4是示意性地示出了图2中的风轮机的示例性性能的图示；0056图5是示意性地示出了根据本发明实施方式的包括风轮机的供电系统的框图；0057图6A图6E是示意性地示出了在示例性场景中对图5中供电系统中的风轮机的控制的图示；0058图7是示意性地示出了根据本发明的方法的优选实施方式的流程图。具体实施方式0059图1A图1B示意性地示出了作为根据本发明实施方式的风轮机和供电系统的示例性应用的用于基站的示例性掩蔽所。0060术语“掩蔽所”在此不仅用于指示实际上掩蔽基站的电信设备的罩，还用于指示掩说明书CN102099572ACN102099583A5/8。

26、页8蔽向基站供电的供电系统的罩。0061参考图1A，其中显示了掩蔽所1的外部概况，掩蔽所1包括容纳电信设备图1中未示出的罩2、支撑用于无线电通信的传输设备诸如一个或多个天线4和风轮机5的桅杆3。如图1A中所示意性示出的，该掩蔽所还包括太阳能电池板6形式的另外的依赖于气候的电源、和辅助电源，所述太阳能电池板6由罩2支撑，所述辅助电源在此指柴油/生物燃料发电机7。0062如图1B中所示意性示出的，其中显示了没有安装任何电信设备的情况下罩2的内部视图，掩蔽所1的供电系统还包括以电池排列形式提供的能量存储装置。该电池排列容置在绝热柜8中。罩中的空间，除了绝热柜外，构成用于容纳电信设备的第一空间。另一方。

27、面，绝热柜8构成与第一空间热绝缘的第二空间。0063该掩蔽所还被提供有气候控制系统，该气候控制系统包括用于冷却电信设备的空气循环系统图1B中未示出和用于冷却安装在绝热柜8内的电池的空调系统9。空气循环系统通过从外部向罩中引入空气来冷却电信设备。对于多数安装地点，该空气循环系统不需要配备有活动的冷却空气。0064图1A图1B中示出的基本思想尤其适用于在边远地区中使用，在该边远地区中，从电网向基站供电是不可行的。然而，该思想也可以有利地用于世界的更发达地区，以用于降低由基站的功耗引起的温室气体的排放。0065实际上，通常供电系统的每个部署地点，尤其是图1A图1B中示意性示出的基站掩蔽所1的部署地点。

28、，对供电系统具有其自己唯一的要求。而且，每个诸如基站中的电信设备这样的功耗装置对供电系统具有特别的要求。0066为了给每组条件或需求提供合适的系统，应当基于以下考虑来修改图1A图1B的基本思想，例如功耗装置的功率需求、场所的可达性、该场所处的气候条件、可用辅助电源的类型、功耗装置的占空因数需求和各种成本问题。0067基于所有这些需求，针对特定应用来衡量DIMENSION供电系统。基于光电太阳能电池的特定价格、场所处的平均风条件、本地人员成本、燃料成本等，来自依赖于气候的电源和辅助电源的能量的特定混合是最佳的。在各种实施方式中，这种混合通常可以是随着时间总平均电能的大约80来自依赖于气候的电源以。

29、及大约20来自辅助电源。当然，能量存储装置的大小和其他性质也是衡量过程中要考虑的参数。0068图2示意性地示出了根据本发明实施方式的风轮机，该风轮机尤其适用于脱机应用，诸如图1A图1B中的掩蔽所1。0069参考图2，图2中的风轮机10是具有三个叶片11A11C的水平轴风轮机，该三个叶片11A11C经由轮毂13附设到转轴12上。转轴12被轴承15A15B固定在外壳14内部的位置上。而且，发电机17的可旋转部分附设到转轴12上。如图2中所示，可旋转部分16直接连接到转轴12上，而不是如通常的常规风轮机的情况那样经由齿轮箱连接到转轴12。0070而且，发电机17包括静止部分18，该静止部分18包括相。

30、对大量的永磁铁。如图2中所示，发电机17相当窄并且具有相对大的直径，这使得发电机17能够以可旋转部分16的低转速来高效地工作。0071由于叶片11A11C的特别构造，所以省略了齿轮箱并且发电机17的设计使得能够以可旋转部分16的低转速以及从而转轴12的低转速有效地生成电能，所以风轮机10说明书CN102099572ACN102099583A6/8页9以非常低的启动风速来开始生成电能，并且在高达最大风速的所有风速处都是有效的。0072由于风轮机10的设计使得风轮机10即使在风力条件有小的改变的情况下也能快速反应，所以需要有效的制动系统。对于其中没有电网来倾卸其中的过量能量的情况尤其如此。0073。

31、为此，风轮机10包括机械水压制动系统，该机械水压制动系统包括附设到转轴12的盘21和附设到外壳14的第一测径器22。第一测径器22可由“机载ONBOARD”控制系统图2中未示出基于来自传感器图2中未示出的用于确定转轴12的转速的信号来控制。这样，可以安全有效地防止来自风轮机10的电能的过量供应。0074除了水压制动系统，风轮机10还包括弹簧式加载的紧急制动系统，该紧急制动系统包括另外的第二测径器23，该第二测径器23与盘21自动啮合以在故障条件的情况下诸如水压制动系统中的水压压力丧失使转轴12停止。0075通过水压制动系统，来自风轮机10的输出功率可以被快速并可靠地减少，而不会对输出功率的质量。

32、产生不利影响。0076这样，可以通过使用水压制动系统暂时降低转轴12的转速来应对突然的阵风。当阵风过去后，第一测径器22被控制以释放盘21，从而允许风轮机10以最大效率继续生成电能。0077然而，如果由于诸如增加的风力水平或由于由风轮机10供电的能量存储装置被完全充电的现象，需要以更长的时间常数来减少风轮机10的输出功率，则连续地操作水压制动系统不会是最佳的。0078所以，图2中的风轮机10旋转地安装在支撑结构25这里是电信桅杆的形式上，并且可以相对于支撑结构25而旋转以改变由叶片11A11C定义的平面与风的当前方向之间的角度。0079为此，在桅杆25上提供驱动单元26。驱动单元26可以由控制。

33、单元该控制单元可以包括在风轮机10中或者可以被提供在包括风轮机10的供电系统中来控制以旋转风轮机10。通过改变叶片11A11C所定义的平面与风向之间的之前为最佳角度的角度，可以降低输出功率而不需要对转轴12进行连续地机械制动或电制动。0080参考图3A3C，现将详细描述包括在图2的风轮机10中的叶片11A11C的构造。0081为了达到特定类型脱机应用的最佳性能或接近最佳的性能，图2中的风轮机10意于应用于该特定类型脱机应用，本发明人发现叶片11A11C可以有利地沿叶片11A的几乎整个长度上具有基本相同的翼面30。对翼面30的这种选择使风轮机10能够以非常低的启动风速来开始生成电能。0082当风。

34、速增加时，图2中的转轴12的转速也增加。所以，叶片11A的尖端31的速度变得比叶片11A的基部32的速度要高得多。0083因而，在叶片11A与空气之间的产生的所谓攻角根据沿叶片11A的位置、翼面30、风速和得到的转轴12的转速而不同。0084对于图2中风轮机10的特性而言，本发明人发现图3C所示的叶片11A的扭转将会提供沿叶片11A的攻角的最佳分布。0085通过风轮机10的上述构造，可以获得大约2M/S的非常低的启动风速以及一直高达大约8M/S的有效操作，如图4中的图示所示。说明书CN102099572ACN102099583A7/8页100086下面，将参考图5中的示意框图来描述根据本发明实。

35、施方式的包括风轮机10的供电系统40的操作。在图5中，空心箭头指代电能流，而实心箭头指代控制信号路径。0087在风轮机10的操作期间，生成的AC功率被馈送给用于将AC功率转换成DC功率的整流器41。DC功率被馈送给能耗装置42诸如基站中的电信设备和能量存储装置在此是电池排列43的形式。0088为了基于供电系统40所包括的不同装置的状态来控制供电系统40的操作，供电系统40还包括控制器44。0089如上面结合图2所述的，风轮机10还具有机载控制系统，该机载控制系统包括控制单元45、用于感测转轴12的转速的传感器46、水压制动系统47和紧急/备用制动系统48。0090为了最大化供电系统40的可靠性。

36、，机载控制单元45被配置成如果传感器46指示转速高于预定阈值则激活水压制动系统47以减少转轴12的转速。机载控制单元45的该操作独立于供电系统40的剩余部分而进行。从而，可以防止损坏供电系统中的风轮机10和其他装置诸如整流器41，即使在供电系统40中出现错误或者即使在外部控制器44和风轮机10中的控制单元45之间存在通信失灵。0091当风轮机10的输出功率应该被减少到低于以预定最大转速所获得的功率时，例如由于电池排列43被完全充电，则供电系统40的控制器44向机载控制单元45发送信号以减少转轴12的转速。响应于该信号，机载控制单元45激活水压制动系统47，直到传感器46指示已经达到所需转速。0。

37、092随后或同时，控制器44经由机载控制单元45来控制驱动单元26，以使风轮机10相对于风向旋转足够的角度，从而在不激活水压制动系统47的情况下获得所需输出功率。0093如果控制器44发送错误状态的信号或者在电源故障、到机载控制单元45的通信丧失等等的情况下，紧急制动系统48被自动和自主地激活以迅速停止转轴12的旋转，从而防止风轮机10进一步生成电能。0094在已经描述了根据本发明实施方式的包括风轮机10的示例性供电系统40的基本功能构造之后，现在将参考图6A6E中的示意性图示来描述示例性情况中的风轮机10的控制。0095图6A的图示示意性地示出了根据示例性场景的作为时间的函数的风速。在该图示。

38、中，启动风速VSTART由虚线表示。0096图6B和图6C中的图示分别示意性地示出了电池排列43的充电水平和使用风轮机10的水压制动系统47所施加的制动功率。在图6B的图示中，电池排列的最大充电水平由虚线表示。0097图6D的图示示出了风轮机10相对于风向的角度，其中0指代针对风轮机10的最大输出功率的风向，以及图6E的图示示出了作为时间的函数的风轮机10的输出功率。0098在由图6A6E所示出的当前示例中，T0时的条件如下0099风速低于风轮机10的启动风速图3A以及电池43没有被完全充电图3B。因而，风轮机10的叶片11A11C是静止的并且风轮机10没有输出功率。0100随后，风速增加，以。

39、在时间T0时达到启动风速VSTART。直到时间T0，风轮机10没有产生过功率，并且由于能耗装置42已经消耗了功率，所以电池43的充电水平已被减小图说明书CN102099572ACN102099583A8/8页113B。然而，在T0处，风轮机10开始产生电能，如图6E中所示。0101在时间T1，电池43已被充电到其最大充电水平图6B，这由外部控制器44感测。控制器44将控制信号发送到机载控制单元45，该机载控制单元45暂时激活水压制动系统47如图6C所示，并且控制器44将控制信号发送到驱动单元26以使风轮机10相对于风向旋转。当风轮机10已旋转合适的角度时，如图6D中所示，水压制动系统47被控制。

40、以释放转轴12图6C。0102在时间T2，有一股突然的阵风图6A，如果不采取行动则该阵风将会造成很大的电流达到仍然被完全充电的电池43图6B。为了防止这点，外部控制器44将控制信号发送给机载控制单元45，以激活水压制动系统47图6C。由阵风和风速的不稳定增加造成转速/输出功率的上升，所以风轮机10与风向的角度被维持图6D。0103随后，在时间T3，电池43的充电水平不再处于其最大水平，从而更多功率可以从风轮机10被输送。同时，风速减低图6A。然而，通过将风轮机10旋转回0，输出功率可以稍微增加图6E。0104在本示例性情况下，风速然后变化图6A并从风轮机10获得相应的变化的输出功率图6E直到时。

41、间T4，在时间T4，风速已达到如此的水平以至于已经达到预定最大转速以及因此达到最大输出功率，在该最大转速之上，诸如整流器41之类的装置将被损坏。所以在时间T4，机载控制单元45控制水压制动系统以暂时减少转轴12的转速，同时外部控制器44控制驱动单元26将风轮机10旋转到输出功率被限制在最大允许额定值的角度。0105最后，现在将参考图7中的流程图描述根据本发明的用于控制图5中的供电系统的方法的优选实施方式。0106在第一步骤71中，外部控制器44获得指示供电系统40的状态的数据，诸如指示电池排列43的充电水平的数据、指示风轮机10供应的功率的数据等。0107基于该所获取的数据，在步骤72中，外部。

42、控制器44将控制信号发送到机载控制单元45，用于指示控制单元45控制水压制动系统47与转轴12机械啮合，从而减少转轴12的转速，直到已获得所需输出功率。0108随后，在步骤73中，外部控制器44控制驱动单元26改变风轮机10相对于风向的角度，从而达到对输出功率的长期减少。0109在步骤74中，在已将风轮机10旋转到期望角度后，控制水压制动系统以释放转轴12。0110本领域技术人员应当意识到，本发明绝不局限于上述优选实施方式。例如，在此所述的机载控制器45与外部控制单元44之间的责任划分可以以任何方向被转移。例如，机载控制单元45可以控制驱动单元26来控制风轮机10的旋转。说明书CN102099。

43、572ACN102099583A1/8页12图1A图1B说明书附图CN102099572ACN102099583A2/8页13图2说明书附图CN102099572ACN102099583A3/8页14说明书附图CN102099572ACN102099583A4/8页15图3C说明书附图CN102099572ACN102099583A5/8页16图4说明书附图CN102099572ACN102099583A6/8页17图5说明书附图CN102099572ACN102099583A7/8页18图6说明书附图CN102099572ACN102099583A8/8页19图7说明书附图CN102099572A。