为了使得风能设备工作，最好使得风状况恒定，且风尽可能平行于 转子轴吹风能设备。实际上，这种理想情况通常不会发生，而是风状况 必定会不断地改变。根据经验，对于风能设备来说，当风斜吹风能设备 时会产生特别大的负荷。转子叶片于是在转动期间视角度位置而定受到 不同的负荷。这引起振动，振动会从转子叶片沿着转子轴一直传递到风 能设备的基底中。
由DE 102006034106A1已知一种方法，根据该方法，当斜攻角 度即在即时的风向和转子轴之间的角度过大时，减小转子转速。尽管该 方法基本上会有助于减小风能设备的负荷，但由于减小转速所依据的标 准非常简单，即使风能设备实际上根本没有受到特殊的负荷，通常也减 小转子转速。这导致不必要的生产中断。

基于开头部分所述的现有技术，本发明的目的在于，提出一种方法 和一种装置，借此可以目标准确地防止由斜吹引起的风能设备负荷。该 目的通过独立权利要求的特征得以实现。有利的实施方式见从属权利要 求。
根据本发明，在该方法中，除了表示在风向和风能设备的转子轴方 向之间的偏差的斜攻值外，还确定表示风能设备的负荷状态的负荷值。 利用函数关系从负荷值和斜攻值计算出整体负荷值。该函数关系如下： 整体负荷值根据负荷值和斜攻值单一地改变。在整体负荷值已超过第一 极限值之后，减小风能设备的转子转速。当整体负荷值高于第一极限值 而且还超过取决于风能设备的整体负荷的第二极限值时，切断风能设 备。当超过第一或第二极限值时，可以直接减小转子转速并切断风能设 备。替代地可以规定，在减小转速或者切断风能设备之前，必须超过第 一或第二极限值预定的时间段。
首先说明一些概念。斜吹系指风向在水平的和/或垂直的方向上偏 离于转子轴的方向。斜攻值基于一个或多个风向测量值。在最简单的情 况下，斜攻值相应于在即时测得的风向和转子轴之间的角度。斜攻值可 以基于多个测量值来确定，例如通过产生区域上的或时间上的平均值来 确定。可以设置简单平均、滑动平均，或者也可以设置非线性平均。对 于非线性平均而言，可以将表明在风向和转子轴方向之间的很大的偏差 的测量值比例过大地、例如二次幂、三次幂或指数地考虑用于求平均。 此外可以在斜攻值中考虑：风向随着哪个角速度改变。采用何种方式来 得到风向测量值并不重要。测量值可以基于风向旗的位置。也可以从相 邻的风能设备的测量值求得关于风向的信息。另一种可行方案在于，使 得一种细长的带有弹性的部件受到风吹，并测量该部件朝向哪个方向弯 曲。风向也可以借助于超声风速表来确定。
风能设备所承受的负荷反映在可在风能设备上检测的不同的值中。 因此风能设备的负荷例如随着转子转速的上升或者随着发电机功率的 增加而增大。风能设备的一种特殊的负荷也可以通过如下方式来表述， 即风能设备的工作参数处于预定的范围之外。此外风能设备的负荷也可 以反映在转子叶片的负荷、应力或变形中，反映在风能设备部件的负荷、 应力、变形或振动中，反映在转子叶片的节距角(Pitchwinkel)或者 塔头的加速度中。也可以考虑间接地确定风能设备的负荷，例如由风力 推断出风能设备的负荷。但实际上很难精确地测量风速。根据本发明有 待确定的负荷值基于描述风能设备负荷的测量值。在负荷值中可以考虑 风能设备的一个或多个状态或特性的测量值。
在整体负荷值、斜攻值和负荷值之间的函数关系在如下情况下被单 一地表示，即如果整体负荷值沿着同一方向变化，如果斜攻值描述斜吹 的增强(Anstieg)，如果负荷值描述风能设备负荷的增加。在最简单 的情况下，斜攻值和负荷值如下规定，即当斜吹增强或者负荷增加时， 斜攻值和负荷值较大。于是单一的函数关系可以如下设计，即整体负荷 值既随着斜攻值的增加而增加，又随着负荷值的增加而增加，因此取决 于两个变量的函数增加量到处都大于等于零。在大致不改变技术效果的 情况下，函数关系也可以如下设计，即整体负荷值随着斜吹的增强和随 着负荷的增加而单一地降低。此外在不改变技术效果的情况下，可以如 下规定斜攻值和/或负荷值，即斜攻值和/或负荷值随着斜吹的增强或者 随着风能设备负荷的增加而减小。
“超过直接地或间接地取决于风能设备整体负荷的第二极限值”这 种表述恰好涉及两种在技术上等效的情况。在第一种情况下，在整体负 荷值已经超过第二极限值之后，切断风能设备，其中相比于第一极限值， 第二极限值相应于风能设备的较大的整体负荷。在第二种情况下，在风 能设备的由于转速减小而改变的参数已经超过预定的极限值之后，切断 风能设备。如果在超过第一极限值之后用整体负荷值表示的整体负荷继 续增加，则采取减小整体负荷的措施。例如可以与斜攻值成比例地和/ 或与负荷值成比例地和/或与整体负荷值成比例地来减小转速。该措施 又会引起参数改变。如果参数现在超过预定的极限值，则切断设备。该 切断标准仅在如下情况下适合，即整体负荷值同时也具有能用作切断标 准的值。但在形式上切换并不直接取决于整体负荷值。如果例如由于整 体负荷继续增加超出第一极限值而减小转子转速，则可以考虑低于转速 下限作为切断标准。也可以考虑低于功率下限等。
在本发明的方法中，多个方面相互逻辑连接。借助于整体负荷值基 于斜攻值和负荷值来估计风能设备实际上受到哪些负荷，由此根据如下 标准来判定减小转子转速：该标准非常贴近应被影响的因素、即风能设 备的整体负荷。与现有技术不同，转子转速的减小不再仅仅取决于如下 标准：该标准尽管表明风能设备的整体负荷，但当风能设备的整体负荷 仍处于可接受的范围内时通常也会导致转子转速的减小。本发明的方法 由此实现：相比于现有技术，可以采取更加目标精确地减小转子转速的 措施。
本发明还发现，斜吹会引起风能设备的负荷尖峰，负荷尖峰会对风 能设备及其部件的寿命产生非常不利的影响。负荷尖峰例如在如下情况 下出现，即风能设备以额定功率或者略低于额定功率工作，且风突然变 为朝向另一方向，从而转子例如以45°的角度被斜吹。特别紧要的是， 风向改变伴随着风速的增加(一股强风)。这种状况使得风能设备受到 大的负荷，从而不能一次性地短期地接受这种状况。利用根据本发明确 定的风能设备整体负荷能够发现这种负荷尖峰并能够切断风能设备。尽 管此点也会导致生产中断，但由此引起的损失小于风能设备寿命缩短所 带来的损失。在这种情况下因此也可以比现有技术更加目标精确地对斜 吹做出反应。在现有技术中尽管已经提出在斜吹增强时切断风能设备 (US 2006/0002791A1)，本发明的目的是能够目标精确地对斜吹做出 反应，然而US 2006/0002791A1什么都没做，因为它恰恰缺少对不同 的负荷状况做出不同的反应的构思。
本发明特别是可以实现：在特别紧要的额定风速、即风能设备恰好 达到额定功率时的风速的范围内，非常精确地检测风能设备的整体负 荷，且在斜吹增强时使得风能设备工作，从而可靠地避免不允许的负荷， 但同时使得所产生的能量最多，即特别是在额定风速范围内可以使得风 能设备贴近其允许的负荷极限来工作。此点采用已知的方法是无法实现 的。
在本发明的方法的最简单的情况下，如果基于负荷值的测量值(例 如转子转速)低于预定的值(例如半个额定转速)，则使得负荷值等于 零；如果测量值高于预定的值，则使得负荷值等于1。相应地，如果所 基于的测量值(例如在即时的风向和转子轴之间的角度)低于第一预定 的值(例如30°)，则使得斜攻值等于0；如果测量值高于第一预定的 值，则使得斜攻值等于1；如果测量值高于第二预定的值(例如45°)， 则使得斜攻值等于2。然后整体负荷值可以通过负荷值与斜攻值的乘积 来计算，且如果整体负荷值大于等于1，则减小转子转速；如果整体负 荷值大于等于2，则切断风能设备。值0、1、2仅仅用于说明，可以使 用任意其它数字来实现同样的技术效果，其中这些数字相互间也可以具 有其它大小关系。根据该实施方式，本发明的方法的技术效果可与如下 方法相比拟，即其中将多个逻辑读数相互组合。一个独立权利要求明确 表明，保护主题也包括该实施方式。
斜攻值可以替代地基于多个表示风向的参数来确定。第一参数(例 如风向测量值的正常平均)表示可以通过对转子转速的减小来消除的负 荷状态。第二参数(例如风向测量值的二次幂平均)表示应切断风能设 备时的负荷状态。如果第一参数超过第一预定的极限值，则使得斜攻值 等于1；如果第二参数超过第二预定的极限值，则使得斜攻值等于2。 无需使得第二预定的极限值大于第一预定的极限值。第二预定的极限值 也可以小于或等于第一预定的极限值。在其技术效果上，该方法同样类 似于多个逻辑读数的组合。通过一个独立权利要求明确表明，保护主题 包括该实施方式。
但如果斜攻值和负荷值不仅描述对各个极限值的超过，而且它们如 下确定，即对风能设备整体负荷的相应的贡献越大，它们的值就分别越 大，则本发明的方法明显优于前述实例。于是整体负荷值精确地描述了 风能设备所承受的整体负荷。
如果负荷值基于例如转子转速或发电机功率来确定，则负荷值仅仅 通常表明风能设备的基本负荷。如果基本负荷较大且由斜攻值附加地得 知风能设备被斜吹，则风能设备受到的整体负荷使得有必要减小转子转 速或者切断风能设备。如果采用这种方式来实施本发明的方法，则需要 指出，斜攻值精确地表明风能设备实际上被斜吹。但事实表明，在很多 情况下并非如此。如果使用装设在风能设备上的风向旗来检测风向，则 很小的区域有限的空气涡流会导致风向旗指示出大的斜攻角度。如果斜 攻值基于风向旗的风向测量值，则在这种情况下斜攻值表示较强的斜 吹，尽管转子整体上根本就未受到斜吹。整体负荷值如此之大，以至于 应减小转子转速或者切断风能设备，尽管风能设备实际上仅仅受到基本 负荷。这导致不必要的生产中断。
如果负荷值如下确定，即它同时也用于表明风能设备受到斜吹，则 整体负荷值的判定力可以得到改善。此点例如在使用风能设备部件的应 力来确定负荷值时实现。概念“应力”系指因由外部作用到材料上的力 而引起的材料膨胀、受压或变形。应力可以是周期性的，且为振动的形 式。尽管风能设备部件中的应力也会有其它原因，但已表明，应力通常 与斜吹相关。如果无论基于应力的负荷值还是斜攻值都比较大，则由此 产生的大的整体负荷值明确地表明：风能设备实际上因为斜吹而受到大 的整体负荷。
存在会以特别高的概率与斜吹相关的应力。这种情况例如适用于转 子叶片在转动期间在一定的角度位置明显地比在其它角度位置弯曲时 的应力。转子叶片的弯曲例如可以通过应变片来测量，且负荷值可以由 应变片的测量值来确定。
如果整体负荷值表明如下情况，即风能设备因为斜吹而受到大的整 体负荷，且转子叶片同时也在一定的角度位置明显地比在其它角度位置 弯曲，则可以通过周期性的桨距调节来进一步减小风能设备的整体负 荷。对于周期性的桨距调节而言，为了减小负荷而对转子叶片进行周期 性的桨距调节，其中桨距调节的周期相应于转子的转速。
另一种有助于减小风能设备负荷的方案是，将风能设备重新定向， 从而在风向和转子轴之间的差得到减小。如果在整体负荷值已经超过第 二极限值之后切断了风能设备，则在切断后紧接着开始重新定向。如果 仅仅减小转子转速，则在重新定向风能设备之前，首先可以等待一段短 暂的时间，观察风是否逆转。替代地，当整体负荷值超过第一极限值时， 也可以紧接着开始定向。即使没有超过极限值，也可以借助整体负荷值 来判定，是否要重新定向风能设备。
如果风向改变且同时风力增强，则风能设备会受到特殊的负荷。因 为风力增强会导致转速在短期内上升，所以可以通过如下方式来考虑这 种情况，即基于转子转速的增加来确定负荷值。如果在额定功率下通过 控制使得转速保持恒定，则负荷值可以替代地例如基于转矩的增加或者 另一应力的增加来确定。
如果整体负荷值超过第一极限值，则由本发明的方法规定的反应可 以是，将转子转速减小恒定的量。例如，可以将转子转速由100％的额 定转速减小至90％的额定转速。替代地，转子转速可以连续地或者以多 个梯级来减小，从而整体负荷值超过第一极限值越多，转子转速低于额 定转速就越多。如果接下来又超过了第二极限值，则可以直接发出切断 信号，该切断信号引起将风能设备切断。同样可行的是，如果整体负荷 值超过第二极限值，则降低转子转速，从而转子转速低于转速下限。在 低于转速下限时，切断风能设备。低于转速下限因此是间接地与第二极 限值逻辑连接的切断信号。
如果整体负荷值超过第一极限值，则除了转子转速外，还可以减小 发电机功率。可以考虑减小恒定的量，例如由100％的额定功率减小至 85％的额定功率。替代地，发电机功率可以连续地或者以多个梯级来减 小，整体负荷值超过第一极限值越多。为了避免在风能设备工作中的突 然改变，优选通过斜坡状的给定值减小来减小转速或功率，也就是说， 在预定的斜坡时间内，例如在5s内将转速给定值从100％减小至80％。
为了将生产中断保持得较少，最好将风能设备以减小的转速工作的 时间段保持得尽可能短。如果整体负荷值下降到第一极限值以下，则可 以考虑立即又提高转子转速。然而在风没有规律的情况下，这会导致转 子转速不断地忽高忽低。因此优选的是，在整体负荷值低于第一极限值 长达预定的持续时间、特别是20秒、优选10秒、进一步优选5秒时， 才停止减小转速。替代地，也可以在整体负荷值低于第一极限值预定的 量(滞后)时，才停止减小转速。如果风非常没有规律，则可以优选使 得风能设备以减小的转子转速再工作一段较长的时间。此点例如可以如 下进行，即在预定的一段时间内，只能重复地停止一定次数的转速减小， 例如在120分钟内最多停止10次转速减小，在其它情况下保持使得风 能设备转速减小持续另外120分钟。
本发明的装置包括用于从风向计的测量值中求得斜攻值的第一分 析单元和用于从负荷传感器的测量值中求得负荷值的第二分析单元。另 外设置有计算模块，该计算模块从负荷值和斜攻值中计算出整体负荷 值。计算模块利用一种函数关系，按照这种函数关系，整体负荷值(G) 根据负荷值(B)和根据斜攻值(S)单一地改变。最后，该装置包括控 制单元，如果整体负荷值高于第一极限值，则该控制单元减小风能设备 的转子转速；如果还超过取决于整体负荷的第二极限值，则该控制单元 切断风能设备。
负荷传感器可以是用于转子转速的传感器，或者是用于发电机功率 的传感器。负荷传感器也可以是用于转子叶片的负荷、应力和/或弯曲 的传感器、用于加速度的传感器或者用于振动的传感器。负荷传感器也 可以是用于塔、转子轴、转子叶片或风能设备其它部件的负荷、应力或 变形的传感器。
风向计可以是风向旗或者超声风速表，它们可以设置在风能设备上 或者设置在其它位置。风向测量值特别是可以来自于另一风能设备。优 选该另一风能设备沿着风向观察位于本发明的装置的风能设备之前。风 向计可以如下设计，即它例如利用在旁侧安装在吊厢上的带有水平旋转 轴的风向旗，除了能确定水平的风向外，还能确定垂直的风向。
控制单元可以如下设计，即在超过第一或第二极限值时，控制单元 紧接着减小转子转速或者切断设备。替代地，控制单元可以如下设计， 即首先等待预定的一段时间。为了测量该段时间，可以设置有传统的计 算器或者双向计数器。

下面对照附图借助有利的实施方式举例地说明本发明。图中示出：
图1示出本发明的装置；
图2为图1的风能设备的部件的示意图；和
图3-5示出用于确定斜攻值和负荷值的实例。

图1中的风能设备10包括设置在塔11上的带有转子13的吊厢12。 转子13包括三个转子叶片14，其桨距(Pitch)可调节，以便调节转子 13的转速。在吊厢12上装设有风向旗15形式的风向计以及必要时的未 示出的风速表形式的风速计。
在风能设备10的前面设有杆16，在杆16的顶端上设置有另一风向 旗17以及风速计18。风向计17和风速计18的测量值被检测，并通过 线缆19被传输至风能设备10。替代于测量杆，地面支撑的能够测量轮 毂高度的风速的设备(例如激光雷达或声雷达)也比较适合。
根据图2，在风能设备10中设置有分析单元20，该分析单元从风 向旗15和17的测量值中求得斜攻值。为此分析单元20首先求得在风 向旗15和风向旗17的风向值之间的平均值，然后给如此求得的平均值 设定斜攻值。
风能设备10还包括两个负荷传感器21、22，所述负荷传感器检测 关于风能设备10的即时负荷的测量值。例如，负荷传感器21可以是用 于转速的传感器，负荷传感器22可以是用于转子叶片14的弯曲的传感 器。负荷传感器21、22的测量值被传输至第二分析单元23。分析单元 23综合负荷传感器21、22的测量值，并给这些测量值设定负荷值B。
在分析单元20中确定的斜攻值S和在分析单元23中确定的负荷值 B被传输至计算模块24。计算模块24利用函数关系从斜攻值S和负荷 值B计算出整体负荷值G。函数关系在这种情况下是相乘，因而整体负 荷值G等于斜攻值S和负荷值B的乘积。
整体负荷值G被传输至风能设备10的控制单元25。控制单元25包 括计数器26和比较模块27。在比较模块27中将整体负荷值G持续地与 第一预定的极限值和第二预定的极限值比较。计数器26确定整体负荷 值G位于第一或第二极限值以上的持续时间。
所述装置例如可以用于如下确定斜攻值S和负荷值B，即如果风能 设备以额定转速运转且如果风以大于30°的角度α吹转子13，则整体 负荷值G大于第一极限值。如果在控制单元25中确定该状态存在的时 间长于15秒，则控制单元25将风能设备的转速减小至额定转速的90 ％。如果风能设备10以额定转速运转且风以大于60°的角度α吹转子 13，则整体负荷值G超过第二预定的极限值。如果在控制单元25中确 定该状态存在的时间长于2秒，则控制单元25发出切断风能设备的指 令。
替代地，整体负荷值G可以如下来确定，即在斜攻角度α大于30 °且负荷传感器21通报转子转速上升的持续时间长于3秒时，第一极 限值被超过。这同样在控制单元25中引起将转子转速减小至额定转速 的90％的指令。如果风能设备已被调节至新的转子转速，则开始风跟踪， 即使得风能设备10朝向新的风向。
如果控制单元25中的计数器26接下来确定整体负荷值G再次低于 第一极限值的时间为5秒，则控制单元25发出将转子转速再次提高至 额定转速的指令。
图3至5示出本发明的方法的其它实施方式。在图3中分析单元20 如下设计，即当斜攻角度α在0°和30°之间时给斜攻值S(α)设定值0， 当斜攻角度α在30°和45°之间时设定值1，当斜攻角度α超过45° 时设定值2。当转子转速ω低于半个额定转速ω额定时，在分析单元23 中给负荷值B(ω)设定值0，当转子转速ω高于半个额定转速ω额定时设 定值1。代替半个额定转速ω额定，80％或90％的额定转速极限也已表明 是合适的。整体负荷值G(B、S)计算为负荷值B(ω)和斜攻值S(α)的 乘积。第一极限值为1，第二极限值为2。当整体负荷值G(B、S)大于 等于1时，降低转子转速，当整体负荷值G(B、S)大于等于2时，切 断风能设备10。
根据图4的实施方式，负荷值B(p)根据发电机功率p来确定，其中 负荷值B(p)在低于半个额定功率p额定时等于0，在高于半个额定功率p 额定时等于1。当α在40°和60°之间时斜攻值S(α)的值为1，当α大于 60°时斜攻值S(α)的值为2。第一极限值为1，第二极限值为2。代替 半个额定功率，65％和80％的极限额定功率也已表明是有益的。
在图5中示出在斜攻值S(α)和斜攻角度α之间的比例关系。当转子 转速ω低于半个额定转速ω额定时，负荷值B(ω)的值为0。在半个额定 转速ω额定和一个额定转速ω额定之间，负荷值B(ω)与转子转速ω成比例 地上升。在额定转速ω额定上方，负荷值B(ω)的值为4。整体负荷值G(B、 S)同样计算为斜攻值S(α)和负荷值B(ω)的乘积。第一极限值为4，第 二极限值为6。
例如当风能设备10高于额定转速工作(B(ω)＝4)且斜攻角度α略 小于30°(S(α)＝1)时，第一极限值被超过。当风能设备10以90％的 额定转速ω额定工作(B(ω)＝2)且斜攻角度α约为35°(S(α)＝2)时， 第一极限值同样被超过。例如在90％的额定转速(B(ω)＝2)和45°的 斜攻角度α(S(α)＝3)的情况下，第二极限值被超过。
为了进行说明，这里选用了简单的实例，从而负荷值B仅仅取决于 转子转速或发电机功率。根据其它实施方式，负荷值B取决于测量值， 这些测量值本身可以表明斜吹。在这种情况下，所述测量值例如涉及风 能设备10中的振动、风能设备10的部件的应力或者转子叶片14的弯 曲或应力。
根据其它实施方式，负荷值由多个测量值的逻辑连接求得，例如也 可以采用多个极限读值的逻辑与或者逻辑或的形式求得，或者利用复杂 的具有多个参数的数学函数求得，该函数作为数学模型反映了整体负荷 的实际情况。用于整体负荷的基本数学模型在现有技术中是已知的，例 如以商业上的模拟程序的形式被公开。在此，除了前述用于负荷的测量 参数外，优选测量参数特别是也可以为诸如功率、转速、转矩、叶片角 度、桨距变度(叶片调节系统的变度，其例如可通过叶片角度的标准偏 差来检测)的工作参数以及诸如风速、风向、涡流强度、风梯度、空气 密度、温度的环境参数。这种逻辑连接的特别优选且简单的实施方式例 如规定，当转子转速大于额定转速的80％、特别是90％和/或功率大于 额定功率的65％、特别是80％以及斜吹极限值被附加地超过时，减小 转子转速。