Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage und die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Windenergieanlage.

Windenergieanlagen sind bekannt und sie sind heutzutage aus einem Turm mit darauf angeordneter Gondel mit einem großen aerodynamischen Rotor aufgebaut. Durch den dre- henden Rotor kann die Windenergieanlage, was insbesondere den Turm betrifft, in Schwingung versetzt werden. Problematisch kann das werden, wenn damit eine Resonanzfrequenz angeregt wird.

Um dem Problem zu begegnen, ist es bekannt, eine Windenergieanlage so zu steuern, dass sie einen solchen Drehzahlbereich möglichst auslässt. Bei drehzahlvariablen Wind- energieanlagen, wovon auch die Erfindung ausgeht, erhöht sich die Drehzahl im Teillastbetrieb mit zunehmender Windgeschwindigkeit. Um dabei eine kritische, resonanzanregende Drehzahl auszulassen, kann die Windenergieanlage so gesteuert werden, dass der entsprechende kritische Drehzahlbereich möglichst schnell durchfahren wird. Ein solches Konzept kann aber in dem Bereich zu einem ungünstigen Wirkungsgrad führen. Ein schnel- les Durchfahren eines solchen kritischen Drehzahlbereichs bei ansteigendem Wind, also ansteigender Drehzahl, bedeutet nämlich, dass in dem Bereich zunächst nur die Drehzahl erhöht wird, ohne die Leistung zu erhöhen, um dadurch nämlich schnell diesen Drehzahlbereich zu durchsteuern. Entsprechend kann das Resultat eine Leistungseinbuße sein.

Besonders problematisch kann in dieser Hinsicht sein, wenn der vorherrschende Wind etwa in dem Bereich ist, bei dem die kritische Drehzahl auftreten würde. Dann besteht die Gefahr, dass die Windenergieanlage häufig zwischen einem Drehzahlbereich unter und einem Drehzahlbereich über der kritischen Drehzahl hin und her steuert. Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 100 16 912 C1 , US 2009/0292397 A1 , US 2014/0327243 A1 , US 4,700,081 A, WO 2012/139584 A1 und WO 2017/036481 A1. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der vorstehend genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung geschaffen werden, bei der ein Betrieb der Windenergieanlage in einem Resonanzpunkt vermieden wird bei gleichzeitig möglichst hohem Wirkungsgrad. Zumindest soll zu bisher bekannten Lösungen eine Alternative vorgeschlagen werden. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Demnach wird ein Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage vorgeschlagen und dem liegt eine Windenergieanlage mit einem aerodynamischen Rotor mit in ihrem Blattwinkel verstellbaren Rotorblättern zugrunde. Die Windenergieanlage ist dabei drehzahlvariabel. Durch das Verstellen der Rotorblätter in ihrem Blattwinkel kann die Entnahme von Leistung aus dem Wind beeinflusst werden.

Das Verfahren betrifft den Teillastbereich, der auch als Teillastbetrieb bezeichnet werden kann, in dem die Windenergieanlage noch keine Nenndrehzahl oder Nennleistung erreicht, weil auch der Wind noch keine Nennwindgeschwindigkeit erreicht. Die Rotordrehzahl liegt somit in diesem Bereich unterhalb einer Nenndrehzahl und die Abgabeleistung der Wind- energieanlage unterhalb einer Nennleistung. Die Abgabeleistung ist hierbei diejenige Leistung, die der Generator der Windenergieanlage abgibt.

Zum Steuern der Windenergieanlage in diesem Teillastbereich wird grundsätzlich eine Drehzahl-Leistungskennlinie verwendet. Diese gibt einen Zusammenhang zwischen einer sich in Abhängigkeit des vorherrschenden Windes einstellenden Rotordrehzahl und einer sich dazu einstellenden Abgabeleistung vor. Insbesondere wird die Windenergieanlage dabei so gesteuert, dass jeder Rotordrehzahl unterhalb der Nenndrehzahl eine Abgabeleistung zugeordnet ist. Je nachdem, welche Rotordrehzahl gerade anliegt, wird dann eine entsprechende Abgabeleistung eingestellt. Entspricht diese Abgabeleistung genau der mechanischen Leistung, die in dem Moment dem Wind entnommen werden kann, stellt sich ein stabiler Betriebspunkt mit der Rotordrehzahl und der eingestellten Abgabeleistung ein. Andernfalls verändert sich die Drehzahl und die Abgabeleistung wird entsprechend nachgestellt, bis sich ein solcher stabiler Betriebspunkt einstellt. Dadurch folgt der Betriebspunkt auch Änderungen der Windgeschwindigkeit. Ein wichtiger Teil des Betriebs der Windenergieanlage im Teillastbereich ist somit das ständige Einstellen der Abgabeleistung gemäß der Drehzahl-Leistungskennlinie. Dazu wird nun aber vorgeschlagen, dass die Drehzahl-Leistungskennlinie im Bereich einer zu vermeidenden Problemdrehzahl einen Hysterese-Bereich aufweist. In diesem Hysterese-Bereich liegt somit keine eindeutige Drehzahl-Leistungskennlinie mehr vor und der Betriebspunkt in dem Hysterese-Bereich hängt von wenigstens einer weiteren Bedingung ab, nämlich davon, wo der Betriebspunkt unmittelbar vorher war.

Die zu vermeidende Problemdrehzahl kann besonders eine die Resonanzfrequenz der Windenergieanlage anregende Rotordrehzahl sein. Es wird somit im Grunde vorgeschla- gen, dass sich die Betriebskennlinie für den Bereich dieser Problemdrehzahl aufteilt. Dadurch kann dieser Problemdrehzahl bei ansteigender Drehzahl, also bei ansteigendem Wind, anders begegnet werden, als bei abfallender Drehzahl, also bei abfallendem Wind. Es ist nun möglich, die Problemdrehzahl auf unterschiedliche Art und Weise zu vermeiden, wobei dadurch jeweils ein Weg mit einem hohen Wirkungsgrad gewählt werden kann. Es ist auch zu beachten, dass grundsätzlich statt der Verwendung der Abgabeleistung auch ein Drehmoment, nämlich eines, das zwischen Läufer und Stator des Generators wirkt, verwendet werden kann. Die Leistung P entspricht dem Produkt des Drehmoments M mit der Drehzahl n (P = M x n). Bei konstanter Drehzahl n, wovon spätestens im eingeschwungenen Zustand ausgegangen werden kann, unterscheiden sich das Drehmoment und die Leistung somit nur durch einen Faktor. Somit wird als eine grundsätzliche Alternative vorgeschlagen, statt der Drehzahl-Leistungskennlinie eine Drehzahl-Drehmomentkennlinie zu verwenden. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass in dem Hysterese-Bereich das Einstellen der Abgabeleistung, bzw. des Drehmoments, über eine Drehzahlregelung erfolgt, indem die Rotordrehzahl durch Einstellen der Abgabeleistung auf einen vorbestimmten Drehzahlsollwert geregelt wird. Es wird somit vorgeschlagen, in dem Hysterese-Bereich die Drehzahl-Leistungskennline, die auch als Betriebskennlinie bezeichnet werden kann, anders umzusetzen, als außerhalb des Hysterese-Bereichs. Außerhalb des Hysterese-Bereichs wird nach einer festen Vorgabe, die nämlich durch die Drehzahl-Leistungskennlinie festgelegt ist, die Abgabeleistung in Abhängigkeit der Drehzahl eingestellt. Jeder Rotordrehzahl ist dabei eine Abgabeleistung zugeordnet.

Im Hysterese-Bereich wird aber besonders jeweils für einen Teilzweig der Hysterese eine Drehzahl als Drehzahlsollwert vorgegeben. Dadurch können auch in diesem Hysterese- Bereich senkrechte Zweige auftreten, also Kennlinienzweige, in denen einem Drehzahlwert mehrere Abgabeleistungen über diese Senkrechte zugeordnet sind. Hier erfolgt dann keine Einstellung der Abgabeleistung, sondern ein Regeln der Rotordrehzahl auf den jeweiligen Drehzahlsollwert. Das funktioniert besonders so, dass einer Drehzahlerhöhung über den aktuellen Drehzahlsollwert in dem Hysterese-Bereich durch eine Erhöhung der Abgabeleistung entgegengewirkt wird. Dadurch wird die Drehzahl auf dem in dem Moment vorge- geben Drehzahlsollwert gehalten, während die Abgabeleistung dazu in ihrer Höhe schwanken kann. Anschaulich gesprochen wird dadurch der Betriebspunkt auf einem senkrechten Zweig des Hysterese-Bereichs der Betriebskennlinie gehalten, wobei sich der Betriebspunkt auf diesem senkrechten Kennlinienzweig, je nach Windgeschwindigkeit, auf und ab bewegen kann. Anders als in dem übrigen Bereich der Betriebskennlinie wird in diesem Hysterese-Bereich somit nicht in Kauf genommen, dass die Drehzahl sich abhängig der Windgeschwindigkeit auf einen neuen Wert einstellt, sondern hier wird dem durch das Einstellen der Abgabeleistung entgegen gewirkt.

Entsprechend erhöht sich auf einem solchen Hysterese-Zweig bei zunehmender Windge- schwindigkeit die Abgabeleistung, während die Drehzahl aufgrund der durchgeführten Regelung konstant bleibt, jedenfalls im Idealfall. Auch dieses Verfahren ist grundsätzlich identisch, zumindest gleichwirkend über das Einstellen des Drehmoments statt der Abgabeleistung durchführbar. Grundsätzlich kann ein Hysterese-Zweig auch synonym als Hysterese- Abschnitt bezeichnet werden, und umgekehrt. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass in dem Hysterese-Bereich der Blattwinkel in Abhängigkeit der Abgabeleistung eingestellt wird. Auch hier kann anstelle der Abgabeleistung das eingestellte Drehmoment verwendet werden. Dadurch kann erreichtwerden, dass der Arbeitspunkt, der sich auf einem solchen Hysterese-Zweig einstellt, mit möglichst gut angepasstem Blattwinkel arbeitet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Veränderung der Abgabeleistung bei konstanter Drehzahl auch bedeutet, dass trotz konstanter Drehzahl eine Variation der Windleistung vorliegt, denn die Abgabeleistung entspricht im stationär eingestellten Zustand im Wesentlichen der Leistung, die aus dem Wind entnommen wird. Das bedeutet auch wiederum, dass bei gleicher Drehzahl auf diesem Hysterese-Zweig die Windgeschwindigkeit variiert und es variiert zwangsläufig die Schnell- laufzahl. Dazu wird vorgeschlagen, den Blattwinkel an die veränderte Schnelllaufzahl anzupassen, um aerodynamisch möglichst optimal zu arbeiten. Dabei wurde auch erkannt, dass statt einer Messung der Windgeschwindigkeit, die regelmäßig Ungenauigkeiten unterworfen ist, die Verwendung der eingestellten Abgabeleistung, gleiches gilt für ein statt- dessen eingestelltes Drehmoment, zweckmäßig ist. Der Blattwinkel kann in dem Hysterese-Bereich auch in Abhängigkeit der Drehzahl eingestellt werden, um dadurch die aerodynamische Situation in dem Hysterese-Bereich zu verbessern. Dabei kann die Einstellung des Blattwinkels bevorzugt auch abhängig der Abgabeleistung und der Drehzahl erfolgen, oder in Abhängigkeit einer beobachteten aerodyna- mischen Leistung.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Hysterese-Bereich von einer vorbestimmten unteren Grenzdrehzahl, die unterhalb der Problemdrehzahl liegt, bis zu einer oberen Grenzdrehzahl reicht, die oberhalb der Problemdrehzahl liegt. Insbesondere wird hier vorgeschlagen, dass diese Grenzdrehzahlen so gelegt werden, wenn die Prob- lemdrehzahl eine Resonanzdrehzahl ist. Dadurch kann diese Resonanzdrehzahl bzw. ganz allgemein die Problemdrehzahl, auf einfache Art und Weise ausgespart werden, zumindest im Wesentlichen ausgespart werden.

Vorzugsweise wird der Hysterese-Bereich in einige, insbesondere vier Hysterese-Abschnitte unterteilt, nämlich einen ersten bis vierten Hysterese-Abschnitt. Der erste Hysterese-Abschnitt bezeichnet dabei einen, der für Rotordrehzahlen unterhalb der Problemdrehzahl bis zu einer oberen Grenzleistung ansteigt, alternativ bis zu einem oberen Grenzmoment ansteigt. Die Rotordrehzahl liegt somit für diesen ersten Hysterese- Abschnitt unterhalb der Problemdrehzahl und insbesondere weist sie hier einen festen Wert auf, der auch als untere Grenzdrehzahl bezeichnet werden kann. Der Hysterese-Ab- schnitt ist somit insbesondere ein im Wesentlichen senkrechter Abschnitt vor der Problemdrehzahl.

Der zweite Hysterese-Abschnitt schließt sich an den ersten Hysterese-Abschnitt an und reicht bis zu einer Rotordrehzahl oberhalb der Problemdrehzahl. Da sich der zweite Hysterese-Abschnitt an den ersten anschließt, weist der zweite Hysterese-Abschnitt somit die obere Grenzleistung bzw. das obere Grenzmoment auf. Er beginnt bei einer Rotordrehzahl unterhalb der Problemdrehzahl. Von hier aus verläuft dieser zweite Hysterese-Abschnitt zu einer Rotordrehzahl oberhalb der Problemdrehzahl. Insbesondere bildet dieser zweite Hysterese-Abschnitt einen im Wesentlichen waagerechten Abschnitt, nämlich mit im Wesentlichen konstanter Abgabeleistung. Dazu ist zu erwähnen, dass ein solcher waagerechter Hysterese-Abschnitt nicht dazu vorgesehen ist, dass sich auf ihm stationäre Betriebspunkte befinden. Vielmehr sollte sich idealerweise der Betriebszustand vom Ende des ersten Hysterese-Abschnitts sprunghaft, zumindest möglichst schnell zum Ende des zweiten Hysterese-Abschnitts verändern. Eine sprunghafte Veränderung ist natürlich unphysikalisch, denn dazu müsste die Drehzahl auf einen höheren Wert springen. Der waagerechte Hysterese-Abschnitt ist aber dazu vorgesehen, dass diese Änderung von geringeren zur höheren Rotordrehzahl schnell erfolgt. Da sich dieser zweite Hysterese-Abschnitt an den ersten anschließt, bedeutet das besonders, dass dieser zweite Hysterese-Abschnitt dann beschritten, nämlich möglichst schnell durchschritten wird, wenn mehr Leistung verfügbar ist, als die obere Grenzleistung bzw. ein größeres Drehmoment vorhanden ist, als das obere Grenzmoment.

Mit dieser überschüssigen Leistung bzw. diesem überschüssigen Drehmoment kann der Rotor der Windenergieanlage dann schnell auf den höheren Drehzahlbereich am Ende des zweiten Hysterese-Abschnitts beschleunigt werden. Dadurch wird die Problemdrehzahl schnell durchschritten, wobei aber durch den vorgeschalteten ersten Hysterese-Abschnitt zunächst die Windenergieanlage in einen Betriebspunkt hoher Leistungsabgabe gebracht wurde, statt sie auf niedriger Leistung zu halten und bei solch niedriger Leistung ohne Hys- terese-Bereich die Problemdrehzahl zu Durchsteuern. Daher kann durch diesen Hysterese-Bereich ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, trotz dieses Durchsteuerns des Bereichs der Problemdrehzahl.

Der dritte Hysterese-Abschnitt bezeichnet einen bis zu einer unteren Grenzleistung oder einem unteren Grenzmoment abfallenden Zweig für Rotordrehzahlen oberhalb der Prob- lemdrehzahl. Dieser dritte Hysterese-Abschnitt wird somit besonders dann beschritten, wenn die Abgabeleistung bereits vergleichsweise hoch war und auch die Rotordrehzahl bereits hoch war, nun aber, besonders wegen abfallenden Windes, die Leistung und Drehzahl gemäß der Betriebskennlinie wieder geringer werden. Drehzahl und Leistung fallen also ab und dieser dritte Hysterese-Abschnitt erreicht dann, dass die Drehzahl in einem gewissen Abstand oberhalb der Problemdrehzahl gehalten wird und dort zunächst nur die Abgabeleistung abfällt, gleiches gilt für das Drehmoment als Alternative. Auch hier wird dann besonders vorgeschlagen, dass über das Einstellen der Abgabeleistung bzw. des Drehmoments die Drehzahl auf einen Sollwert oberhalb der Problemdrehzahl ausgeregelt wird. Eine solche Regelung führt dazu, dass bei abfallendem Wind diese Drehzahl zu- nächst diesen vorgegebenen Wert des dritten Hysterese-Abschnitts behält, während die Abgabeleistung weiter abfällt. Sobald die Abgabeleistung die untere Grenzleistung erreicht bzw. das Drehmoment das untere Grenzmoment, kann dann diese immer noch vergleichsweise hohe Rotordrehzahl nicht mehr gehalten werden und es schließt sich somit der vierte Hysterese-Abschnitt an. Auf dem vierten Hysterese-Abschnitt fällt dann die Rotordrehzahl unterhalb der Problemdrehzahl ab. Dabei kann die Abgabeleistung zunächst gleich bleiben. Somit ist, anschaulich gesprochen, der dritte Hysterese-Abschnitt im Wesentlichen, zumindest bevorzugt, senkrecht und der vierte Hysterese-Abschnitt, der sich daran anschließt, im Wesentlichen bzw. bevorzugt waagerecht. Auch für den vierten Hysterese-Abschnitt ist, wie für den zweiten Hysterese-Abschnitt, nicht vorgesehen, dass dieser stationäre Betriebspunkte bezeichnet, sondern dass sich der Betriebspunkt möglichst schnell entlang dieses vierten Hysterese-Abschnitts verändert.

Hier kann übrigens besonders beim Verändern des Betriebspunktes entlang des vierten Hysterese-Abschnitts ein Teil der Rotationsenergie zum Abbremsen des Rotors abgegeben werden.

Zusammenfassend wird somit vorzugsweise für den ersten und dritten Hysterese-Abschnitt jeweils eine Drehzahlregelung mit Hilfe der Abgabeleistung oder alternativ des Drehmoments vorgeschlagen. Durch diese Regelung stellen sich entsprechende Betriebspunkte auf diesen Abschnitten ein, die je nach vorherrschender Windgeschwindigkeit auch dauerhaft eingenommen werden können.

Die beiden vorzugsweise waagerechten Abschnitte, nämlich der zweite und vierte Hysterese-Abschnitt, sind dafür vorgesehen, dass der jeweilige Betriebspunkt möglichst schnell von einer geringen Rotordrehzahl unterhalb der Problemdrehzahl auf eine hohe Drehzahl oberhalb der Problemdrehzahl wechselt, bzw. umgekehrt. Herrscht eine Windgeschwindigkeit vor, zu der eigentlich ein Betriebspunkt mit einer Drehzahl im Bereich der Problemdrehzahl gehört, stellt sich bei der vorgeschlagenen Betriebskennline mit Hysterese-Bereich dennoch ein im Wesentlichen stabiler Betriebspunkt ein, nämlich auf dem ersten Hysterese-Abschnitt, wenn die Drehzahl zuvor auch schon unterhalb der Problemdrehzahl lag, oder auf dem dritten Hysterese-Abschnitt, wenn die Drehzahl vorher auch schon oberhalb der Problemdrehzahl lag.

Für die Drehzahlregelung und auch für andere Regelungsaspekte, wie eine später noch beschriebe Umschaltung zwischen Hysterese-Abschnitten, kann eine Leistung oder alternativ ein Drehmoment verwendet werden. Hier kommen grundsätzlich die folgenden vier Größen in Betracht, die grundsätzlich gleichwirkend und unter Berücksichtigung ihrer Zusammenhänge austauschbar sein können: 1. Die Abgabeleistung, die die Leistung bezeichnet, die der Generator erzeugt bzw. abgibt, alternativ kann das auch die Leistung bezeichnen, die die Windenergieanlage abgibt, ist somit eine elektrische Größe und kann auch als elektrische Leistung P _ei bezeichnet werden. Die Abgabeleistung kann meist, zumindest indirekt, gemes- sen werden.

2. Das mechanische Drehmoment Tmech, das das Moment bezeichnet, das auf den Rotor wirkt. Es kann durch einen nachfolgend noch beschriebenen Zustandsbeobachter erfasst werden.

3. Die mechanische Leistung Pmech, die die Leistung bezeichnet, die der Rotor um- setzt. Sie lässt sich aus dem mechanischen Drehmoment Tmec _h und der Drehzahl n berechnen, nach der Formel: Pmech=Tmech*n.

4. Das elektrische Drehmoment T _e i, das ein Drehmoment bezeichnet, das im Generator vorhanden ist, insbesondere zwischen Stator und Läufer, also elektrodynamischem Rotor des Generators. Es kann aus der elektrischen Leistung Pei und der Drehzahl n berechnet werden nach der Formel: T _ei =Pei/n.

Sofern das nicht anders dargestellt ist, kommt immer dann, wenn wenigstens eine dieser vier Größen beschrieben ist, jede andere der übrigen Möglichkeiten in Betracht. Lediglich das mechanische Drehmoment und die mechanische Leistung werden bevorzugt als durch einen Zustandsbeobachter beobachtete Größen verwendet. Die beiden elektrischen Grö- ßen, nämlich das elektrische Moment und die elektrische Abgabeleistung, können in der Regel mit ausreichender Genauigkeit und ausreichender Geschwindigkeit ohne Zustandsbeobachter erfasst werden.

Auch für die Drehzahl-Leistungskennlinie gelten diese Erläuterungen zur Bedeutung der Leistung und das kann sinngemäß auch auf eine Drehzahl-Drehmomentkennlinie übertra- gen werden, die alternativ zur Drehzahl-Leistungskennlinie verwendet werden könnte. Das gilt für jegliche Ausführungsformen. Als jeweils einzustellendes Drehmoment wird grundsätzlich ein elektrisches Generatormoment vorgeschlagen, insbesondere für jegliche Ausführungsformen, die vorschlagen, ein Drehmoment einzustellen. Insoweit ein Drehmoment, besonders ein oberes oder unteres Grenzmoment, als Eingangsgröße berücksichtigt wird, kann dieses auch das elektrische Generatormoment betreffen, vorzugsweise wird dafür aber vorgeschlagen, das mechanische Drehmoment des Rotors des Generators zu be- trachten. Grundsätzlich unterscheiden sich das elektrische Generatormoment und das mechanische Drehmoment des Rotors des Generators in ihrem dynamischen Verhalten, sind im stationären Zustand aber als gleich oder annähernd gleich anzusehen.

Es ist auch zu beachten, dass jegliche Ausführungsformen, die eine Drehzahl-Leistungs- kennlinie betrachten, besonders solche, die die Windenergieanlage basierend auf der Drehzahl-Leistungskennlinie steuern, dennoch ein Drehmoment als Eingangsgröße berücksichtigen können. Insbesondere vorgeschlagene Umschaltungen zwischen Hysterese- Bereichen in Abhängigkeit eines Grenzmomentes können auch bei jeglichen Ausführungsformen Berücksichtigung finden, die eine Steuerung basierend auf einer Drehzahl-Leis- tungskurve durchführen. Umgekehrt gilt sinngemäß das gleiche für Steuerungen, die basierend auf einer Drehzahl-Drehmomentkennlinie durchgeführt werden. Auch diese können Leistungswerte als Eingangsgrößen berücksichtigen.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der erste Hysterese-Abschnitt von der unteren Grenzdrehzahl, wenn also besonders eine ansteigende Rotordrehzahl die untere Grenzdrehzahl erreicht, bis zu der oberen Grenzleistung bzw. bis zum oberen Grenzmoment ansteigt, insbesondere bei im Wesentlichen gleichbleibender Rotordrehzahl. Diese gleichbleibende Rotordrehzahl wird dabei vorzugsweise als Drehzahlsollwert vorgegeben. In diesem ersten Hysterese-Abschnitt wird dann besonders die Rotordrehzahl ausgeregelt und entsprechend ergibt sich im Wesentlichen ein senkrechter Abschnitt für den ersten Hysterese-Abschnitt.

Außerdem, zumindest alternativ, wird vorgeschlagen, dass der zweite Hysterese-Abschnitt bis zu einer oberen Grenzdrehzahl verläuft, insbesondere bei im Wesentlichen gleichbleibender Leistung bzw. gleichbleibendem Drehmoment. Der zweite Hysterese-Abschnitt verläuft somit im Wesentlichen waagerecht von der unteren zur oberen Grenzdrehzahl. Ein stabiler Betriebspunkt stellt sich dort nicht ein. Vielmehr ist dieser zweite Hysterese-Abschnitt nur dazu vorgesehen, dass sich die Drehzahl möglichst schnell von der unteren Grenzdrehzahl zur oberen Grenzdrehzahl verändert. Die Problemdrehzahl wird dadurch schnell durchschritten.

Außerdem, zumindest alternativ, ist für den dritten Hysterese-Abschnitt vorgesehen, dass er von der oberen Grenzdrehzahl, wenn also besonders eine abfallende Rotordrehzahl die untere Grenzdrehzahl erreicht, bis zur unteren Grenzleistung bzw. bis zum unteren Grenzmoment abfällt, insbesondere bei im Wesentlichen gleichbleibender Rotordrehzahl. Hierbei liegt also der Fall zugrunde, dass die Rotordrehzahl von oberhalb der Grenzdrehzahl kommt und auf einem Kennlinienabschnitt ohne Hysterese bis zur oberen Grenzdrehzahl abfällt. Dann wird besonders diese obere Grenzdrehzahl als Drehzahlsollwert vorgegeben und dieser wird ausgeregelt. Bei weiter abfallendem Wind bedeutet das, dass die Abgabeleistung bzw. das Drehmoment, verringert wird, um die Rotordrehzahl auf dieser oberen Grenzdrehzahl als Sollwert zu halten. Dieser dritte Hysterese-Abschnitt verläuft somit im Wesentlichen senkrecht, nämlich bei der oberen Grenzdrehzahl.

Außerdem oder zumindest alternativ verläuft der vierte Hysterese-Abschnitt bis zu der unteren Grenzdrehzahl, also von der oberen Grenzdrehzahl zur unteren Grenzdrehzahl. Dazu wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Abgabeleistung bzw. das Drehmoment gleich bleibt und entsprechend dieser vierte Hysterese-Abschnitt waagerecht verläuft.

Für den Fall, dass im ersten Hysterese-Abschnitt die Windgeschwindigkeit wieder abfällt und sich der Betriebspunkt dabei wieder an den Anfang des ersten Hysterese-Abschnitts bewegt, wird vorgeschlagen, dass dann auch die im ersten Hysterese-Abschnitt vorgesehene Drehzahlregelung wieder beendet wird und bei weiter abfallendem Wind der Betriebs- punkt dann auf einem Teil der Betriebskennlinie geführt wird, der nicht mehr Teil des Hysterese-Bereichs ist.

Ganz ähnlich verhält es sich auch bei dem dritten Hysterese-Abschnitt, der bei ansteigender Windgeschwindigkeit auch wieder zu einem Kennlinienabschnitt verlassen werden kann, bei dem die Rotordrehzahl oberhalb der oberen Grenzdrehzahl liegt. Auch hier wird dann vorgeschlagen, dass die Drehzahlregelung beendet wird.

Dabei ist auch zu beachten, dass üblicherweise bei ansteigendem Wind, wenn sich der Betriebspunkt auf dem ersten Hysterese-Abschnitt befindet und dessen Ende erreicht, also die obere Grenzleistung erreicht, zunächst die Drehzahlregelung bestehen bleibt, wobei der Drehzahlsollwert sprunghaft von der unteren Grenzdrehzahl zur oberen Grenzdrehzahl verändert wird. Wenn nicht ausgerechnet in diesem Moment die Windgeschwindigkeit wieder abnimmt, wird aber unmittelbar im Anschluss daran auch die Drehzahlregelung beendet, wenn nämlich die Abgabeleistung bzw. das Drehmoment weiter ansteigt. Damit wird auch der Hysterese-Bereich verlassen. Der Betriebspunkt befindet sich dann auf der Betriebskennlinie oberhalb des Hysterese-Bereichs, also für Drehzahlen oberhalb der oberen Grenzdrehzahl und für Abgabeleistungen oberhalb der oberen Grenzleistung. Ganz ähnlich verhält es sich, wenn sich bei abfallendem Wind der Betriebspunkt auf dem dritten Hysterese-Abschnitt bewegt und durch die Drehzahlregelung die Drehzahl auf einem Wert in Höhe der oberen Grenzdrehzahl gehalten wird, während die Abgabeleistung auf einen Wert in Höhe der unteren Grenzleistung abfällt. Dann wird hier die Drehzahlre- gelung beibehalten, aber der Drehzahlsollwert ändert sich dann sprunghaft von der oberen Grenzdrehzahl zur unteren Grenzdrehzahl. Dadurch wandert der Betriebspunkt entlang des vierten Hysterese-Abschnitts zur unteren Grenzdrehzahl. Auch hier wird sich bei weiter abfallendem Wind die Abgabeleistung weiter verringern, was zum Beenden der Drehzahlregelung führt. Damit wird dann auch der Hysterese-Bereich nach unten verlassen und der Betriebspunkt weiter auf der Betriebskennlinie in einem Bereich unterhalb des Hysterese- Bereichs geführt.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage so betrieben wird, dass bei zunehmendem Wind bis zu einer bzw. der unteren Grenzdrehzahl eine Abgabeleistung gemäß der Drehzahl-Leistungskennlinie eingestellt wird. Ab der unteren Grenz- drehzahl wird dann bei weiter zunehmendem Wind die Rotordrehzahl im Wesentlichen konstant gehalten und die Abgabeleistung erhöht. Das erfolgt besonders durch die genannte Drehzahlregelung. So arbeitet die Steuerung dann, bis die Abgabeleistung die obere Grenzleistung erreicht hat bzw. das obere Grenzmoment erreicht wird. Ist diese obere Grenzleistung bzw. das obere Grenzmoment erreicht, wird die Rotordrehzahl bis zu der oberen Grenzdrehzahl erhöht. Das kann sofort erfolgen aber vorzugsweise wird vorgeschlagen das erst nach Abwarten einer vorgegebenen Umschaltverzögerung durchzuführen. Innerhalb dieser Umschaltverzögerung kann geprüft werden, ob tatsächlich das Drehmoment bzw. die Abgabeleistung weiterhin so hoch bleibt, andern falls, sollte das Drehmoment bzw. die Abgabeleistung wieder abfallen, kann das Erhöhen der Drehzahl unterblei- ben. Wenn die Drehzahl aber erhöht wird, erfolgt das insbesondere so, dass der Drehzahlsollwert von der unteren Grenzdrehzahl auf die obere Grenzdrehzahl springt. Die Regelung führt dann die Rotordrehzahl gemäß diesem Sollwertsprung entsprechend nach. Je nach Regeleinstellung erhöht sich dabei die Rotordrehzahl entsprechend schnell.

Davon ausgehend befindet sich dann der Betriebspunkt im Wesentlichen oberhalb des Hysterese-Bereichs. Nimmt nun der Wind wieder ab, fallen die Rotordrehzahl und die Abgabeleistung auch ab, bis die Rotordrehzahl die obere Grenzdrehzahl im Grunde von oben erreicht hat. Der Betriebspunkt wird entlang dieses oberen Kennlinienzweigs von oben an den oberen Punkt des Hysterese-Bereichs herangeführt. Dazu wird überwacht, ob, also von oben kommend, die obere Grenzdrehzahl erreicht wird. Sobald das der Fall ist, und der Wind weiter abnimmt, wird die Rotordrehzahl im Wesentlichen konstant gehalten, nämlich über eine Drehzahlregelung, die diesen oberen Grenzdrehzahl wert als Drehzahlsollwert hat. Die Abgabeleistung ist somit hier wieder die Stellgröße und die wird sich zum Erreichen dieses Regelungsziels bei weiter abnehmendem Wind verringern, bis sie die untere Grenzleistung erreicht hat. Gleiches gilt natürlich auch für das Erreichen des unteren Grenzmoments, falls das Drehmoment zur Regelung verwendet wird. Ist also diese untere Grenzleistung oder das untere Grenzmoment erreicht, wird die Rotordrehzahl bis zu der unteren Grenzdrehzahl verringert, insbesondere möglichst schnell verringert. Das kann sofort erfolgen aber vorzugsweise wird vorgeschlagen das erst nach Abwarten einer vorgegebenen Umschaltverzögerung durchzuführen. Innerhalb dieser Umschaltverzögerung kann geprüft werden, ob tatsächlich das Drehmoment bzw. die Abgabeleistung weiterhin so niedrig bleibt, andern falls, sollte das Drehmoment bzw. die Abgabeleistung wieder ansteigen, kann das Verringern der Drehzahl unterbleiben. Als Umschaltverzögerung kann hier dieselbe wie für den Übergang vom ersten zum zweiten Hysterese-Abschnitt verwendet werden, oder eine eigene, nämlich eine weitere vorgegebene Umschaltverzögerung. Auch das Verringern der Drehzahl erfolgt dann wieder durch die Drehzahlregelung, bei der der Drehzahlsollwert von der oberen Grenzdrehzahl auf die untere Grenzdrehzahl verändert wird.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Windenergieanlage so be- trieben wird, dass bei Erreichen der oberen Grenzleistung bzw. des oberen Grenzmomentes, nämlich durch ansteigende Windgeschwindigkeit, nach Abwarten der vorgegebenen Umschaltverzögerung, die Rotordrehzahl bis zu der oberen Grenzdrehzahl erhöht und die Abgabeleistung reduziert wird. Dieses Reduzieren der Abgabeleistung hat zur Folge, dass zusätzliche Energie in Rotationsenergie des Rotors umgewandelt werden kann, was zu einem besonders schnellen Anstieg der Rotordrehzahl führt, zumal wenn gleichzeitig auch die Windgeschwindigkeit ansteigt. Dadurch kann die Problemdrehzahl möglichst schnell durchsteuert werden.

Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass bei dem Erreichen der unteren Grenzleistung bzw. des unteren Grenzmomentes, nämlich durch abfallende Windgeschwindig- keit, nach Abwarten der vorgegebenen oder einer weiteren vorgegebenen Umschaltverzögerung, die Rotordrehzahl bis zu der unteren Grenzdrehzahl verringert wird und die Abgabeleistung erhöht wird, um die Problemdrehzahl zu durchsteuern. Hierdurch kann auch bei abfallender Windgeschwindigkeit die Problemdrehzahl schnell durchsteuert werden, weil nämlich durch den Anstieg der Abgabeleistung Leistung bzw. Energie aus dem Rotor ge- nommen und dieser dadurch abgebremst wird. Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass zum Betreiben der Windenergieanlage im Hysterese-Bereich der Drehzahl-Leistungskennlinie ein auf den Rotor wirkendes mechanisches Drehmoment aufgenommen wird. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass ein Zustandsbeobachter zum Aufnehmen des mechanischen Drehmoments verwendet wird, insbesondere um das Erreichen des oberen und/oder unteren Grenzdrehmoments zu erfassen. Insbesondere wird hier vorgeschlagen, dass ein mechanisches Drehmoment beim Betreiben der Windenergieanlage im ersten und/oder dritten Hysterese-Abschnitt des Hysterese-Bereichs beobachtet wird. In dem ersten und dritten Hysterese-Abschnitt führt das Erreichen eines oberen bzw. unteren Grenzdrehmoments zunächst zu einem Um- schalten des Drehzahlsollwerts. Um dies möglichst gezielt auszulösen, wird hier vorgeschlagen, das mechanische Drehmoment zu beobachten, also systemtechnisch zu beobachten. An dieser Stelle kann die Verwendung des mechanischen Drehmoments, insbesondere die Verwendung des beobachteten mechanischen Drehmoments eine Verbesserung, insbesondere Stabilisierung der Regelung im Hysterese-Bereich schaffen. Beson- ders am Ende des ersten Hysterese-Bereichs entscheidet das anliegende Drehmoment darüber, ob die Drehzahl tatsächlich mit dem vorherrschenden Wind auf die obere Grenzdrehzahl erhöht werden kann. Durch die Verwendung der vorgeschlagenen Beobachtung des mechanischen Drehmoments kann dazu ein stabiler Wert ermittelt werden. Der Übergang vom ersten zum zweiten Hysterese-Abschnitt und damit das Erhöhen der Rotordreh- zahl von der unteren zur oberen Grenzdrehzahl kann dadurch sicher gestartet werden.

Ähnliches gilt für den unteren Bereich des dritten Hysterese-Abschnitts, von dem aus über den vierten Hysterese-Abschnitt die Drehzahl schnell verringert werden soll.

Der Zustandsbeobachter kann aber gleichzeitig, besonders basierend auf dem beobachteten Drehmoment, eine mechanische Leistung ermitteln. Besonders kann hier eine vom Generator abgegebene Leistung ermittelt werden. Und diese steht in besonders engem Zusammenhang zu der in dem Moment aus dem Wind entnommenen Leistung, welche durch Berücksichtigung einer Beschleunigungs- oder Abbremsleistung aus der Abgabeleistung bestimmt werden kann. Dadurch kann durch Verwendung eines solches Beobachters die vorgeschlagene Regelung, besonders im Hysterese-Bereich zuverlässig umge- setzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zum Umschalten vom ersten zum zweiten Hysterese-Abschnitt ein von einer Leistung oder einem Drehmoment abhängiges erstes Umschaltkriterium zu Grunde gelegt wird. Vorzugsweise wird auch hier eine elektrische oder mechanische Leistung, insbesondere eine beobachtete mechanische Leistung oder ein elektrisches oder mechanisches Drehmoment, insbesondere ein beobachtetes mechanisches Drehmoment verwendet. Die mechanische Leistung kann auch als Ersatz für eine Abgabeleistung verwendet werden. Im Wesentlichen kann die mechanische Leistung der Abgabeleistung entsprechen, aber besonders sagt die mechanische Leistung, gleiches gilt für das mechanische Moment, mehr über den Zustand des Rotors aus.

Vorzugsweise ist das erste Umschaltkriterium so ausgestaltet, dass zum Umschalten vom ersten zum zweiten Hysterese-Abschnitt eine vorgegebene Umschaltverzögerung abge- wartet wird und das Umschalten dann erfolgt, wenn während der gesamten Umschaltverzögerung eine obere Grenzleistung bzw. ein oberes Grenzmoment erreicht oder überschritten ist. Es wird somit nicht sofort beim Erreichen des betreffenden Grenzwertes umgeschaltet, sondern es wird zunächst geprüft, ob sich der hohe Wert auch hält. Hält er sich nicht, geht die Prüfung von vorne los, sobald der Grenzwert erneut überschritten wird. Hält sich der Wert aber lange genug auf dem hohen Niveau, nämlich für die Dauer der Umschaltverzögerung, so wird dann das Umschalten eingeleitet.

Diese Umschaltverzögerung und auch grundsätzlich alle anderen beschriebenen Umschaltverzögerungen liegen bevorzugt im Bereich von wenigen Sekunden bis Minuten, vorzugsweise in einem Bereich von 5 Sekunden bis zu 5 Minuten, insbesondere im Bereich von 10 Sekunden bis zu 2 Minuten.

Außerdem oder alternativ wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass zum Umschalten vom dritten zum vierten Hysterese-Abschnitt ein von einer Leistung oder einem Drehmoment abhängiges zweites Umschaltkriterium zu Grunde gelegt wird, und insbesondere wird vorgeschlagen, dass das zweite Umschaltkriterium so ausgestaltet ist, dass zum Umschalten vom dritten zum vierten Hysterese-Abschnitt eine bzw. die vorgegebene oder weitere vorgegebene Umschaltverzögerung abgewartet wird und das Umschalten dann erfolgt, wenn während der gesamten Umschaltverzögerung bzw. weiteren Umschaltverzögerung eine untere Grenzleistung bzw. ein unteres Grenzmoment erreicht oder unterschritten ist. Das Umschalten vom dritten zum vierten Hysterese-Abschnitt wird somit sinngemäß so vorgeschlagen, wie das Umschalten vom ersten zum zweiten Hysterese- Abschnitt, wobei dieselbe oder eine andere, nämlich die weitere Umschaltverzögerung verwendet werden kann. Die Größe der Umschaltverzögerung liegt aber vorzugsweise in beiden Varianten in dem genannten Bereich. Das Verwenden eines Umschaltkriteriums, bei dem eine Umschaltverzögerung wie beschrieben verwendet wird, führt auch dazu, dass seltener der kritische Drehzahlbereich durchfahren wird.

Es können nun besonders auf Basis der aus dem Wind entnommenen Leistung, die über den Beobachter bestimmt wird, gleiches gilt für das Drehmoment, auch Kriterien verwendet werden, nach denen eine Umschaltung vom ersten auf den zweiten Hysterese-Abschnitt erfolgt. Gemäß einer Ausführungsform kann somit eine Umschaltung vom ersten auf den zweiten Hysterese-Abschnitt erst dann erfolgen, wenn für eine Umschaltzeit, die als Zeit tmin bezeichnet werden kann, eine Leistung oder ein Drehmoment oberhalb der Grenzleis- tung bzw. des Grenzdrehmoments aus dem Wind entnommen wird bzw. durch den Wind hervorgerufen wird. Gleiches kann für die Umschaltung vom dritten auf den vierten Hysterese-Abschnitt erfolgen. Eine Umschaltung vom dritten auf den vierten Hysterese-Abschnitt wird dann erst eingeleitet, wenn für die Umschaltzeit, oder eine andere Umschaltzeit, also insbesondere für die Zeit tmin eine Leistung oder ein Drehmoment unterhalb der Grenzleis- tung bzw. des Grenzdrehmoments aus dem Wind entnommen wird, bzw. von dem Wind hervorgerufen wird.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der zur Ermittlung des mechanischen Drehmoments und ggf. der verfügbaren Leistung verwendeter Zustandsbeobachter die Drehzahl des Generators und das mechanische Drehmoment des Generators als zu beobachtende Zustandsgrößen aufweist.

Durch die Verwendung der Drehzahl des Generators und des mechanischen Drehmoments des Generators als zu beobachtende Zustandsgrößen kann besonders der momentane Zustand des Generators gut beurteilt werden. Auch das ist besonders vorteilhaft für eine gute und zuverlässige Steuerung der Windenergieanlage in dem Hysterese-Bereich. Vorzugsweise wird ein Verfahren vorgeschlagen, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass der zur Ermittlung des mechanischen Drehmoments verwendete Zustandsbeobachter definiert ist durch die folgende Struktur: in der

J das gemeinsame Trägheitsmoment des Rotors und Generators bezeichnet, w die Drehzahl des Generators ist,

ko und k _T Parameter zur Beeinflussung der Dynamik des Beobachters sind,

Tei als elektrisches Drehmoment bezeichnet wird und sich als Quotient vom Generator abgegebener Leistung P und der Drehzahl w berechnet und

- Tmec _h , das mechanische Drehmoment des Rotors bezeichnet, wobei

die beobachteten Größen mit einem ^A -Zeichen und Ableitungen nach der Zeit mit einem Zeichen gekennzeichnet sind, wobei vorzugsweise eine verfügbare Leistung als Produkt aus beobachteter Drehzahl w und beobachtetem mechanischen Drehmoment T _mech berechnet wird, wobei diese verfügbare Leistung als Abgabeleistung und damit als Kriterium verwendet werden kann, um zu Prüfen, ob sie die obere oder untere Grenzleistung erreicht bzw. über- oder unterschreitet. Die abgegebene Leistung kann einer in einen elektrischen Zwischenspeicher eingespeisten Leistung entsprechen, insbesondere einer in einen Gleichstromzwischenkreis eines Wechselrichters eingespeisten Leistung. Sie kann aber auch einer ins Versorgungsnetz eingespeisten Leistung entsprechen, insbesondere einer durch einen Wechselrichter in ein Versorgungsnetz eingespeisten Leistung.

Durch diese Beobachterstruktur ist auf vergleichsweise einfache Art und Weise, nämlich durch die Verwendung eines Modells zweiter Ordnung, eine effiziente und gleichzeitig zuverlässige Beobachtung der Windenergieanlage und besonders ihres Generators möglich.

Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren dadurch gekenn- zeichnet ist, dass im ersten Hysterese-Abschnitt für die Rotordrehzahl als Drehzahlsollwert die untere Grenzdrehzahl vorgegeben wird und die Rotordrehzahl auf die untere Grenzdrehzahl als Drehzahlsollwert durch Verstellen der Abgabeleistung geregelt wird,

bei Erreichen der oberen Grenzleistung bzw. des oberen Grenzdrehmomentes im ersten Hysterese-Abschnitt in den zweiten Hysterese-Abschnitt gewechselt wird und für die Rotordrehzahl als Drehzahlsollwert die obere Grenzdrehzahl vorgegeben wird, so dass dann die Rotordrehzahl auf die obere Grenzdrehzahl als Drehzahlsollwert durch Verstellen der Abgabeleistung geregelt wird, wobei insbesondere beim Erreichen des zweiten Hysterese-Abschnitts vom ersten Hysterese-Abschnitt aus der Drehzahlsollwert sprungartig von der unteren Grenzdrehzahl auf die obere Grenzdrehzahl erhöht wird,

im dritten Hysterese-Abschnitt für die Rotordrehzahl als Drehzahlsollwert die obere Grenzdrehzahl vorgegeben wird, und die Rotordrehzahl auf die obere Grenzdrehzahl als Drehzahlsollwert durch Verstellen der Abgabeleistung geregelt wird und/oder bei Erreichen der unteren Grenzleistung bzw. des unteren Grenzdrehmomentes im dritten Hysterese-Abschnitt in den vierten Hysterese-Abschnitt gewechselt wird und für die Rotordrehzahl als Drehzahlsollwert die untere Grenzdrehzahl vorgegeben wird und die Rotordrehzahl auf die untere Grenzdrehzahl als Drehzahlsollwert durch Verstellen der Abgabeleistung geregelt wird, wobei insbesondere beim Erreichen des vierten Hysterese-Abschnitts vom dritten Hysterese-Abschnitt aus der Drehzahlsollwert sprungartig von der oberen Grenzdrehzahl auf die untere Grenzdrehzahl verringert wird.

Damit wird besonders erreicht, dass durch die jeweilige Drehzahlregelung der Betriebs- punkt bei gleichzeitiger Ausnutzung eines hohen Wirkungsgrads mit einem gewissen Abstand zur Problemdrehzahl geführt werden kann. Dadurch wird außerdem eine Situation vorbereitet, die das schnelle Umschalten des Drehzahlsollwertes ermöglicht, so dass schnell von einer Drehzahl unterhalb der Problemdrehzahl auf eine Drehzahl oberhalb der Problemdrehzahl gewechselt werden kann bzw. umgekehrt. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Drehzahlregelung des Hysterese-Bereichs beendet wird, wenn die Rotordrehzahl um einen vorbestimmten Schwellwert unter die untere Grenzdrehzahl abfällt, oder die Rotordrehzahl um einen weiteren oder denselben vorbestimmten Schwellwert über die obere Grenzdrehzahl ansteigt. Grundsätzlich sollte die Drehzahlregelung ausschließen, dass die Rotordrehzahl unter die untere Drehzahl abfällt, bzw. über die obere Drehzahl ansteigt. Passiert das aber doch in einem deutlichen Umfang, wenn bspw. eine große, spontane Flaute oder eine große Bö auftritt, kann das ein Kriterium sein, die Drehzahlregelung dennoch zu verlassen. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Drehzahlregelung des Hysterese-Bereichs beendet wird, wenn die Abgabeleistung unter die untere Grenzleistung fällt bzw. über die obere Grenzleistung steigt. Ebenso kann auch das Drehmoment berücksichtigt werden, ob dieses das untere Grenzmoment unterschreitet oder das obere überschreitet. Dies betrifft besonders das Drehmoment des Rotors des Generators, das auch synonym als Generatormoment bezeichnet werden kann. Vorzugsweise wird hierzu das beobachtete mechanische Drehmoment betrachtet. Eine Umschaltung kann entweder sofort bei Unter-bzw. Überschreiten der unteren bzw. oberen Grenzleistung erfolgen, oder zeitlich verzögert, insbesondere nach einer Zeit tmin, während der auch eine Rückkehr in den Drehzahlregelbetrieb bei Über- bzw. Unterschreiten der unteren bzw. oberen Grenzleistung möglich ist.

Dadurch kann ein klar definiertes Umschalten zwischen Hysterese-Bereich und anderem Bereich der Betriebskennlinie erfolgen. Besonders ist hier hervorzuheben, und das wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, dass ein Wechsel in den Hysterese-Bereich abhängig der Rotordrehzahl erfolgt, ein Zurückwechseln aus dem Hysterese-Bereich aber in Abhängigkeit der Abgabeleistung oder des Drehmomentes erfolgt.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die untere und die obere Grenz- drehzahl in Abhängigkeit einer vorgegebenen gewünschten Häufigkeit eines Durchfahrens des Hysterese-Bereichs gewählt werden. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass die untere und die obere Grenzdrehzahl um eine vorgegebene Drehzahldifferenz unterhalb bzw. oberhalb der Problemdrehzahl liegen. Es wurde erkannt, dass je näher die untere und obere Grenzdrehzahl an der Problemdrehzahl liegen, der Hysterese-Bereich umso häufiger durchfahren wird, nämlich mit aufsteigendem Wind über den ersten und zweiten Hysterese-Abschnitt und mit wieder abfallendem Wind über den dritten und vierten Hysterese-Abschnitt. Umso größer der Abstand zwischen unterer und oberer Grenzdrehzahl einerseits und der Problemdrehzahl andererseits ist, umso länger würde ein Betriebspunkt im Hysterese-Bereich auf dem ersten oder dritten Hysterese-Abschnitt verbleiben. Dabei wurde erkannt, dass einerseits die untere und obere Grenzdrehzahl möglichst nah an der Problemdrehzahl liegen sollten, um möglichst wenig von einer idealen Betriebskennlinie abzuweichen. Andererseits wurde auch erkannt, dass nicht nur das Vermeiden einer Resonanzanregung einen gewissen Abstand zur Problemdrehzahl erforderlich macht, sondern dass auch ein zu häufiges Durchlaufen des Hysterese-Bereichs vermieden werden kann. Vorzugsweise werden somit die untere und obere Grenzdrehzahl unter Berücksichtigung dieser Kriterien gewählt, also besonders unter Berücksichtigung wie weit die optimale Betriebskennlinie beibehalten wird, als auch die Häufigkeit des Durchfahrens des Hysterese-Bereichs.

Durch Vorgabe einer Drehzahldifferenz kann ein gleichmäßiger Abstand zur Problemdreh- zahl vorgegeben werden. Die Problemdrehzahl liegt dann symmetrisch zwischen der unteren und oberen Grenzdrehzahl. Gemäß einer Ausführungsform wird ein ungleicher Abstand der unteren und der oberen Grenzdrehzahl von der Problemdrehzahl vorgeschlagen. Es wurde erkannt, dass hierdurch berücksichtigt werden kann, dass eine typische normale Betriebskennlinie einer Windenergieanlage für unterschiedliche Drehzahlen einen unter- schiedlichen Leistungsgradienten der Betriebskennlinie aufweist. Bei höheren Drehzahlen ist der Leistungsgradient der Betriebskennlinie üblicherweise steiler. Es wird damit vorzugsweise vorgeschlagen, dass ein geringerer Abstand der oberen Grenzdrehzahl von der Problemdrehzahl gewählt wird, als der Abstand zwischen unterer Grenzdrehzahl von der Problemdrehzahl. Erfindungsgemäß wird auch eine Windenergieanlage vorgeschlagen. Diese Windenergieanlage, die einen aerodynamischen mit in ihrem blattwinkelverstellbaren Rotorblättern aufweist, umfasst außerdem eine Steuereinrichtung. Diese Steuereinrichtung ist dazu vorbereitet die folgenden Schritte durchzuführen:

Betreiben der Windenergieanlage in einem Teillastbereich,

mit einer Rotordrehzahl unterhalb einer Nenndrehzahl und

mit einer Abgabeleistung unterhalb einer Nennleistung,

Verwenden

einer Drehzahl-Leistungskennlinie, die einen Zusammenhang zwischen einer sich in Abhängigkeit des vorherrschenden Windes einstellenden Rotordrehzahl und einer dazu einzustellenden Abgabeleistung angibt, oder

einer Drehzahl-Drehmomentkennlinie, die einen Zusammenhang zwischen einer sich in Abhängigkeit des vorherrschenden Windes einstellenden Rotordrehzahl und eines dazu einzustellenden Drehmomentes angibt,

Einstellen

einer Abgabeleistung gemäß der Drehzahl-Leistungskennlinie, bzw. eines Drehmomentes gemäß der Drehzahl-Drehmomentkennlinie, wobei

die Drehzahl-Leistungskennlinie bzw. die Drehzahl-Drehmomentkennlinie im Bereich einer zu vermeidenden Problemdrehzahl einen Hysterese-Bereich aufweist.

Damit ist die Windenergieanlage dazu vorbereitet, ein Verfahren gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform auszuführen. Vorzugsweise sind die entsprechenden Verfahrensschritte oder Verfahrensmerkmale wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform dazu in der Steuereinrichtung implementiert. Auch für die Windenergieanlage wird als eine grundsätzliche Alternative vorgeschlagen, statt der Drehzahl-Leistungskennlinie eine Drehzahl-Drehmomentkennlinie zu verwenden. Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage einer perspektivischen Darstellung.

Figur 2 zeigt eine vorgeschlagene Betriebskennlinie mit Hysterese-Bereich. Figur 3 zeigt schematisch eine Regelungsstruktur zum Steuern der Windenergieanlage.

Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 ange- ordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.

Figur 2 zeigt eine Betriebskennlinie 200 mit mehreren Abschnitten und Variationsmöglichkeiten. Die Betriebskennlinie 200 gibt grundsätzlich eine einzustellende Leistung P in Abhängigkeit einer erfassten Drehzahl n an und kann insoweit auch als Drehzahl-Leistungs- kennlinie bezeichnet werden. Diese Betriebskennlinie 200 zeigt den Teillastbetrieb bzw. Teillastbereich einer Windenergieanlage, der nämlich von der Drehzahl 0 bzw. von einer Einschaltdrehzahl P _A , die auch synonym als Startdrehzahl bezeichnet werden kann, bis zu einer Nenndrehzahl PN reicht. Der Bereich mit Drehzahlen größer als der Nenndrehzahl PN wird als Volllastbereich oder Volllastbetrieb bezeichnet und seine Betrachtung ist für die vorliegende Erfindung nicht von besonderer Relevanz.

Die Betriebskennlinie 200 reicht im Wesentlichen von der Einschaltdrehzahl PA, die in dem Beispiel den Wert 4 U/min aufweist, in einer im Wesentlichen kontinuierlich und monoton steigenden Kurve bis zur Nenndrehzahl PN, bei der sie etwa Nennleistung PN erreicht.

In dem Diagramm ist auch eine Problemdrehzahl np eingezeichnet, die bspw. eine Reso- nanz der Windenergieanlage anregende Drehzahl sein kann. Somit kann sie auch als Resonanzdrehzahl bezeichnet werden. Es soll nun möglichst vermieden werden, die Windenergieanlage bei dieser Problemdrehzahl np zu betreiben.

Eine Steuerung basierend auf der unmodifizierten Betriebskennlinie 200 würde in ihrem gesamten Bereich, und somit auch im Bereich der Problemdrehzahl np Betriebspunkte ein- stellen.

Um das zu vermeiden, schlägt der Stand der Technik einen Umgehungsabschnitt 202 vor, der in Figur 2 gepunktet dargestellt ist. Dieser, ggf. auch etwas überzeichnete Umgehungsabschnitt 202 verlässt die Betriebskennlinie 200 bei ansteigender Drehzahl in einem Bereich vor der Problemdrehzahl np, insbesondere vor einer unteren Grenzdrehzahl n _u . Die- ser Umgehungsabschnitt wird dann dort sehr flach und weist sogar abschnittsweise eine negative Steigung auf. Das hat den Effekt, dass bei ansteigender Windgeschwindigkeit die Betriebskennlinie 200 zunächst verlassen wird, durch die negative Steigung des Umgehungsabschnitts 202 dann die Leistung, nämlich besonders die Abgabeleistung, verringert wird, obwohl die aus dem Wind entnommene bzw. entnehmbare Leistung aber zunimmt. Dieser somit nicht genutzte Leistungsteil führt dann zur Beschleunigung des Rotors der Windenergieanlage, so dass die Drehzahl schnell ansteigt. Erst, wenn die Problemdrehzahl np überschritten wurde, insbesondere zum Bereich der oberen Grenzdrehzahl n ₀ hin, steigt dann erst die Leistung an, was somit erst dann dem Ansteigen der Drehzahl entge- genwirkt.

Die Problemdrehzahl np kann somit schnell durchsteuert werden. Es ist aber auch erkenn- bar, dass dieser Umgehungsabschnitt weniger Leistung erzeugt bzw. die Windenergieanlage hier so betrieben wird, dass diese weniger Leistung erzeugt.

Um diesen Umgehungsabschnitt 202 zu verbessern, wird der Hysterese-Bereich 204 vorgeschlagen. Der Hysterese-Bereich 204 weist vier Hysterese-Abschnitte auf, nämlich den ersten bis vierten Hysterese-Abschnitt 21 1 bis 214. Steigt nun die Windgeschwindigkeit an und bewegt sich der Betriebspunkt der Windenergieanlage entlang der Betriebskennlinie 200, beginnend von der Startdrehzahl PA, kann er die untere Grenzdrehzahl n _u erreichen. Wird diese erreicht, wird von der klassischen Steuerung gemäß der Betriebskennlinie 200 auf eine Drehzahlregelung umgeschaltet. Nun wird die untere Grenzdrehzahl n _u dieser Regelung als Drehzahlsollwert vorgegeben. Steigt die Windgeschwindigkeit nun weiter an, versucht die Regelung diesen Drehzahlsollwert, nämlich die untere Grenzdrehzahl n _u zu halten, in dem die Abgabeleistung erhöht wird. Dadurch bewegt sich der Betriebspunkt dann auf dem ersten Hysterese-Abschnitt 21 1. Bei zunehmender Windgeschwindigkeit bewegt sich somit dieser Betriebspunkt auf dem ersten Hysterese-Abschnitt 21 1 nach oben, seine Leistung nimmt also zu. Erreicht nun der Betriebs- punkt auf dem ersten Hysterese-Abschnitt 21 1 die obere Grenzleistung Po, wobei hier auch stattdessen ein oberes Grenzmoment verwendet werden kann, wird auf den zweiten Hysterese-Abschnitt 212 umgeschaltet. Dies kann auch zeitverzögert erfolgen, nachdem für eine Umschaltverzögerung, insbesondere eine Zeit tmin eine Leistung oberhalb der oberen Grenzleistung abgegeben bzw. beobachtet wurde. Das bedeutet, dass die Regelung zunächst unverändert bleibt, als Drehzahlsollwert allerdings den Wert der oberen Grenzdrehzahl n ₀ erhält. Die Abgabeleistung wird somit zunächst nicht erhöht, ggf. aufgrund der Regelung sogar verringert, was in der Kennlinie der Figur 2 links nicht dargestellt ist. Dadurch kann die zusätzliche Leistung durch den ansteigenden Wind in eine Drehzahlerhöhung gewandelt werden und der Betriebspunkt erreicht dann schnell auf dem zweiten Hysterese-Abschnitt 212 die obere Grenzdrehzahl n ₀ . Dann wird im Grunde der Hysterese-Bereich 204 verlassen, denn es kann hier angenommen werden, dass die Windgeschwindigkeit zumindest geringfügig weiter steigt. Der Betriebspunkt wird dann auf der unveränderten Betriebskennlinie 200 weiter in Richtung zur Nenndrehzahl PN bzw. Nennleistung PN geführt, je nach Windgeschwindigkeit.

Nimmt die Windgeschwindigkeit von dort allerdings wieder ab, kann die Drehzahl auf die obere Grenzdrehzahl n ₀ abfallen. Ist das der Fall, wird hier wieder von einem normalen Kennlinienbetrieb auf eine Drehzahlregelung umgeschaltet. Als Drehzahlsollwert wird die obere Grenzdrehzahl no verwendet. Es wird dann die Leistung reduziert, um ein weiteres Abfallen der Drehzahl zu vermeiden, um also diesen Drehzahlsollwert der oberen Grenzdrehzahl n ₀ einzuhalten.

Bei weiter fallendem Wind erfolgt das solange, bis die Abgabeleistung die untere Grenz- leistung erreicht. Das geschieht auf dem dritten Hysterese-Abschnitt 213. Wird aber diese untere Grenzleistung, von oben kommend, erreicht, so wird der Drehzahlsollwert von der oberen Grenzdrehzahl n ₀ auf die untere Grenzdrehzahl n _u umgeschaltet. Statt der unteren Grenzleistung kann als Auslöser auch ein unteres Grenzmoment verwendet werden. Die Umschaltung kann auch zeitverzögert nach einer Umschaltverzögerung, insbesondere ei- ner Zeit tmin erfolgen. Dafür kann das aktuelle mechanische Moment aus einem Zustandsbeobachter zum Beobachten des mechanischen Moments verwendet werden. Gleiches gilt auch bei dem Übergang von dem ersten zum zweiten Hysterese-Abschnitt, wenn das Erreichen des oberen Grenzmoments überwacht wird.

Jedenfalls wird dann am Ende des dritten Hysterese-Abschnitts durch die Umschaltung des Drehzahlsollwerts der vierte Hysterese-Abschnitt 214 beschritten. Dabei verringert sich die Drehzahl aber schnell von der oberen Grenzdrehzahl n ₀ zur unteren Grenzdrehzahl n _u . Wird das Ende des vierten Hysterese-Abschnitts 214 erreicht, liegt dann also ein Betriebspunkt mit der unteren Grenzdrehzahl n _u und der unteren Grenzleistung P _u vor, wäre wieder der Ausgangspunkt des Hysterese-Bereichs 204 erreicht. Fällt nun die Windgeschwindig- keit weiter ab, wird der Hysterese-Bereich 204 verlassen und die Anlagensteuerung geht wieder auf eine übliche Kennlinien-Steuerung über.

Besonders ist zu beachten, zumindest gemäß einer Ausführungsform, dass der erste Hysterese-Abschnitt 211 durch Erreichen der unteren Grenzdrehzahl n _u ausgelöst wird. Das Erreichen der unteren Grenzdrehzahl n _u , von noch geringeren Drehzahlen kommend, löst also diesen ersten Hysterese-Abschnitt 21 1 aus. Beendet wird dieser erste Hysterese-Abschnitt aber durch Erreichen der oberen Grenzleistung bzw. seines oberen Grenzmoments. Ebenso wird dann der zweite Hysterese-Abschnitt und damit der Hysterese-Bereich 204 überhaupt verlassen, wenn die Abgabeleistung bzw. das Drehmoment weiter ansteigt. Sinngemäß wird auch der dritte Hysterese-Abschnitt durch Erreichen einer Drehzahl ausgelöst und durch Erreichen eines Drehmoments bzw. einer Abgabeleistung verlassen.

Figur 3 gibt eine Regelungsstruktur schematisch an. Mit dieser Regelungsstruktur 300 soll die dort nur schematisch angedeutete Windenergieanlage 302, die der Windenergieanlage 100 der Figur 1 entsprechen kann, gesteuert werden. Ein für die vorliegende Erfindung wichtiger Block ist der Umschaltblock 304, der bezogen auf die Kennlinien-Darstellung der Figur 2 das Eintreten in den Hysterese-Bereich 204 bzw. ein Verlassen des Hysterese- Bereichs 204 steuert. Dabei ist zu beachten, dass dieser Umschaltblock 304 schematisch zu verstehen ist und statt der bildlichen Umschaltung in diesem Umschaltblock 304 auch anderweitige Realisierungen, insbesondere durch entsprechende Softwarelösungen, in Betracht kommen. Auch muss nicht unbedingt hart umgeschaltet werden, sondern in dem Umschaltblock 304, oder anderweitig, und auch ein Übergangsbereich realisiert werden.

Jedenfalls symbolisiert dieser Umschaltblock 304, dass in jedem Fall zur Steuerung der Windenergieanlage eine Leistung P vorgegeben wird. Diese Leistung P wird entsprechend zur Steuerung an die Windenergieanlage 302 als Leistungssollwert gegeben. Dort wird diese gewünschte Leistung P umgesetzt, was. u.a. mittels Einstellen eines Erregerstroms vorgenommen werden kann, wenn ein fremderregter Synchrongenerator verwendet wird. Aber auch auf andere Art und Weise kann eine Abgabeleistung des Generators gesteuert werden, wie bspw. durch das Steuern des Statorstroms, wenn der Generator ein Synchron- generator ist. Diese Leistung kann auch anderweitig bei anderen Generatortypen umgesetzt werden und dem Fachmann ist grundsätzlich die Umsetzung einer solchen Leistung mittels eines Generators bekannt.

Die Reglerstruktur 300 zeigt nun die beiden Varianten, eine solche Leistung P vorzugeben. Die übliche Variante besteht darin, die Leistung in Abhängigkeit einer Drehzahl über eine Betriebskennlinie einzustellen. Dies erfolgt über den Kennlinienblock 306. Dieser arbeitet im Grunde so, wie anhand der Betriebskennlinie 200 in Figur 2 erläutert wurde, nämlich ohne den Hysterese-Bereich 204 bzw. außerhalb des Hysterese-Bereichs 204. Befindet sich der aktuelle Betriebspunkt aber nicht außerhalb des Hysterese-Bereichs 204, wird entsprechend die im Zusammenhang mit Figur 2 erläuterte Hysterese geführte Regelung verwendet. Das Starten der Regelung im Hysterese-Bereich erfolgt dann, wenn die Drehzahl bei Drehzahlanstieg die untere Grenzdrehzahl n _u erreicht, oder bei von oben kommendem Drehzahlabfall die obere Grenzdrehzahl n ₀ erreicht. Deswegen erhält der Umschaltblock 304 die Drehzahl n als Eingangsgröße. Der Umschaltblock 304 kann also dann auf den Hysterese-Bereich schalten.

Soll der Hysterese-Bereich 204 wieder verlassen werden, wird das dadurch erkannt, dass bei ansteigendem Wind ein oberes Grenzmoment überschritten wird, nämlich besonders am Ende des zweiten Hysterese-Abschnitts 212, oder mit abfallendem Wind ein unteres Grenzmoment unterschritten wird, nämlich am Ende des vierten Hysterese-Abschnitts 214. Um dies zu erkennen, erhält der Umschaltblock 304 außerdem das hierfür relevante mechanische Drehmoment Tmec _h . Ein Drehmoment T kann alternativ als Drehmoment M bezeichnet werden. Dieses mechanische Drehmoment Tmec _h wird durch einen Zustandsbeobachter 308 geschätzt. Der Zustandsbeobachter 308 erhält dafür als Eingangsgrößen das elektrische Drehmoment T _ei und die Drehzahl n. Das elektrische Drehmoment T _ei ist regelmäßig aus den erfassten Strömen des verwendeten Generators bekannt. Als Drehzahl n kann die Drehzahl verwendet werden, die auch ansonsten für die Regelung verwendet wird. An Stelle der Drehzahl n kann auch die Kreisfrequenz w verwendet werden. Diese beiden Größen unterscheiden sich nur in ihrer Darstellung bzw. in der gewählten Einheit bzw. unterscheiden sich daher nur durch einen konstanten Faktor.

Die Regelung im Hysterese-Bereich 204 erfolgt dann so, dass ein Drehzahlsollwert ns auf das Summierelement 310 gegeben wird, in dem die Ist-Drehzahl n von der Soll-Drehzahl ns abgezogen wird. Das Ergebnis dieses Soll-Ist-Vergleichs ist der Regelfehler e. Dieser Regelfehler wird auf den zweiten Reglerblock 312 gegeben, der daraus die Leistung P bestimmt, nämlich im regelungstechnischen Sinne als Stellgröße bestimmt. Die so bestimmte Leistung P wird dann an den Umschaltblock 304 gegeben. Hat der Umschaltblock 304 aufgrund der vorstehend erläuterten Kriterien umgeschaltet auf die Steuerung über den Hysterese-Bereich, so wird diese Leistung P, die der zweite Reglerblock 312 abgibt, letztlich an die Windenergieanlage 302 weitergeleitet.

Auch das ist schematisch zu verstehen, denn die Reglerstruktur 300 ist letztlich natürlich auch Teil der Windenergieanlage 302. Der zweite Reglerblock 312 kann bspw. als P-Regler mit starker Verstärkung ausgebildet sein. Es kommen grundsätzlich auch andere Reglertypen in Betracht, wie bspw. ein P-l- Regler, aber bei der hier zu lösenden Aufgabe kann eine geringe Regelabweichung, die die Verwendung eines P-Reglers ergeben kann, in Kauf genommen werden. Wird im Falle eines einfachen P-Reglers in dem zweiten Reglerblock 312 nur eine ausreichende große Verstärkung, also ein ausreichend großer P-Anteil gewählt, so kann dennoch bei dem ersten und dritten Hysterese-Abschnitt 211 bzw. 213 jeweils von einem annähernd senkrechten Verlauf ausgegangen werden.

Die Solldrehzahl ns wird dabei durch den ersten Reglerblock 311 bestimmt. Dafür erhält der erste Reglerblock 311 als Eingangsgröße das beobachtete mechanische Drehmoment. Ist dieses so groß, dass es ein oberes Grenzmoment erreicht, wird als Solldrehzahl ns eine obere Grenzdrehzahl n ₀ ausgegeben. Fällt das Drehmoment aber unter bzw. auf ein unteres Grenzmoment, wird als Solldrehzahl ns die untere Grenzdrehzahl n _u ausgegeben.

Dieser erste Reglerblock 311 ist somit ein nichtlinearer Regler, der auch zuletzt eingestellte Werte berücksichtigt. Wenn das mechanische Drehmoment Tmec _h in einem Bereich zwischen unterem oder oberem Grenzmoment liegt, kann die Solldrehzahl ns je nach weiteren Bedingungen die untere Grenzdrehzahl n _u oder die obere Grenzdrehzahl n ₀ sein. Dabei kommen verschiedene Arten der Umsetzung in Betracht. Eine ist, dass der erste Reglerblock 311 zunächst jeweils den zuletzt ausgegeben Wert für die Solldrehzahl ns wählt und nur bei Unter- bzw. Überschreiten des betreffenden Drehmomentgrenzwertes den Drehzahlsollwert ns ändert. Ergänzend oder alternativ kommt aber auch in Betracht, dass die aktuelle Drehzahl n berücksichtigt wird und entsprechend bei einer Drehzahl, die etwa der unteren Grenzdrehzahl n _u entspricht, auch diese als Drehzahlsollwert ausgegeben wird, solange das Drehmoment noch nicht das obere Grenzmoment überschritten hat. Gleiches gilt für den Fall, dass die Drehzahl etwa der oberen Grenzdrehzahl n ₀ entspricht. Dann wird nämlich auch diese als Sollwert ausgegeben, solange das Drehmoment noch nicht unter das untere Grenzmoment abgefallen ist. Um dies zu veranschaulichen, erhält der erste Reglerblock 311 die Drehzahl n als weitere Eingangsgröße.

Vorsorglich wird nochmals darauf hingewiesen, dass der Umschaltblock 304 nur symbo- lisch zu verstehen ist, denn die Auswahl zwischen Steuerung über die Betriebskennlinie unter Verwendung des Kennlinienblocks 306 einerseits und über die Drehzahlregelung über den ersten Reglerblock 31 1 , das Summierelement 310 und den zweiten Reglerblock 312 andererseits kann natürlich auch weitere interne Anpassungen erforderlich machen. Wäre also bspw. in dem zweiten Reglerblock 312 ein PI-Regler implementiert, sollte natürlich bei Deaktivierung, also bei Regelung unter Verwendung des Kennlinienblock 306 vermieden werden, dass ständig ein Regelfehler e berechnet wird und dadurch der Integrator immer weiter aufintegriert. Das ist aber nur ein Beispiel und dem Fachmann ist bewusst, dass er je nach Auswahl der Steuerung, also je nach Auswahl, ob innerhalb oder außerhalb des Hysterese-Bereichs gesteuert wird, auch weitere interne Größen betroffen sein können.

Bei einigen Windenergieanlagen-Typen müssen bestimmte Drehzahlbereiche innerhalb des normalen Betriebsbereiches vermieden, bzw. schnell durchfahren werden. Dies wurde gemäß dem Stand der Technik mit modifizierten Drehzahl-Leistungs-Kennlinien gelöst, die im Bereich der Problemdrehzahl„Täler“ aufwiesen, die Kennlinie somit waagerecht verläuft, oder sogar in Ihrer Leistung bei zunehmender Drehzahl abfällt, so dass die Windenergieanlage den Problembereich beschleunigt durchfuhr bzw. dort nicht dauerhaft betrieben wurde. Besonders auf Grund von Gradientenbeschränkungen bei der Drehzahl- Leistungs-Kennlinie ist dies aber mit Ertragsverlusten verknüpft.

Die vorgeschlagene Lösung sieht vor, besonders über einen Drehmoment-Beobachter das anliegende aerodynamische Drehmoment zu schätzen. Es kann dann eine Hysterese definiert werden, bei der die Windenergieanlage erst ab einem bestimmten Schwell-Drehmo- ment zu einer Drehzahl über der Problemdrehzahl beschleunigt und bei Betrieb oberhalb der Problemdrehzahl, beim Abfallen der Drehzahl erst ab einem kleineren Schwellmoment wieder unter die Problemdrehzahl abbremst. Die Breite des Hysterese-Bereichs, also der Abstand der unteren Grenzdrehzahl zur oberen Grenzdrehzahl, definiert dann in Abhängigkeit der Winddynamik die Häufigkeit der Durchfahrung des Problembereichs. Entsprechend kann die Breite vorgegeben werden. Auf Basis des Drehmomentbeobachters ist ein geschlossener Drehzahlregelkreis im Teillastbereich möglich und wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen.

Wirkungsgradverluste können dadurch gegenüber der vorbekannten Lösung reduziert werden.