AT14997U1 - Verfahren zur Ermittlung einer Blattverstellung bei einer Windkraftanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Blattverstellung bei einer Windkraftanlage (1) mit einem Rotor mit zumindest zwei Rotorblättern (3a, 3b, 3c). Um die Blattverstellung auf besonders einfache Weise feststellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Blattverstellung durch einen zyklischen Leistungsabfall einer von der Windkraftanlage abgegebenen, gemessenen Leistung gegenüber einem Erwartungswert bestimmt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Ferner betrifft die Erfindung ein zur Ausführung eines derartigen Verfahrens ausgebildetes Computerprogrammprodukt sowie einen computerlesbaren Datenträger.

Description

Beschreibung

VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG EINER BLATTVERSTELLUNG BEI EINER WINDKRAFTANLAGE

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Blattverstellung bei einer Windkraftanlage mit einem Rotor mit zumindest zwei Rotorblättern.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

[0003] Ferner betrifft die Erfindung ein zur Ausführung eines derartigen Verfahrens ausgebildetes Computerprogrammprodukt sowie einen computerlesbaren Datenträger.

[0004] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass eine Fehljustierung eines Anstellwinkels von Rotorblättern einer Windkraftanlage verschiedene Nachteile hat. Einerseits wird dadurch eine von der Windkraftanlage produzierte elektrische Leistung reduziert. Andererseits führt eine Fehljustierung auch häufig zu Vibrationen des Rotors bzw. der gesamten Windkraftanlage, welche zu Beschädigungen insbesondere des Antriebsstranges der Windkraftanlage führen. Um diese Nachteile zu vermeiden, sind Betreiber einer Windkraftanlage bestrebt, Rotorblätter innerhalb eines sehr engen Toleranzfeldes von etwa 0,3° optimal zu justieren. Insbesondere bei Windkraftanlagen, welche keinen Antrieb zur Verstellung eines Anstellwinkels der Rotorblätter während einer Umdrehung aufweisen, sodass ein Anstellwinkel der Rotorblätter während einer Umdrehung konstant ist, ist es günstig, wenn sämtliche Rotorblätter einen identen Anstellwinkel aufweisen bzw. sich die Anstellwinkel der einzelnen Rotorblätter nur minimalst, beispielsweise um maximal 0,3°, unterscheiden. Unterschiedliche Anstellwinkel einzelner Rotorblätter werden als Blattverstellung bezeichnet. Eine Blattverstellung liegt somit vor, wenn zumindest ein Rotorblatt einen von den weiteren Rotorblättern abweichenden Anstellwinkel aufweist.

[0005] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Ermittlung der Blattverstellung bekannt geworden, welche jedoch nur sehr aufwendig und/oder mit geringer Genauigkeit umsetzbar sind. Beispielsweise wird eine Bestimmung der Anstellwinkel einzelner Rotorblätter durch eine optische Messung bei einem Stillstand der Windkraftanlage von einem Boden aus durchgeführt. Dabei wird jedoch nur eine unzureichende Genauigkeit erreicht.

[0006] Aus dem Dokument EP 2 497 946 A1 ist es bekannt geworden, zur Ermittlung einer Blattverstellung von Windturbinen eine Gondel der Windkraftanlage, in welcher der Rotor gelagert ist, um eine senkrechte Gierachse zu drehen und gleichzeitig eine zum Drehen der Gondel benötigte Leistung zu messen. In weiterer Folge wird aus der gemessenen Leistung auf eine Blattverstellung geschlossen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Windkraftanlage aus einer optimalen Ausrichtung gedreht werden muss, um die Blattverstellung zu bestimmen, sodass damit eine Reduktion der erzeugten elektrischen Leistung während der Bestimmung der Blattverstellung verbunden ist. Weiter ist die gemessene Leistung eines Antriebes zur Rotation der Gondel um die Gierachse mit verschiedenen Störgrößen behaftet, welche das Messergebnis negativ beeinflussen.

[0007] Weiter ist es bekannt, bei Windkraftanlagen mit einer aktiven Rotorblattverstellung eine Änderung des Anstellwinkels einzelner oder aller Rotorblätter über eine Remote-Verbindung von einem Leitstand aus vorzunehmen, um den Anstellwinkel einer Windgeschwindigkeit anzupassen.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ermittlung einer Blattverstellung anzugeben, welches auf besonders einfache Weise umsetzbar ist.

[0009] Des Weiteren soll eine Vorrichtung zur Umsetzung eines derartigen Verfahrens angegeben werden.

[0010] Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten

Art gelöst, bei welchem die Blattverstellung durch einen zyklischen Leistungsabfall einer von der Windkraftanlage abgegebenen, gemessenen Leistung gegenüber einem Erwartungswert bestimmt wird.

[0011] Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine Bestimmung der Blattverstellung auf besonders einfache Weise dadurch ermittelt werden kann, dass die von der Windkraftanlage abgegebene Leistung analysiert wird, da sich eine Blattverstellung unmittelbar in der abgegebenen Leistung abbildet. Dies ergibt sich daraus, dass Rotorblätter einer Windkraftanlage, insbesondere einer Windkraftanlage mit einer etwa horizontal ausgerichteten Rotorachse, bei einer Rotation um die Rotorachse in einer Drehrichtung Positionen mit unterschiedlichem Bodenabstand und unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten durchlaufen. Da Windkraftanlagen in der Regel in einer bodennahen Grenzschicht betrieben werden, in welcher eine Windgeschwindigkeit mit einem Bodenabstand zunimmt, wirkt auf ein Rotorblatt an einer oberen Maximalposition bzw. einer 12-Uhr-Position, an welcher das Rotorblatt einen maximalen Bodenabstand aufweist, eine wesentlich höhere Windgeschwindigkeit als an den weiteren möglichen Positionen. Folglich ist eine auf das Rotorblatt wirkende Windgeschwindigkeit und somit auch eine Windkraft an jener Position am niedrigsten, an welcher das Rotorblatt einen minimalen Bodenabstand aufweist bzw. an einer 6-Uhr-Position. Bei einem Rotor mit einer etwa horizontal ausgerichteten Rotorachse ist dies dann der Fall, wenn die Längsachse des jeweiligen Rotorblattes etwa vertikal ausgerichtet und das Rotorblatt zwischen einem Boden und der Rotorachse angeordnet ist. Es ist somit die durch ein einzelnes Rotorblatt zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugte Leistung von der Position des jeweiligen Rotorblattes relativ zur Rotorachse bzw. einem Abstand zum Boden abhängig, wobei mit zunehmendem Bodenabstand bzw. zunehmender Höhe auch mehr Leistung erzeugt wird. Analog ändert sich auch eine durch ein nicht optimal ausgerichtetes Rotorblatt bzw. eine Blattverstellung bedingte Leistungsminderung mit der Position des Rotorblattes, welches einen nicht optimalen Anstellwinkel aufweist. Daher kann gemäß der Erfindung eine Blattverstellung auf besonders einfache Weise durch Analyse der von der Windkraftanlage abgegebenen Leistung und Bestimmung eines Leistungsabfalles gegenüber einem Erwartungswert ermittelt werden. Da die Leistung einer Windkraftanlage ohnedies gemessen wird, ist das Verfahren ohne zusätzliche Sensoren und ohne zusätzliche Erfassung bzw. Übermittlung von Daten möglich. Dadurch ist das Verfahren auf sehr einfache Weise umsetzbar, und zwar sowohl an bereits bestehenden als auch an neu errichteten Windkraftanlagen.

[0012] Bei der Bestimmung der Blattverstellung wird eine Differenz zwischen der gemessenen Leistung und einem Erwartungswert analysiert, welcher beispielsweise aus ähnlichen Windkraftanlagen mit optimal ausgerichteten Rotorblättern oder einer Simulation bei entsprechenden Umgebungsbedingungen wie aktueller Windgeschwindigkeit und Temperatur bekannt ist. Hierzu kann auch die Messung von aktueller Windgeschwindigkeit, Temperatur und dergleichen vorgesehen sein, und zwar üblicherweise mit einer Abtastrate, welche zumindest einer Zeitkonstante der Windgeschwindigkeit entspricht, um Änderungen der Windgeschwindigkeit berücksichtigen zu können. Diese Differenz zwischen Erwartungswert und gemessener Leistung wird als zyklischer Leistungsabfall bezeichnet.

[0013] Günstig ist es, wenn die Blattverstellung durch einen Leistungsabfall bestimmt wird, welcher eine Frequenz entsprechend einer Rotordrehzahl des Rotors aufweist. Es können somit auf einfache Weise andere leistungsmindernde Effekte, welche nicht auf eine Blattverstellung hinweisen, bei der Analyse eliminiert werden, um den durch eine Blattverstellung bedingten Leistungsabfall besonders genau analysieren zu können.

[0014] Hierzu kann auch eine Frequenzanalyse des Leistungsabfalles bzw. der gemessenen Leistung durchgeführt werden. Wie vorstehend ausgeführt, ist der durch eine Blattverstellung und den Betrieb der Windkraftanlage In einer Grenzschicht bedingte zyklische Leistungsabfall abhängig von einer Höhenposition des Rotorblattes und weist daher eine Frequenz entsprechend der Rotordrehzahl auf.

[0015] Es hat sich bewährt, dass eine Blattverstellung anhand eines einen Grenzwert über- schreitenden Leistungsabfalles bestimmt wird. Dadurch kann eine Blattverstellung auf einfache Weise automatisiert ermittelt werden, indem ständig der Leistungsabfall analysiert bzw. bestimmt wird und erst ab Überschreiten eines Grenzwertes eine Warnung ausgegeben wird, welche beispielsweise zu einer Justierung des Rotorblattes im Rahmen einer geplanten Revision oder eines sonstigen Stillstandes der Windkraftanlage führt.

[0016] Da der Beitrag eines Rotorblattes zu der von der Windkraftanlage abgegebenen Leistung aufgrund des Betriebes der Windkraftanlage in der Grenzschicht dann maximal ist, wenn sich das Rotorblatt in der 12-Uhr-Position befindet, ist auch die Auswirkung eines Rotorblattes mit einem nicht optimalen Anstellwinkel auf die Gesamtleistung dann maximal, wenn sich dieses Rotorblatt in der 12-Uhr-Position befindet. Während einer Umdrehung des Rotors ändert sich der Leistungsabfall folglich entsprechend einer Sinusfunktion mit einem Auslenkungswinkel, welchen das eine Blattverstellung aufweisende Rotorblatt bzw. eine Längsachse dieses Rotorblattes mit einer Horizontalen, bei einer Drehrichtung des Rotors im Uhrzeigersinn mit einer 9-Uhr-Position, einschließt.

[0017] In der oberen Endposition bzw. der 12-Uhr-Position, in welcher der Leistungsabfall gegenüber dem Erwartungswert maximal ist, beträgt der Auslenkungswinkel somit 90°. Eine besonders genaue Bestimmung der Blattverstellung kann daher erfolgen, wenn ein Rotorwinkel gemessen und durch Vergleich einer Phasenlage des Rotorwinkels und einer Phasenlage des Leistungsabfalles ein oder mehrere zu justierende Rotorblätter identifiziert werden, bei welchen der Anstellwinkel nicht optimal ist.

[0018] Ist beispielsweise ein Leistungsabfall derart synchron mit der Position eines Rotorblattes, dass jeweils ein maximaler Leistungsabfall dann auftritt, wenn das Rotorblatt sich in der 12-Uhr-Position befindet, kann auf einfache Weise dieses Rotorblatt als jenes identifiziert werden, welches den ungünstigsten Anstellwinkel aller Rotorblätter aufweist.

[0019] Analog kann bei einer Phasenverschiebung zwischen einem Auslenkungswinkel, um welchen ein Rotorblatt bzw. eine Längsachse des Rotorblattes aus einer definierten Position wie einer Horizontalen oder einer 9-Uhr-Position ausgelenkt ist, und dem zyklischen Leistungsabfall beispielsweise basierend auf einer Simulation auf einen Justagebedarf bei mehreren Rotorblättern geschlossen werden, wobei aus der Phasenlage gegebenenfalls auch auf einen Justagebedarf der einzelnen Rotorblätter geschlossen werden kann.

[0020] Tritt bei einer Windkraftanlage mit drei um 120° versetzt angeordneten Rotorblättern mit horizontalem Rotor beispielsweise ein Maximum eines Leistungsabfalles dann auf, wenn ein Rotorblatt eine untere Maximalposition mit minimalem Bodenabstand bzw. eine 6-Uhr- Position erreicht hat, lässt dies auf einen Justagebedarf bei den beiden Rotorblättern schließen, welche sich nicht in der 6-Uhr Position befinden. Ein Justagebedarf kennzeichnet dabei einen erforderlichen Korrekturwinkel, um welchen ein Anstellwinkel des jeweiligen Rotorblattes korrigiert werden muss, um eine optimale Leistung zu erreichen.

[0021] Günstig ist es, wenn bei einer Windkraftanlage mit zumindest drei Rotorblättern ein Rotorblatt, welches einen von den weiteren Rotorblättern abweichenden Anstellwinkel aufweist, durch etwa gleichzeitiges Auftreten eines maximalen Leistungsabfalles und einer 12-Uhr-Position dieses Rotorblattes identifiziert wird. Ein derartiges Verfahren kann besonders einfach automatisiert umgesetzt werden. Dadurch kann bei häufig mit drei Rotorblättern ausgebildeten Windkraftanlagen mit einem horizontalen Rotor eine Blattverstellung besonders einfach ermittelt werden.

[0022] Zur besonders genauen Bestimmung der Blattverstellung ist es günstig, wenn ein konkreter Justagebedarf bei zumindest einem, vorzugsweise mehreren, insbesondere allen Rotorblättern durch Vergleich des gemessenen Leistungsabfalles mit historischen entsprechenden Daten bestimmt wird. Da einerseits Windparks häufig mit einer Vielzahl identer Windkraftanlagen betrieben werden und eine Justierung der Blattverstellung auch an einer Windkraftanlage mehrmals während des Lebenszyklus der Anlage erfolgt, ist es möglich, eine Vielzahl von Daten zu bestimmen, welche insbesondere einen Leistungsabfall vor und nach einer Justierung einzelner Rotorblätter sowie einen Korrekturwinkel, um welchen der Anstellwinkel des jeweiligen Rotorblattes beispielsweise bei einer Revision verändert wurde, umfassen. Aus diesen historischen Daten kann eine Datenbank zur Ableitung einer Handlungsempfehlung bei einem konkreten Leistungsabfall gebildet werden, wobei beispielsweise für einen geplanten Stillstand bereits jener Korrekturwinkel errechnet und ausgegeben wird, um welchen der Anstellwinkel des jeweiligen Rotorblattes zur Erreichung eines optimalen Ergebnisses verändert werden muss.

[0023] In der Regel wird eine erfindungsgemäß ermittelte Blattverstellung, vorzugsweise unmittelbar nach Bestimmung derselben, korrigiert, wobei eine Korrektur insbesondere mittels einer Remote-Verbindung erfolgt. Dies kann im Rahmen eines geplanten oder ungeplanten Anlagenstillstandes erfolgen. Bei Windkraftanlagen, welche Rotorblätter mit einem variablen Anstellwinkel bzw. eine aktive Rotorblattverstellung aufweisen, bei welchen das Verfahren vorzugsweise eingesetzt wird, kann eine Korrektur des Anstellwinkels auch unmittelbar nach Ermittlung desselben erfolgen, beispielsweise indem die Korrektur mittels eines Antriebes zur Verstellung des Anstellwinkels erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur automatisiert. Die Korrektur kann auch manuell von einem beispielsweise über eine Remote-Verbindung mit der Windkraftanlage verbundenen Leitstand aus eingeleitet und überwacht werden, indem der Antrieb zur Verstellung des Anstellwinkels über die Remote-Verbindung betätigt wird.

[0024] Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche zur Analyse einer von einer Windkraftanlage abgegebenen Leistung und zur auf einem zyklischen Leistungsabfall basierenden Bestimmung einer Blattverstellung ausgebildet ist, bei welcher Rotorblätter der Windkraftanlage unterschiedliche Anstellwinkel aufweisen.

[0025] Hierzu ist die Vorrichtung in der Regel zur Analyse eines Frequenzanteiles der von der Windkraftanlage abgegebenen Leistung ausgebildet, welcher eine Frequenz entsprechend der Rotordrehzahl aufweist. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass diese auf eine Blattverstellung hinweist, wenn der zyklische Leistungsabfall einen Grenzwert überschreitet. Die Vorrichtung kann auch mit einer Datenbank verbunden sein oder diese enthalten, um aus historischen Daten automatisiert auf einen Justagebedarf bei einzelnen Rotorblättern zu schließen und einen erforderlichen Korrekturwinkel anzugeben. Sofern die Vorrichtung mit einer Windkraftanlage verbunden ist, welche einen Antrieb für eine Rotorblattverstellung zur Veränderung des Anstellwinkels während einer Umdrehung aufweist, können die Vorrichtung bzw. die Windkraftanlage auch zur unmittelbaren Korrektur des Anstellwinkels ausgebildet sein. Ein besonders effektives Justierverfahren mit einer hohen Justiergüte kann erreicht werden, wenn eine Justierung bzw. Korrektur der Blattverstellung unmittelbar nach Bestimmung der Blattverstellung erfolgt, beispielsweise indem der Antrieb für die aktive Rotorblattverstellung über eine Remote-Verbindung automatisiert oder manuell betätigt wird, bis keine Blattverstellung mehr festgestellt wird bzw. bis der zyklische Leistungsabfall verschwindet. Die im erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Blattverstellung bzw. der zyklische Leistungsabfall kann in eine Regelung des Anstellwinkels der einzelnen Rotorblätter eingehen, um konstant einen je nach Windbedingungen optimalen Anstellwinkel sämtlicher Rotorblätter zu gewährleisten. Dadurch ergibt sich ein Regelkreis mit der Regelgröße Blattverstellung, in welchen der zyklischen Leistungsabfall als Messwert der Blattverstellung bzw. Istwert mit einem Sollwert von Null eingeht. Zur Beeinflussung der Regelgröße bzw. Korrektur der Blattverstellung wird dabei über ein beispielsweise als Antrieb einer aktiven Rotorblattverstellung ausgebildetes Stellglied der Anstellwinkel einzelner Rotorblätter als Stellgröße verändert.

[0026] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Computer vorgesehen, wenn der Programmcode vom Computer ausgeführt wird. Dies ermöglicht eine einfache automatisierte Durchführung des Verfahrens. Dabei wird eine von der Windkraftanlage abgegebene Leistung in Bezug auf den zyklischen Leistungsabfall gegenüber dem Enwar-tungswert analysiert und anhand des zyklischen Leistungsabfalles die Blattverstellung ermittelt. Diese kann in weiterer Folge beispielsweise über einen Computermonitor ausgegeben werden. Weiter kann auch eine automatische Korrektur der Blattverstellung erfolgen, wenn der Compu- ter mit einer Windkraftanlage mit aktiver Rotorblattverstellung entsprechend verbunden ist. Die gemessene Leistung kann in Echtzeit mittels des Computers analysiert werden, sodass eine Oniine-Überwachung der Blattverstellung möglich ist. Alternativ kann die Analyse auch mit gespeicherten Daten durchgeführt werden, sodass eine Analyse beispielsweise während eines Stillstandes der Windkraftanlage erfolgen kann.

[0027] Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht einen computerlesbaren Datenträger vor, auf dem ein Computerprogramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Computer gespeichert ist. Insbesondere kann ein Computerprogrammprodukt wie vorstehend ausgeführt auf dem Datenträger gespeichert sein.

[0028] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: [0029] Fig. 1 eine Windkraftanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; [0030] Fig. 2 Diagramme, welche insbesondere eine gemessene Leistung zur Bestimmung einer Blattverstellung zeigen.

[0031] Fig. 1 zeigt eine auf einem Boden 11 angeordnete Windkraftanlage 1 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie ersichtlich ist die Windkraftanlage 1 mit einem Rotor mit einer etwa horizontal ausgerichteten Rotorachse 2 ausgebildet, welcher ein erstes Rotorblatt 3a, ein zweites Rotorblatt 3b und ein drittes Rotorblatt 3c aufweist. Weiter ist eine Drehrichtung 10 des Rotors bei einem Betrieb der Windkraftanlage 1 dargestellt. Die drei Rotorblätter 3a, 3b, 3c sind um 120° versetzt am Rotor angeordnet.

[0032] Es versteht sich, dass das Verfahren auch mit einer Windkraftanlage 1 mit nicht horizontal ausgerichtetem Rotor und nur zwei oder mehr als drei Rotorblättern 3a, 3b, 3c umsetzbar ist.

[0033] Windkraftanlagen 1 wie die in Fig. 1 dargestellte werden aktuell mit beträchtlichen Abmessungen gebaut. Eine Spitze eines Rotorblattes 3a, 3b, 3c kann dabei in einer Position mit maximalem Bodenabstand, welche auch als 12-Uhr-Position bezeichnet wird, einen Bodenabstand von über 200 m erreichen, während die Spitze des Rotorblattes 3a, 3b, 3c in einer minimalen Höheposition bzw. einer 6-Uhr-Position einen Bodenabstand von beispielsweise etwa 40 m oder weniger aufweisen kann. Bei einer als Offshorebauwerk ausgebildeten Windkraftanlage 1 wird der Bodenabstand in der Regel von einer Meeresoberfläche aus gemessen.

[0034] Eine Luftströmung weist in einem bodennahen Bereich, in dem sich die Windkraftanlage 1 befindet, eine Grenzschicht auf, sodass eine Windgeschwindigkeit mit zunehmendem Bodenabstand zunimmt. Dadurch wirkt auf jedes Rotorblatt 3a, 3b, 3c in der 12-Uhr- Position eine höhere Windgeschwindigkeit als in der 6-Uhr-Position, sodass auch ein von einem Rotorblatt 3a, 3b, 3c erzeugter Leistungsbeitrag 5a, 5b, 5c zu einer von der Windkraftanlage 1 erzeugten Leistung 6 mit zunehmendem Bodenabstand des Rotorblattes 3a, 3b, 3c zunimmt. Liegt eine Blattverstellung vor, bei welcher eines der Rotorblätter 3a, 3b, 3c der Windkraftanlage 1 einen von den weiteren Rotorblättern 3a, 3b, 3c abweichenden Anstellwinkel aufweist, führt dies aufgrund der Wirkung der Grenzschicht zu einem zyklischen Leistungsabfall 8 der von der Windkraftanlage 1 abgegebenen Leistung 6 gegenüber einem Erwartungswert 7. Der Enwar-tungswert 7 entspricht einer von der Windkraftanlage 1 abgegebenen Leistung 6 bei optimalem Anstellwinkel sämtlicher Rotorblätter 3a, 3b, 3c und gegebenen Strömungsbedingungen. Als Anstellwinkel wird dabei ein Winkel bezeichnet, welchen eine Profilsehne eines Profils eines Rotorblattes 3a, 3b, 3c mit der Rotorachse 2 einschließt. Die Rotorachse 2 ist üblicherweise parallel zu einer Windrichtung einer auf die Windkraftanlage 1 wirkenden Strömung.

[0035] Bei der dargestellten Windkraftanlage 1 wird neben der abgegebenen Leistung 6 auch eine Winkelposition des Rotors bzw. ein Rotorwinkel gemessen, wodurch Auslenkungswinkel aa, ab, ac der einzelnen Rotorblätter 3a, 3b, 3c aus einer Horizontalen 9 bzw. Auslenkungswinkel aa, ab, ac, welchen eine Längsachse 4 des jeweiligen Rotorblattes 3a, 3b, 3c wie dargestellt mit einer horizontalen 9-Uhr-Position einschließt, bestimmt werden können.

[0036] Durch Vergleich einer Phasenlage des zyklischen Leistungsabfalles 8 und der Auslenkungswinkel aa, ab, ac der einzelnen Rotorblätter 3a, 3b, 3c kann auf einfache Weise auf das zu justierende Rotorblatt 3a, 3b, 3c geschlossen werden, welches einen nicht optimalen Anstellwinkel aufweist. So tritt ein maximaler Leistungsabfall 8 bzw. ein Minimum der abgegebenen Leistung 6 immer dann auf, wenn das einen von den weiteren Rotorblättern 3a, 3b, 3c abweichenden, ungünstigen Anstellwinkel aufweisende Rotorblatt 3a, 3b, 3c die 12-Uhr-Position erreicht bzw. ein Auslenkungswinkel aa, ab, ac dieses Rotorblattes 3a, 3b, 3c 90° beträgt. Dadurch kann die Blattverstellung bzw. die Abweichung des Anstellwinkels eines Rotorblattes 3a gegenüber den weiteren Rotorblättern 3b, 3c auf einfache Weise bestimmt und in weiterer Folge im Rahmen eines geplanten oder ungeplanten Stillstandes behoben werden. Sofern die Windkraftanlage 1 mit einer Einrichtung wie einem Antrieb zur aktiven Rotorblattverstellung ausgebildet ist, um einen Anstellwinkel der Rotorblätter 3a, 3b, 3c einer aktuellen Windgeschwindigkeit anpassen zu können, kann eine Korrektur der Blattverstellung auch unmittelbar nach Bestimmung derselben vorzugsweise automatisiert erfolgen.

[0037] Fig. 2 zeigt den Erwartungswert 7 im Vergleich mit der abgegebenen Leistung 6 einer Windkraftanlage 1 gemäß Fig. 1, bei welcher das erste Rotorblatt 3a einen von den weiteren Rotorblättern 3b, 3c abweichenden, ungünstigen Anstellwinkel aufweist, in Abhängigkeit des Rotorwinkels, welcher einem ersten Auslenkungswinkel aa des ersten Rotorblattes 3a aus der 9-Uhr-Position entspricht.

[0038] Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darüber hinaus Leistungsbeiträge 5a, 5b, 5c der einzelnen Rotorblätter 3a, 3b, 3c zur abgegebenen Leistung 6 dargestellt, welche tatsächlich üblicherweise nicht gemessen werden. Dabei entspricht ein erster Leistungsbeitrag 5a dem Beitrag des ersten Rotorblattes 3a zur abgegebenen Leistung 6, ein zweiter Leistungsbeitrag 5b dem Beitrag des zweiten Rotorblattes 3b zur abgegebenen Leistung 6 und ein dritter Leistungsbeitrag 5c dem Beitrag des dritten Rotorblattes 3c zur abgegebenen Leistung 6. Sämtliche Leistungsbeiträge 5a, 5b, 5c ändern sich bzw. fluktuieren aufgrund der Wirkung der Grenzschicht gemäß einer Sinusfunktion abhängig vom Auslenkungswinkel aa, ab, ac des jeweiligen Rotorblattes 3a, 3b, 3c. Dabei sind die Leistungsbeiträge 5a, 5b, 5c analog zur Anordnung der Rotorblätter 3a, 3b, 3c am Rotor um 120° phasenverschoben. Ein maximaler Leistungsbeitrag 5a, 5b, 5c wird somit jeweils dann erreicht, wenn sich das jeweilige Rotorblatt 3a, 3b, 3c in der 12-Uhr-Position befindet.

[0039] Da im Ausführungsbeispiel das erste Rotorblatt 3a einen von den weiteren Rotorblättern 3b, 3c abweichenden, ungünstigen Anstellwinkel aufweist, ergibt sich ein reduzierter erster Leistungsbeitrag 5a.

[0040] Wie ersichtlich erreicht die abgegebene Leistung 6, welche der Summe der einzelnen Leistungsbeiträge 5a, 5b, 5c entspricht, zu einem Zeitpunkt t1 ein Minimum, zu dem der erste Auslenkungswinkel aa 90° beträgt. Zu diesem Zeitpunkt t1 sind somit ein Leistungsabfall 8 und der erste Leistungsbeitrag 5a maximal. Anders ausgedrückt ist der zyklische Leistungsabfall 8 in Phase mit dem ersten Leistungsbeitrag 5a. Weiter entspricht eine Frequenz einer Fluktuation des zyklischen Leistungsabfalles 8 einer Rotordrehzahl, mit welcher der Rotor um die Rotorachse 2 rotiert. Es kann somit durch Analyse des zyklischen Leistungsabfalles 8 und der einzelnen Auslenkungswinkel aa, ab, ac auf einfache Weise eine Blattverstellung ermittelt und darüber hinaus auch eine Aussage über das zu justierende Rotorblatt 3a getroffen werden. Indem untersucht wird, welches Rotorblatt 3a, 3b, 3c zu einem Zeitpunkt t1, zu dem ein zyklischer Leistungsabfall 8 maximal ist, einen Auslenkungswinkel aa, ab, ac von 90° aufweist.

[0041] Diese Analyse kann online oder basierend auf gespeicherten, gemessenen Daten erfolgen. Eine Messung der einzelnen Leistungsbeiträge 5a, 5b, 5c ist daher zur Bestimmung der Blattverstellung nicht erforderlich. Diese Blattverstellung kann in weiterer Folge durch Aufbringung eines Korrekturwinkels, beispielsweise im Rahmen einer Revision der Windkraftanlage 1, gezielt korrigiert werden, wodurch eine Effizienz der Windkraftanlage 1 verbessert wird.

[0042] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Erwartungswert 7 während einer Umdrehung konstant. Es versteht sich, dass das Verfahren auch dann umsetzbar ist, wenn sich der

Erwartungswert 7 mit dem Rotorwinkel bzw. einem Auslenkungswinkel aa, ab, ac eines Rotorblattes 3a, 3b, 3c ändert.

[0043] Das Verfahren kann auf einfache Weise mit einer Vorrichtung umgesetzt werden, mit welcher eine von der Windkraftanlage 1 abgegebene Leistung 6 analysiert und ein Leistungsabfall 8 gegenüber einem Erwartungswert 7 bestimmt werden kann, beispielsweise einem hierzu eingerichteten Computer. Hierzu kann die Vorrichtung eine Einrichtung zur Frequenzanalyse bzw. zur Fourier-Analyse der abgegebenen Leistung 6 enthalten, mit welcher insbesondere ein Anteil der gemessenen Leistung 6 analysiert werden kann, welcher eine der Rotordrehzahl entsprechende Frequenz aufweist. Die Vorrichtung kann auch zur automatisierten Ausgabe einer Warnung eingerichtet sein, wenn der Leistungsabfall 8 mit einer Frequenz entsprechend der Rotordrehzahl einen Grenzwert überschreitet. Der Erwartungswert 7 kann abhängig von Umgebungsbedingungen wie einer Windgeschwindigkeit in einer Datenbank gespeichert oder durch eine Simulation ermittelt sein, sodass abhängig von aktuellen Umgebungsbedingungen, welche in der Regel gemessen werden, jeweils ein korrekter Erwartungswert 7 zur Analyse der Blattverstellung eingesetzt werden kann.

[0044] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, einer Vorrichtung hierzu sowie einem Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens bzw. einem computerlesbaren Datenträger, auf welchem ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gespeichert ist, kann auf einfache Weise anhand bereits vorhandener Daten auf eine Blattverstellung bei einer Windkraftanlage 1 geschlossen werden. Da hierzu keine zusätzlichen Sensoren erforderlich sind, zumal abgegebene Leistung 6 und ein Rotorwinkel bereits bei bestehenden Anlagen stets gemessen werden, kann das Verfahren sowohl bei bestehenden als auch bei neuen Anlagen umgesetzt werden, um eine Blattverstellung auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit zu bestimmen und diese in weiterer Folge zu beheben. Dadurch kann eine Effizienz von Windkraftanlagen 1 auf besonders einfache Weise wesentlich verbessert werden.

Claims (10)

1. Ansprüche

   1. Verfahren zur Ermittlung einer Blattverstellung bei einer Windkraftanlage (1) mit einem Rotor mit zumindest zwei Rotorblättern (3a, 3b, 3c), dadurch gekennzeichnet, dass die Blattverstellung durch einen zyklischen Leistungsabfall (8) einer von der Windkraftanlage abgegebenen, gemessenen Leistung (6) gegenüber einem Erwartungswert (7) bestimmt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattverstellung durch einen Leistungsabfall (8) bestimmt wird, welcher eine Frequenz entsprechend einer Rotordrehzahl des Rotors aufweist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blattverstellung anhand eines einen Grenzwert überschreitenden Leistungsabfalles (8) bestimmt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorwinkel gemessen und durch Vergleich einer Phasenlage des Rotorwinkels und einer Phasenlage des Leistungsabfalles (8) ein oder mehrere zu justierende Rotorblätter (3a, 3b, 3c) identifiziert werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Windkraftanlage (1) mit zumindest drei Rotorblättern (3a, 3b, 3c) ein Rotorblatt (3a, 3b, 3c), welches einen von den weiteren Rotorblättern (3a, 3b, 3c) abweichenden Anstellwinkel aufweist, durch etwa gleichzeitiges Auftreten eines maximalen Leistungsabfalles (8) und einer 12-Uhr-Position dieses Rotorblattes (3a, 3b, 3c) identifiziert wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein konkreter Justagebedarf bei zumindest einem, vorzugsweise mehreren, insbesondere allen Rotorblättern (3a, 3b, 3c) durch Vergleich des gemessenen Leistungsabfalles (8) mit historischen entsprechenden Daten bestimmt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine ermittelte Blattverstellung vorzugsweise unmittelbar nach Bestimmung derselben korrigiert wird, wobei eine Korrektur insbesondere mittels einer Remote-Verbindung erfolgt.
8. 8. Vorriohtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Analyse einer von einer Windkraftanlage (1) abgegebenen Leistung (6) und zur auf einem zyklischen Leistungsabfall (8) basierenden Bestimmung einer Blattverstellung ausgebildet ist, bei welcher Rotorblätter (3a, 3b, 3o) der Windkraftanlage (1) untersohiedliohe Anstellwinkel aufweisen.
9. 9. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durohführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf einem Computer, wenn der Programmcode vom Computer ausgeführt wird.
10. 10. Computerlesbarer Datenträger, auf dem ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf einem Computer gespeichert ist.