DE102010009941A1 - Method for detection of damages of rotor blade of wind turbine in wind farm, involves transmitting error signal if acquired number of event time intervals lies above and below predetermined threshold value for preset analysis time interval - Google Patents

Method for detection of damages of rotor blade of wind turbine in wind farm, involves transmitting error signal if acquired number of event time intervals lies above and below predetermined threshold value for preset analysis time interval Download PDF

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Abstract

The method involves measuring vibrations of a rotor blade by an acceleration sensor, and acquisition of event time intervals, in which amplitudes of measurement values exceed a continuous threshold value. A number of the event time intervals in a predetermined analysis time interval are acquired. An error signal is transmitted if the acquired number of event time intervals lies above and below a predetermined threshold value for the predetermined analysis time interval. A wind turbine is driven during an analysis time interval in a test mode. Independent claims are also included for the following: (1) a device for monitoring damages of a rotor blade of a wind turbine (2) a system for monitoring damages of a rotor blade of a wind turbine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung wenigstens einer Windturbine, eine Vorrichtung und ein System zur Überwachung wenigstens einer Windturbine.The invention relates to a method for monitoring at least one wind turbine, a device and a system for monitoring at least one wind turbine.

Für das wirtschaftliche Betreiben von Windturbinen beziehungsweise von Windparks ist es wichtig, Defekte und Brüche in den Rotorblättern der Windturbinen zu einem möglichst frühen Zeitpunkt feststellen zu können. Nur durch eine rechtzeitige Erkennung von Defekten ist es möglich, notwendige Reparaturkosten gering zu halten sowie Folgeschäden zu vermeiden.For the economical operation of wind turbines or wind farms, it is important to be able to determine defects and fractures in the rotor blades of the wind turbines at the earliest possible date. Only by a timely detection of defects, it is possible to keep necessary repair costs low and to avoid consequential damage.

Eine Möglichkeit, Defekte und Brüche in den Rotorblättern festzustellen, besteht darin, durch häufige, visuelle Kontrolle vor Ort den Zustand der Rotorblätter zu überwachen.One way to detect defects and breakages in the rotor blades is to monitor the condition of the rotor blades by frequent visual visual inspection.

Solche visuellen Kontrollen sind jedoch kostenintensiv und aus diesem Grunde unerwünscht. Da defekte beziehungsweise gebrochene Rotorblätter im Betriebszustand Vibrationen innerhalb des Rotorblattes hervorrufen, sind aus dem Stand der Technik bereits Verfahren bekannt, mit denen der Zustand eines Rotorblattes automatisch überprüft werden kann.However, such visual controls are costly and therefore undesirable. Since defective or broken rotor blades cause vibrations within the rotor blade in the operating state, methods are already known from the prior art with which the condition of a rotor blade can be checked automatically.

Derartige Verfahren müssen in der Lage sein, Vibrationen, deren Ursache auf Rotorblatt-Schäden zurückzuführen ist, von solchen Vibrationen zu unterscheiden, welche von Getriebegeräuschen, Pitchgeräuschen und anderen Geräuschemissionen in den Windturbinen herrühren.Such methods must be able to distinguish vibrations due to rotor blade damage from vibrations resulting from transmission noises, pitch noises and other noise emissions in the wind turbines.

Um dies zu bewerkstelligen, werden meist komplizierte Algorithmen in den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verwendet.In order to accomplish this, complicated algorithms are usually used in the methods known from the prior art.

So beschreibt DE 100 65 314 B4 ein Verfahren zur Überwachung des Zustandes von Rotorblättern an Windkraftanlagen. Hierbei werden zunächst die Messwerte in elektrische Signale überführt, einer Spektren-Analyse unterzogen und anschließend mit einer Spektrenbibliothek eines Massendatenspeichers verglichen. Bei Übereinstimmung von solchen Spektrenmustern der Spektrenbibliothek, welche defekte Rotorblätter kennzeichnen mit dem Spektrum des zu überwachenden Rotorblattes, wird ein Schadenssignal ausgegeben.So describes DE 100 65 314 B4 a method for monitoring the condition of rotor blades on wind turbines. Here, the measured values are first converted into electrical signals, subjected to spectral analysis and then compared with a spectral library of a mass data memory. If such spectral patterns of the spectral library agree, which indicate defective rotor blades with the spectrum of the rotor blade to be monitored, a damage signal is output.

Ebenso beschreibt US 2010/00 21297 A1 ein Verfahren zur Detektion von Beschädigungen in einem Rotorblatt, wobei hier die Messwerte eines Rotorblattes mit einem weiteren Rotorblatt der gleichen Windturbine verglichen werden, um mit Hilfe einer Differenz der Messwerte eine mögliche Beschädigung eines Rotorblattes erkennen zu können.Likewise describes US 2010/00 21297 A1 a method for the detection of damage in a rotor blade, wherein the measured values of a rotor blade are compared with another rotor blade of the same wind turbine in order to be able to detect a possible damage of a rotor blade with the aid of a difference of the measured values.

Da die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aufwändige Rechenoperationen umfassen, werden zu ihrer Durchführung meist kosten- und störanfällige Computer benötigt. Außerdem ist oft eine Bibliothek von Vergleichsdaten notwendig, um die Algorithmen der aus dem Stand der Technik verwendeten Verfahren durchführen zu können.Since the methods known from the prior art involve complex arithmetic operations, their implementation usually requires computers that are prone to costs and errors. In addition, a library of comparison data is often required to perform the algorithms of the prior art methods.

Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Detektion von Rotorblatt-Schäden bereitzustellen, welches in einer einfachen, kostengünstigen und wenig störanfälligen Hardwarevorrichtung realisiert werden kann. Aufgabe ist zudem, ein weiteres Verfahren zur Detektion von Rotorblattschäden bereit zu stellen.The aim of the invention is to provide a method for the detection of rotor blade damage, which can be realized in a simple, inexpensive and less prone to failure hardware device. The task is also to provide a further method for the detection of rotor blade damage.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 1 der Patentanmeldung und durch eine Vorrichtung und ein System zur Überwachung von Windturbinen gemäß der Ansprüche 12 bzw. 14 gelöst.This object is achieved by a method with the method steps according to claim 1 of the patent application and by a device and a system for monitoring wind turbines according to claims 12 and 14, respectively.

Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Detektion von Rotorblattschäden dabei Analyseschritte, welche ausschließlich im Zeitbereich durchgeführt werden.According to the invention, the method for the detection of rotor blade damage comprises analysis steps which are carried out exclusively in the time domain.

Um eine Aussage über den Zustand eines Rotorblattes treffen zu können, werden zunächst die Vibrationen wenigstens eines Rotorblattes mit Hilfe wenigstens eines Beschleunigungssensors bei einer Abtastfrequenz von vorzugsweise wenigstens 5 kHz besonders bevorzugt 10 kHz gemessen und als Messwerte an eine Analyseeinheit weitergegeben. In der Analyseeinheit werden dann zunächst Ereigniszeitintervalle erfasst, in denen die Amplitude von Messwerten ständig oberhalb eines vorher bestimmten Schwellwertes liegt. Diese Ereigniszeitintervalle werden gezählt. In einem nachfolgenden Schritt wird die Anzahl dieser Ereigniszeitintervalle mit wenigstens einem Schwellwert für die Anzahl von Ereigniszeitintervallen in wenigstens einem vorher bestimmten Analysezeitintervall verglichen. Liegt die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle oberhalb des Schwellwertes dieses Analysezeitintervalls, wird eine Fehlermeldung für das analysierte Rotorblatt ausgegeben.In order to be able to make a statement about the condition of a rotor blade, the vibrations of at least one rotor blade are first measured with the aid of at least one acceleration sensor at a sampling frequency of preferably at least 5 kHz, more preferably 10 kHz, and passed as measured values to an analysis unit. In the analysis unit, event time intervals are then first detected, in which the amplitude of measured values is always above a previously determined threshold value. These event time intervals are counted. In a subsequent step, the number of these event time intervals is compared with at least one threshold for the number of event time intervals in at least one predetermined analysis time interval. If the number of counted event time intervals is above the threshold value of this analysis time interval, an error message is output for the analyzed rotor blade.

Vorzugsweise werden die Messwerte vor der Erfassung von Ereigniszeitintervallen durch einen Tiefpass-Filter geleitet, um die nachfolgende Erfassung der Ereigniszeitintervalle nur auf die niederfrequenten Messwertanteile anzuwenden. Besonders bevorzugt wird hierfür ein Filter von 400 Hz, besonders bevorzugt von 180 Hz verwendet.The measured values are preferably passed through a low-pass filter prior to the detection of event time intervals in order to apply the subsequent detection of the event time intervals only to the low-frequency measured value components. Particularly preferred for this purpose, a filter of 400 Hz, more preferably 180 Hz is used.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt der Schwellwert zur Erfassung von Ereigniszeitintervallen zwischen 1,2 m/s2 und 1,6 m/s2 und vorzugsweise 1,4 m/s2. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Schwellwert zur Erfassung von Ereigniszeitintervallen nicht um einen festen Schwellwert, sondern um einen dynamischen Schwellwert. Wird ein dynamischer Schwellwert verwendet, so liegt dieser bei vorzugsweise dem 5fachen Wert der gemittelten Vibrationsmesswerte des Analysezeitintervalls eines vorangehenden Zeitabschnitts von vorzugsweise 10 Sekunden und besonders bevorzugt bei dem 10fachen Wert der gemittelten Vibrationsmesswerte eines vorangehenden Zeitabschnitts von vorzugsweise 10 Sekunden oder bei dem 10fachen Wert der gemittelten Vibrationsmesswerte des vorangehenden Analysezeitintervalls. Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht der dynamische Schwellwert dem vielfachen Wert der gemittelten Vibrationsmesswerte eines vorangehenden Zeitabschnitts von vorzugsweise 10 Sekunden oder des vorangehenden Analysezeitintervalls, wobei es sich um einen vorherbestimmten Faktor von zwischen 5 und 10 handelt.According to one embodiment of the invention, the threshold for detecting event time intervals is between 1.2 m / s 2 and 1.6 m / s 2 and preferably 1.4 m / s 2 . According to another According to an embodiment of the invention, the threshold for detecting event time intervals is not a fixed threshold value but a dynamic threshold value. If a dynamic threshold value is used, it is preferably 5 times the average vibration measurement values of the analysis time interval of a preceding time period of preferably 10 seconds and more preferably 10 times the average vibration measurement values of a preceding time period of preferably 10 seconds or 10 times the mean value Vibration readings of the previous analysis time interval. According to another embodiment, the dynamic threshold value corresponds to the multiple value of the averaged vibration measurement values of a preceding time period of preferably 10 seconds or the preceding analysis time interval, which is a predetermined factor of between 5 and 10.

Vorzugsweise beträgt der Analysezeitintervall zwischen drei und sieben, besonders bevorzugt zwischen 4 und 6 Minuten.Preferably, the analysis time interval is between three and seven, more preferably between 4 and 6 minutes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schwellwert für die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle so gewählt, dass er zwischen dem 0,3fachen und dem 0,5fachen Wert der Rotationen der Windturbine in dem Analysezeitintervall liegt und vorzugsweise dem 0,4fachen Wert der Rotationen der Windturbine in dem Analysezeitintervall entspricht.According to another embodiment, the threshold for the number of counted event time intervals is selected to be between 0.3 times and 0.5 times the value of the wind turbine's rotations in the analysis time interval, and preferably 0.4 times the number of wind turbine rotations in the Analysis time interval corresponds.

Entspricht das Analysezeitintervall beispielsweise 5 Minuten, so entspricht der Schwellwert für die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle vorzugsweise 10, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Windturbine 5 Umdrehungen pro Minute (U/min) beträgt.For example, if the analysis time interval is 5 minutes, the threshold for the number of the counted event time intervals is preferably 10 when the rotation speed of the wind turbine is 5 rpm (revolutions per minute).

Werden dementsprechend innerhalb eines Analysezeitraums von 5 Minuten bei einer Rotationsgeschwindigkeit der Windturbine von 5 U/min mehr als 10 Ereigniszeitintervalle gezählt, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.Accordingly, if more than 10 event time intervals are counted within a 5 minute analysis period at a 5 rpm rotation speed of the wind turbine, an error message is issued.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Fehlermeldung nur dann ausgegeben, wenn die Anzahl der in einem Analysezeitintervall gezählten Ereigniszeitintervalle nicht nur oberhalb des besagten Schwellwertes, sondern gleichzeitig auch unterhalb eines zweiten, oberen Schwellwertes liegt. Der obere Schwellwert für die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle wird vorzugsweise so gewählt, dass er zwischen dem 2,5fachen und dem 3,5fachen Wert der Rotationen der Windturbine in dem Analysezeitintervall und besonders bevorzugt dem 3fachen Wert entspricht.According to a further embodiment of the invention, an error message is output only if the number of event time intervals counted in an analysis time interval is not only above the said threshold value but at the same time also below a second, upper threshold value. The upper threshold for the number of the counted event time intervals is preferably selected to be between 2.5 times and 3.5 times the number of rotations of the wind turbine in the analysis time interval, and more preferably 3 times.

Entspricht das Analysezeitintervall beispielsweise 5 Minuten, so entspricht der Schwellwert für die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle vorzugsweise 75, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Windturbine 5 U/min beträgt.For example, if the analysis time interval is 5 minutes, the threshold for the number of counted event time intervals is preferably 75 when the rotation speed of the wind turbine is 5 rpm.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung handelt es sich bei dem Schwellwert/den Schwellwerten für die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle in einem Analysezeitintervall nicht um feste Werte, sondern um dynamische Werte, welche in Abhängigkeit von der im Analysezeitintervall gemessenen Anzahl an Rotationen angepasst wird/werden.According to a further embodiment of the invention, the threshold value / threshold values for the number of counted event time intervals in an analysis time interval are not fixed values but dynamic values which are adjusted as a function of the number of rotations measured in the analysis time interval.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die zeitlichen Abstände zwischen den im Analysezeitintervall erfassten Ereigniszeitintervallen erfasst und einer weiteren Analyse unterzogen: Sollte der zeitliche Abstand zweier aufeinander folgender Ereigniszeitintervalle kleiner sein als der mittlere zeitliche Abstand aufeinander folgender Ereigniszeitintervalle im Analysezeitintervall und eine Differenz zwischen dem zeitlichen Abstand zweier aufeinander folgender Ereigniszeitintervalle und dem mittleren zeitlichen Abstand aufeinander folgender Ereigniszeitintervalle vom Betrag her größer sein als ein vorgegebener Schwellwert, so werden diese Ereigniszeitintervalle nicht gezählt oder es wird der Schwellwert für die Anzahl der Ereigniszeitintervalle im Analysezeitintervall um einen Zähler nach oben angepasst.According to a further embodiment of the invention, the time intervals between the event time intervals detected in the analysis time interval are detected and subjected to further analysis: Should the time interval of two successive event time intervals be less than the mean time interval of successive event time intervals in the analysis time interval and a difference between the time intervals two consecutive event time intervals and the mean time interval of successive event time intervals are greater in magnitude than a predetermined threshold value, these event time intervals are not counted or the threshold for the number of event time intervals in the analysis time interval is adjusted upwards by one counter.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante wird die Dauer eines Ereigniszeitintervalls erfasst und mit einem vorgegebenen Schwellwert für die Dauer von Ereigniszeitintervallen verglichen. Liegt die erfasste Dauer eines Ereigniszeitintervalls unterhalb dieses Schwellwertes, wird dieses Ereigniszeitintervall nicht gezählt. Vorzugsweise beträgt ein solcher Schwellwert zwischen 0,1 und 0,3 Sekunden.According to a further embodiment, the duration of an event time interval is detected and compared with a predetermined threshold for the duration of event time intervals. If the detected duration of an event time interval is below this threshold, this event time interval is not counted. Such a threshold value is preferably between 0.1 and 0.3 seconds.

Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass Vibrationen, die durch einen Rotorblatt-Schaden hervorgerufen werden, besonders häufig dann auftreten, wenn ein Rotorblatt gerade an der 12 Uhr Position vorbeigezogen ist. Dementsprechend werden vorzugsweise nur solche Ereigniszeitintervalle gezählt, welche während der Stellung eines Rotorblattes zwischen der 12 Uhr Position und der 6:00 Uhr Position erfasst werden.Surprisingly, it has been found that vibrations that are caused by a rotor blade damage, particularly often occur when a rotor blade is just past the 12 o'clock position. Accordingly, preferably only such event time intervals are counted which are detected during the position of a rotor blade between the 12 o'clock position and the 6 o'clock position.

In diesem Falle müssen allerdings die Schwellenwerte für die Anzahl der erfassten Ereigniszeitintervalle im Analysezeitintervall reduziert werden, da – wenn auch statistisch nicht so häufig – Vibrationen, die durch Beschädigung eines Rotorblattes hervorgerufen werden, auch in einer Stellung des Rotorblattes zwischen der 6 Uhr Position und der 12 Uhr Position auftreten.In this case, however, the thresholds for the number of recorded event time intervals in the analysis time interval must be reduced, since - although not statistically so often - vibrations that are caused by damage to a rotor blade, in a position of the rotor blade between the 6 o'clock position and the 12 o'clock position occur.

Es hat sich gezeigt, dass die durchschnittliche Anzahl der während einer Umdrehung erfassbaren Vibrationen, welche durch ein beschädigtes Rotorblatt hervorgerufen werden, von der Windgeschwindigkeit einerseits und dem Betriebszustand der Windturbine andererseits – „Freilauf-Modus” oder „Stromerzeugungs-Modus” – abhängen. Dies liegt daran, dass sich Brüche in Rotorblättern durch die Belastung der Windturbine und insbesondere durch das Zurückbiegen der Rotorblätter in Windrichtung teilweise schließen und so keine charakteristische Vibration zu erfassen ist. It has been found that the average number of vibrations detectable during one revolution, which are caused by a damaged rotor blade, depend on the wind speed on the one hand and the operating state of the wind turbine on the other - "freewheel mode" or "power generation mode". This is due to the fact that fractures in rotor blades partly close due to the load of the wind turbine and in particular due to the bending back of the rotor blades in the wind direction and so no characteristic vibration is to be detected.

Dementsprechend umfasst das Verfahren zur Detektion von Rotorblattschäden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung Verfahrensschritte, welche bewirken, dass die Windturbine, deren Rotorblätter zu untersuchen sind, innerhalb des Analysezeitintervalls in einem Analysemodus bzw. Test-Modus gefahren wird.Accordingly, the method for detecting rotor blade damage according to a further embodiment of the invention comprises method steps which cause the wind turbine whose rotor blades are to be examined to be moved into an analysis mode or test mode within the analysis time interval.

Hierbei wird die Rotationsgeschwindigkeit vor Beginn des Analysezeitintervalls auf eine vorgegebene Analyserotationsgeschwindigkeit gebracht, welche vorzugsweise zwischen 4 und 6 U/min liegt und besonders bevorzugt 5 U/min beträgt. Nur geringe Schwankungsbereiche der Rotationsgeschwindigkeit sind für den Test-Modus zulässig. Um etwaige Störgeräusche durch die Pitchantriebe zu vermeiden, wird die Pitch-Automatik während des Analysezeitintervalls abgeschaltet bzw. die maximale Pitch-Geschwindigkeit auf ein Mindestmaß von vorzugsweise weniger als 3° pro Sekunde beschränkt.In this case, the rotational speed is brought before the beginning of the analysis time interval to a predetermined Analyserotationsgeschwindigkeit, which is preferably between 4 and 6 U / min and more preferably 5 U / min. Only small fluctuation ranges of rotation speed are allowed for the test mode. In order to avoid any noise from the pitch drives, the pitch automatic is switched off during the analysis time interval or the maximum pitch speed is limited to a minimum of preferably less than 3 ° per second.

Kann der gewünschte Analysemodus nicht eingehalten werden, so umfasst das Verfahren zur Detektion von Rotorblattschäden einen Schritt zur Unterbrechung oder Beendigung der Analyse und zur Wiederaufnahme des Verfahrens zu einem späteren, geeigneteren Zeitpunkt. Der Analyse-Modus kann z. B. nicht eingehalten werden, wenn die gemessene Windgeschwindigkeit zu hoch oder zu niedrig ist.If the desired analysis mode can not be met, the method of detecting rotor blade damage includes a step to interrupt or terminate the analysis and resume the procedure at a later, more appropriate time. The analysis mode can, for. B. are not met if the measured wind speed is too high or too low.

Kann ein Analysemodus nicht durchgeführt werden, weil die Windgeschwindigkeit zu hoch ist, wird die Windturbine vorzugsweise nach Überschreiten einer vorgegebenen, zulässigen Verzögerungszeit heruntergefahren. Vorzugsweise wird ein Test dann zu einem späteren Zeitpunkt initiiert, sobald eine zulässige Windgeschwindigkeit von vorzugsweise weniger als 18 m/s herrscht.If an analysis mode can not be performed because the wind speed is too high, the wind turbine is preferably shut down after exceeding a predetermined allowable delay time. Preferably, a test is then initiated at a later time as soon as an allowable wind speed of preferably less than 18 m / s prevails.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Verfahren eine Startfunktion, die bewirkt, dass die einzelnen Schritte des Verfahrens nicht kontinuierlich ausgeführt werden, sondern vorzugsweise nur alle 1 oder 2 Tage durchgeführt werden, d. h. der Analyse-Modus wird auch nur alle 1 oder 2 Tage gestartet. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird die Turbine bei Vorliegen eines Fehlersignals heruntergefahren und das Fehlersignal an eine externe Fernwartungsstelle weitergegeben, in welcher eine Fehlermeldung und/oder Messwerte über eine Ausgabeeinheit ausgegeben werden. Vorzugsweise wird die Windturbine nach einem erstmaligen Herunterfahren wieder angefahren; beim Vorliegen eines Fehlersignals wird sie erneut heruntergefahren und dann nicht automatisch wieder angefahren. Das Fehlersignal wird vorzugsweise erneut an eine Fernwartungsstelle weitergeleitet.According to a further embodiment, the method comprises a start function which causes the individual steps of the method not to be carried out continuously, but preferably to be carried out only every 1 or 2 days, ie. H. the analysis mode is also started only every 1 or 2 days. According to a further embodiment, the turbine is shut down in the presence of an error signal and the error signal is forwarded to an external remote maintenance point, in which an error message and / or measured values are output via an output unit. Preferably, the wind turbine is restarted after a first shutdown; if there is an error signal, it is shut down again and then not restarted automatically. The error signal is preferably forwarded again to a remote maintenance center.

Insbesondere wenn auf die Verfahrensschritte zur Einleitung und Aufrechterhaltung eines Analysemodus im Analysezeitintervall verzichtet wird, ist es hilfreich und deshalb gemäß weiterer Ausführungen der Erfindung vorgesehen, den Verfahrensschritten, welche im Zeitbereich durchgeführt werden, Verfahrensschritte vor-, neben- oder nachzulagern, welche im Frequenz-Bereich, im Frequenz-Zeit-Bereich oder in Wahrscheinlichkeits-Bereich durchgeführt werden.In particular, if the method steps for initiation and maintenance of an analysis mode in the analysis time interval are dispensed with, it is helpful and therefore according to further embodiments of the invention to advance, increment or supplement the method steps which are carried out in the time domain, which occur in the frequency domain. Range, Frequency Time Range, or Probability Range.

Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung ist eine oder sind mehrere der nachfolgenden Analyseschritte vorgesehen.According to further embodiments of the invention, one or more of the following analysis steps is provided.

Vorzugsweise wird die Kurtosis des Verlaufs der Messwerte in den Ereigniszeitintervallen berechnet und mit vorherbestimmten Schwellwerten für die Kurtosis verglichen. Vorzugsweise werden hierzu nicht die gefilterten Messwerte, sondern die ungefilterten Messwerte verwendet.Preferably, the kurtosis of the course of the measurements in the event time intervals is calculated and compared to predetermined kurtosis thresholds. Preferably, not the filtered measured values, but the unfiltered measured values are used for this purpose.

Vorzugsweise wird ein Ereigniszeitintervall nicht gezählt, wenn die Kurtosis – die Gaußsche Normalverteilung wird bei einer Kurtosis von 3 angenommen – des Ereigniszeitintervalls größer als ein vorherbestimmter Wert zwischen 10 und 25 ist. Gemäß einer weiteren Ausführung wird die Kurtosis für einen Zeitraum von zwischen 0,3 und 0,6 Sekunden und bevorzugt von 0,5 Sekunden nach Beginn des Ereigniszeitintervalls berechnet, unabhängig davon, wie groß das Ereignis-Zeitintervall tatsächlich ist.Preferably, an event time interval is not counted if the kurtosis - the Gaussian normal distribution assumed at a kurtosis of 3 - of the event time interval is greater than a predetermined value between 10 and 25. According to another embodiment, the kurtosis is calculated for a period of between 0.3 and 0.6 seconds and preferably 0.5 seconds after the beginning of the event time interval, regardless of how large the event-time interval actually is.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Kurtosis nicht nur des gesamten Ereigniszeitintervalls oder eines Zeitraums zwischen 0,3 und 0,6 Sekunden bestimmt, sondern auch die Kurtosis vorgegebener zeitlicher Abschnitte des Ereigniszeitintervalls, wobei das Ereigniszeitintervall vorzugsweise in gleich große Abschnitte untergliedert ist oder ein solcher Abschnitt zwischen 0,03 und 0,07, bevorzugt 0,05 Sekunden, beträgt. Ein Ereigniszeitintervall wird vorzugsweise auch dann nicht gezählt, wenn die Kurtosis eines oder mehrerer dieser Abschnitte über einem Schwellwert von zwischen 4 und 10 liegt.According to a further embodiment, the kurtosis is determined not only the entire event time interval or a period between 0.3 and 0.6 seconds, but also the kurtosis of predetermined time intervals of the event time interval, wherein the event time interval is preferably subdivided into equal sections or such a section between 0.03 and 0.07, preferably 0.05 seconds. An event time interval is preferably not counted even if the kurtosis of one or more of these sections is above a threshold of between 4 and 10.

Es hat sich gezeigt, dass das Verhältnis zwischen der Kurtosis einzelner Abschnitte des Ereigniszeitintervalls zu der Kurtosis des gesamten Ereigniszeitintervalls bzw. das Verhältnis der durchschnittlichen Kurtosis der Abschnitte des Ereigniszeitintervalls zu der Kurtosis des gesamten Ereigniszeitintervalls eine charakteristische Größe bei beschädigten Rotorblättern aufweist. Dementsprechend wird gemäß einer Ausgestaltung ein Ereigniszeitintervall nicht gezählt, wenn das Verhältnis zwischen der Kurtosis eines oder mehrerer Abschnitte des Ereigniszeitintervalls zu der Kurtosis des gesamten Ereigniszeitintervalls oder das Verhältnis der durchschnittlichen Kurtosis der Abschnitte des Ereigniszeitintervalls zu der Kurtosis des gesamten Zeitintervalls oder des langen Zeitintervalls über einem Schwellwert von zwischen 2,5 und 3,5 liegt. Da diese Kurtosis-Analyseschritte auch ohne die Analyseschritte im Zeitbereich ein effektives Verfahren zur Detektion von Rotorblattschäden ermöglichen, stellen diese Schritte auch ohne die Analyseschritte im Zeitbereich einen selbstständigen erfinderischen Gedanken dar.It has been shown that the ratio between the kurtosis of individual sections of the event time interval to the kurtosis of the total Event time interval or the ratio of the average kurtosis of the sections of the event time interval to the kurtosis of the entire event time interval has a characteristic size at damaged rotor blades. Accordingly, according to one embodiment, an event time interval is not counted when the ratio between the kurtosis of one or more portions of the event time interval to the kurtosis of the entire event time interval or the ratio of the average kurtosis of the portions of the event time interval to the kurtosis of the entire time interval or the long time interval over one Threshold is between 2.5 and 3.5. Since these kurtosis analysis steps enable an effective method for the detection of rotor blade damage even without the analysis steps in the time domain, these steps represent an independent inventive idea even without the analysis steps in the time domain.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein Frequenz-Synchronizitäts-Verfahren den im Zeitbereich durchgeführten Verfahrensschritten vorgelagert.According to a further embodiment, a frequency synchronicity method is preceded by the method steps performed in the time domain.

Für dieses Verfahren werden die Messwerte zunächst durch einen Tiefpass-Filter und gleichzeitig durch einen Hochpass-Filter von vorzugsweise 400 Hz geleitet. Wird für die niederfrequenten Messwertanteile ein Ereigniszeitintervall erfasst, so wird überprüft, ob zur gleichen Zeit auch ein vorgegebener Schwellwert für die hochfrequenten Messwerteanteile festgestellt werden kann. Da sich gezeigt hat, dass beschädigte Rotorblätter besonders starke Ausschläge im niederfrequenten Frequenzbereich aufweisen, handelt es sich, wenn zeitgleich auch für die hochfrequenten Messwerteanteile ein vorgegebener Schwellwert von vorzugsweise zwischen 1,4 und 3 m/s2 überschritten wird, nicht um eine Vibration, welche durch ein beschädigtes Rotorblatt hervorgerufen wird und dementsprechend wird das entsprechende Ereigniszeitintervall nicht mitgezählt oder der Schwellwert für die Anzahl der Ereignis-Zeitintervalle wird einen Zähler nach oben gesetzt. Dieser Schwellwert für die hochfrequenten Messwertanteile ist gemäß einer Variante dynamisch, wobei der Schwellwert vorzugsweise höher ist als der Schwellwert für die niederfrequenten Messwertanteile, d. h. der Faktor, mit dem der dynamische Schwellwert auf der Grundlage der durchschnittlichen Messwerte eines vorangehenden Zeitabschnitts berechnet wird, ist bei den hochfrequenten Messwertanteile höher zu wählen, als bei den niederfrequenten Messwertanteilen.For this method, the measured values are first passed through a low-pass filter and simultaneously through a high-pass filter of preferably 400 Hz. If an event time interval is detected for the low-frequency measured value components, then it is checked whether a predetermined threshold value for the high-frequency measured value components can also be determined at the same time. Since it has been shown that damaged rotor blades have particularly pronounced deflections in the low-frequency frequency range, when a predetermined threshold value of preferably between 1.4 and 3 m / s 2 is also exceeded for the high-frequency measured value portions at the same time, this is not a vibration, which is caused by a damaged rotor blade and accordingly the corresponding event time interval is not counted or the threshold for the number of event time intervals is set up one counter. This threshold value for the high-frequency measured value components is dynamic according to a variant, wherein the threshold value is preferably higher than the threshold value for the low-frequency measured value components, ie the factor with which the dynamic threshold value is calculated on the basis of the average measured values of a preceding time segment is higher frequency components than the low-frequency components.

Als weitere charakteristische Größen haben sich der Frequenzmittelwert und der quadratische Mittelwert der Frequenz (RMS) erwiesen. Dabei wird der Frequenzmittelwert mittels FFT-Verfahren (Schnelle Fourier Transformation) für den Ereigniszeitbereich oder vorzugsweise für einen Zeitraum von 0,5 Sekunden nach Beginn des Ereigniszeitintervalls unter Verwendung aller, nicht nur der gefilterten, Messwertanteile berechnet.Other characteristic quantities are the frequency average and the root mean square frequency (RMS). In this case, the frequency mean value is calculated by means of the FFT method (fast Fourier transformation) for the event time range or preferably for a period of 0.5 seconds after the start of the event time interval using all, not just the filtered, measured value components.

Für die RMS-Analyse wird das Ereigniszeitintervall oder der Zeitraum von 0,5 Sekunden nach Beginn des Ereigniszeitintervalls in vorzugsweise wenigstens drei gleich große Abschnitte unterteilt und für jeden Abschnitt der RMS-Wert vorzugsweise aller Messwertanteile berechnet. Weist nicht jeder der Abschnitte in chronologischer Abfolge einen geringeren RMS-Wert auf als der vorangehende Abschnitt, so handelt es sich nicht um Vibrationen, welche auf eine Beschädigung des Rotorblattes zurückzuführen sind. Ein solches Ereigniszeitintervall wird folglich nicht gezählt oder der Schwellwert für die Anzahl der Ereigniszeitintervalle wird einen Zähler nach oben gesetzt.For the RMS analysis, the event time interval or the period of 0.5 seconds after the beginning of the event time interval is preferably divided into at least three equal sections and the RMS value of all measured value components is preferably calculated for each section. If not each of the sections has a lower RMS value in chronological order than the previous section, these are not vibrations due to damage to the rotor blade. Consequently, such an event time interval is not counted or the threshold for the number of event time intervals is set up one counter.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Komponenten-Synchronizitäts-Verfahren den im Zeitbereich durchgeführten Verfahrensschritten vorgelagert. Für dieses Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass ein Rotorblattschaden zeitgleich in mehreren Rotorblättern einer Windturbine auftritt. Dementsprechend wird dann, wenn ein Ereigniszeitintervall gleichzeitig in wenigstens zwei Rotorblättern detektiert wird, dieses Ereigniszeitintervall nicht mitgezählt oder der Schwellwert für die Anzahl der Ereigniszeitintervalle wird einen Zähler nach oben gesetzt.According to a further embodiment, a component synchronicity method is preceded by the method steps performed in the time domain. For this method, the fact is exploited that it is very unlikely that a rotor blade damage occurs simultaneously in several blades of a wind turbine. Accordingly, if an event time interval is simultaneously detected in at least two rotor blades, this event time interval is not counted or the threshold for the number of event time intervals is set up one counter.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Fehlersignal auch dann ausgegeben, wenn ein Defekt der Auswerteeinheit festgestellt wird. Ein Defekt wird vorzugsweise dadurch festgestellt, dass die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle in einem Analysezeitintervall null ist oder unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt.According to a further embodiment, an error signal is output even if a defect of the evaluation unit is detected. A defect is preferably detected by the number of counted event time intervals being zero or falling below a predetermined threshold in an analysis time interval.

Einen weiteren Aspekt der Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Überwachung von Rotorblattschäden von Windturbinen dar, welche wenigstens über einen Beschleunigungssensor und eine Auswerteeinheit verfügt, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, zunächst Ereigniszeitintervalle zu erfassen, in denen die Amplitude von Messwerten ständig oberhalb eines vorher bestimmten Schwellwertes liegt, und vorzugsweise auch dazu ausgebildet ist, diese Ereigniszeitintervalle zu zählen und dann, wenn die Anzahl dieser Ereigniszeitintervalle über einem unteren Schwellwert für die Anzahl von Ereigniszeitintervallen und unterhalb eines oberen Schwellwertes für die Anzahl von Ereigniszeitintervallen in einem Analysezeitintervall liegt, eine Fehlermeldung für das analysierte Rotorblatt auszugeben.A further aspect of the invention is a device for monitoring rotor blade damage of wind turbines, which has at least one acceleration sensor and an evaluation unit, wherein the evaluation unit is designed to first detect event time intervals in which the amplitude of measured values is always above a previously determined threshold value is and is preferably also configured to count these event time intervals, and if the number of these event time intervals is above a lower threshold for the number of event time intervals and below an upper threshold for the number of event time intervals in an analysis time interval, an error message for the analyzed one Rotor blade issue.

Einen weiteren Aspekt der Erfindung stellt ein System zur Überwachung von Rotorblattschäden von Windturbinen dar, welches wenigstens über die genannte Vorrichtung, eine Übertragungseinheit, einer Steuereinheit, eine Recheneinheit, eine zentrale Datenerfassungsstelle und eine zentrale Datenausgabestelle verfügt.A further aspect of the invention is a system for monitoring rotor blade damage of wind turbines, which at least via said device, a transmission unit, a Control unit, a computing unit, a central data collection point and a central data output point has.

Dabei ist die Übertragungseinheit vorzugsweise als Gleitring oder als WLAN-Brücke ausgeführt und dazu ausgebildet, Signale und/oder Messwerte an die Steuereinheit und/oder die Recheneinheit und/oder die zentrale Datenerfassungsstelle und/oder die zentrale Datenausgabestelle weiterzuleiten. Als Übertragungseinheit können erfindungsgemäß zusätzlich zum Gleitring oder zur WLAN-Brücke auch ein Bachmann Fastbus und/oder andere Datenleiter eingesetzt sein.In this case, the transmission unit is preferably embodied as a sliding ring or as a WLAN bridge and designed to forward signals and / or measured values to the control unit and / or the arithmetic unit and / or the central data acquisition point and / or the central data output point. According to the invention, a Bachmann Fastbus and / or other data conductors can also be used as the transmission unit in addition to the sliding ring or the WLAN bridge.

Die Steuereinheit ist hierbei dazu ausgebildet, die Windturbine zu steuern. Die Recheneinheit ist im Unterschied zur Auswerteeinheit dazu ausgebildet, neben den Analyseschritten im Zeitbereich auch Frequenzbereichs-Analyseschritte und/oder Frequenz-Zeitbereichs-Analyseschritte und/oder Wahrscheinlichkeitsbereichs-Analyseschritte durchzuführen.The control unit is in this case designed to control the wind turbine. In contrast to the evaluation unit, the arithmetic unit is designed to carry out frequency domain analysis steps and / or frequency time domain analysis steps and / or probability range analysis steps in addition to the analysis steps in the time domain.

Die zentrale Datenerfassungsstelle ist dazu ausgebildet ist, die Messwerte und vorzugsweise auch die Fehlermeldungen abzuspeichern. Die zentrale Datenausgabestelle ist dazu ausgebildet, eine Fehlermeldung zentral für mehrere Windturbinen auszugeben. Vorzugsweise weist die Datenausgabestelle zusätzlich eine Dateneingabe-Schnittstelle auf oder ist mit dieser verbunden. Über die Dateneingabe-Schnittstelle ist es vorzugsweise möglich, direkt oder indirekt auf Parameter der Recheneinheit zuzugreifen und diese für zukünftige Verfahren anzupassen.The central data acquisition point is designed to store the measured values and preferably also the error messages. The central data output point is designed to issue an error message centrally for several wind turbines. Preferably, the data output point additionally has or is connected to a data input interface. Via the data input interface, it is preferably possible to directly or indirectly access parameters of the arithmetic unit and to adapt these for future processes.

Im Betrieb wird vorzugsweise von der Auswerteeinheit der Test-Modus für eine Windturbine initiiert und innerhalb eines vorgegebenen Analysezeitintervalls die Vibrationen eines jeweiligen Rotorblattes mit Hilfe wenigstens eines, vorzugsweise mehrerer Beschleunigungssensoren gemessen. Die Auswerteeinheit erfasst dann, nachdem die Messwerte vorzugsweise zunächst durch einen 180 Hz Tiefpassfilter gefiltert wurden, Ereignis-Zeitintervalle, in denen die Messwerte ständig über einem vorgegebenen Schwellwert von vorzugsweise 1,4 m/s2 liegen. Wird ein Ereigniszeitintervall erfasst, leitet die Auswerteeinheit die Messwerte, welche innerhalb des Ereigniszeitintervalls liegen – hier jedoch vorzugsweise nicht die gefilterten Werte, sondern das gesamte Spektrum – an die Recheneinheit weiter. In der Recheneinheit werden dann vorzugsweise zumindest die weiter oben beschriebene Kurtosis-Analyse, die weiter oben beschriebene Analyse der mittleren Frequenz mittels FFT-Verfahren und die weiter oben beschriebene RMS-Analyse durchgeführt. Nur diejenigen Ereigniszeitintervalle werden gezählt, welche diesen Analysen genügen. Schließlich wird überprüft, ob die gezählten Ereigniszeitintervalle zwischen den weiter oben beschriebenen Schwellwerten für die Anzahl von Ereigniszeitintervallen in einem Analysezeitintervall liegen. Ist dies der Fall, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.In operation, the evaluation unit preferably initiates the test mode for a wind turbine and measures the vibrations of a respective rotor blade with the aid of at least one, preferably a plurality of acceleration sensors within a predetermined analysis time interval. After the measured values were preferably first filtered through a 180 Hz low-pass filter, the evaluation unit then records event-time intervals in which the measured values are constantly above a predetermined threshold value of preferably 1.4 m / s 2 . If an event time interval is detected, the evaluation unit forwards the measured values, which are within the event time interval-in this case, however, preferably not the filtered values but the entire spectrum-to the arithmetic unit. In the arithmetic unit, it is then preferred to carry out at least the kurtosis analysis described above, the analysis of the mean frequency described above by means of the FFT method and the RMS analysis described above. Only those event time intervals are counted which satisfy these analyzes. Finally, it is checked whether the counted event time intervals lie between the above-described thresholds for the number of event time intervals in an analysis time interval. If this is the case, an error message is output.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Zeichnungen anhand der Beschreibung hervor.Further details of the invention will become apparent from the drawings with reference to the description.

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

1 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Zeitbereichs-Analyse, 1 a flowchart of a first embodiment of the method according to the invention with a time domain analysis,

2 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Wahrscheinlichkeits- und Frequenzanalysen, welche der Zeitbereichs-Analyse vorgelagert sind, 2 a flowchart of a second embodiment of the method according to the invention with probability and frequency analyzes, which are upstream of the time domain analysis,

3 ein Flussdiagramm einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Analyse-Modus für die Windturbine, 3 3 shows a flowchart of a third variant of the method according to the invention with an analysis mode for the wind turbine,

4 eine Prinzip-Skizze für die Implementierung des Verfahrens gemäß 1 in eine Vorrichtung und ein System zur Überwachung von Windturbinen, 4 a schematic diagram for the implementation of the method according to 1 in an apparatus and a system for monitoring wind turbines,

5 eine Prinzip-Skizze für die Implementierung des Verfahrens gemäß 1 und/oder 2 in eine Vorrichtung und ein System zur Überwachung von Windturbinen, 5 a schematic diagram for the implementation of the method according to 1 and or 2 in an apparatus and a system for monitoring wind turbines,

6 eine Prinzip-Skizze für eine Implementierung des Verfahrens gemäß 1 und/oder 2 in eine Vorrichtung und ein erweitertes System zur Überwachung von Windturbinen. 6 a schematic diagram for an implementation of the method according to 1 and or 2 in an apparatus and an extended system for monitoring wind turbines.

In 1 sind die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung von Windturbinen 3 dargestellt. Um jedes einzelne Rotorblatt einer Windturbine 3 auf mögliche Rotorblattschäden untersuchen zu können, sind diese mit jeweils wenigstens einem Beschleunigungssensor 10 ausgestattet, welcher die Vibrationen der jeweiligen Rotorblätter mit einer Abtast-Geschwindigkeit von wenigstens 10 kHz misst. Die Messergebnisse werden daraufhin durch einen Tiefpass-Filter von 180 Hz geleitet.In 1 are the essential steps of the method according to the invention for monitoring wind turbines 3 shown. Around every single rotor blade of a wind turbine 3 to be able to investigate possible rotor blade damage, these are each with at least one acceleration sensor 10 equipped, which measures the vibrations of the respective rotor blades with a scanning speed of at least 10 kHz. The measurement results are then passed through a low-pass filter of 180 Hz.

Zeitintervalle, in denen die Messwerte ständig höher als 1,4 m/s2 sind, werden als Ereigniszeitintervalle erfasst. Innerhalb eines Analysezeitintervalls von 5 Minuten werden die Ereigniszeitintervalle gezählt. Entspricht die Anzahl der Ereigniszeitintervalle im Analysezeitintervall einem Wert zwischen 10 und 75, wird ein Fehlersignal ausgegeben.Time intervals in which the measured values are always higher than 1.4 m / s 2 are recorded as event time intervals. Within an analysis time interval of 5 minutes, the event time intervals are counted. If the number of event time intervals in the analysis time interval corresponds to a value between 10 and 75, an error signal is output.

2 zeigt eine erweiterte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche neben den Analyseschritten im Zeitbereich weitere Analyseschritte im Wahrscheinlichkeitsbereich und im Frequenz-Zeitbereich umfasst. Wie auch bei dem in 1 dargestellten Verfahren, werden zunächst die Vibrationen eines Rotorblattes durch mehrere Beschleunigungssensoren oder durch einen Beschleunigungssensor gemessen. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Verfahren, werden die Messwerte nun durch einen Tiefpass-Filter von 400 Hz geleitet. Dementsprechend wird bei dieser Ausführung weniger gefiltert, als bei der Verfahrensvariante nach 1. Als nächstes werden die Zeitintervalle, in denen die Vibrationen größer als 1,4 m/s2 sind, als Ereigniszeitintervalle erfasst. 2 shows an expanded embodiment of the method according to the invention, which in addition to the analysis steps in the time domain includes further analysis steps in the probability range and in the frequency-time domain. As with the in 1 1, the vibrations of a rotor blade are first measured by a plurality of acceleration sensors or by an acceleration sensor. Unlike the in 1 As shown, the measured values are now passed through a low-pass filter of 400 Hz. Accordingly, less filtered in this embodiment, as in the process variant according to 1 , Next, the time intervals in which the vibrations are greater than 1.4 m / s 2 are detected as event time intervals.

Durch eine Kurtosis-Analyse wird die Abweichung der Messwerte in den Ereigniszeitintervallen von der Gaußschen Normalverteilung festgestellt. Nur wenn die ermittelte Kurtosis einen Wert von weniger als 25 aufweist, wird das erfasste Ereigniszeitintervall gezählt.A kurtosis analysis determines the deviation of the measured values in the event time intervals from the Gaussian normal distribution. Only if the determined kurtosis has a value of less than 25, the detected event time interval is counted.

Gleichzeitig wird für 3 gleich grolle Abschnitte jedes Ereigniszeitintervalls der quadratische Mittelwert (RMS) über die Frequenzen gebildet und überprüft, ob der ermittelte Wert des zweiten bzw. dritten Abschnittes geringer ausfällt als der Wert des chronologisch früheren Abschnittes. Nur wenn dies der Fall ist, wird das entsprechende Ereigniszeitintervall gezählt.At the same time, for 3 equally large sections of each event time interval, the root mean square (RMS) is formed over the frequencies and it is checked whether the determined value of the second or third section is less than the value of the chronologically earlier section. Only if this is the case will the corresponding event time interval be counted.

Daraufhin wird die mittlere Frequenz im Ereigniszeitintervall mittels FFT-Verfahren berechnet und geprüft, ob der ermittelte Wert unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegt. Nur wenn dies der Fall ist, wird das Ereigniszeitintervall gezählt.The average frequency in the event time interval is then calculated by means of the FFT method and it is checked whether the determined value lies below a predetermined threshold value. Only if this is the case will the event time interval be counted.

Daraufhin wird eine Analyse der Frequenz-Synchronizität durchgeführt. Hierfür ist es notwendig, dass neben einem Tiefpass-Filter die Messwerte anfangs auch durch einen Hochpass-Filter geleitet werden, denn bei der Frequenz-Synchronizität wird überprüft, ob zum Zeitpunkt eines erfassten Ereigniszeitintervalls auch ein Schwellwert von 3 m/s2 für die hochfrequenten Messwert-Anteile vorliegt. Ist dies der Fall, ist davon auszugehen, dass es sich bei den Vibrationen nicht um solche handelt, die auf beschädigte Rotorblätter zurückzuführen sind. Infolgedessen wird ein solches Ereigniszeitintervall nicht gezählt.Subsequently, an analysis of the frequency synchronicity is performed. For this purpose, it is necessary that in addition to a low-pass filter, the measured values are initially passed through a high-pass filter, because in the frequency synchronicity is checked whether at the time of a detected event time interval and a threshold of 3 m / s 2 for the high-frequency Measured value shares is present. If this is the case, it can be assumed that the vibrations are not caused by damaged rotor blades. As a result, such an event time interval is not counted.

Als nächstes wird eine Analyse der Komponenten-Synchronizität durchgeführt. Sollte zeitgleich mit dem Erfassen eines Ereigniszeitintervalls bei einem Rotorblatt auch bei einem weiteren Rotorblatt ein Ereigniszeitintervall erfasst werden, so ist davon auszugehen, dass es sich nicht um Vibrationen handelt, welche auf ein beschädigtes Rotorblatt zurückzuführen sind. Dementsprechend wird auch ein solcher Ereigniszeitintervall nicht gezählt. Alle weiteren erfassten Ereigniszeitintervalle werden innerhalb des Analysezeitintervalls von 5 Minuten gezählt. Liegt die ermittelte Anzahl von Ereigniszeitintervallen in dem Analysezeitintervall zwischen 10 und 75, wird ein Fehlersignal ausgegeben.Next, an analysis of component synchronicity is performed. If, at the same time as the detection of an event time interval in one rotor blade, an event time interval should also be recorded for a further rotor blade, then it can be assumed that these are not vibrations which are due to a damaged rotor blade. Accordingly, such an event time interval is not counted. All other recorded event time intervals are counted within the 5-minute analysis time interval. If the determined number of event time intervals in the analysis time interval is between 10 and 75, an error signal is output.

3 zeigt eine weitere Variante des Verfahrens, welche zusätzlich zu der in 1 oder 2 gezeigten Variante noch über Schritte zur Initiierung eines Analysemodus und zur Aufrechterhaltung eines Analysemodus während des Analysezeitintervalls verfügt. Zunächst wird bei dieser Variante geprüft, wie lange der letzte Test zur Überprüfung der Windturbine auf Rotorblattschäden zurückliegt. Liegt der letzte Test mehr als zwei Tage zurück und wenn gleichzeitig die 10 minütige, durchschnittliche Windgeschwindigkeit zwischen 18 m/s und 3,5 m/s liegt, wird der Analysemodus initiiert. Dies bedeutet, dass die Windturbine auf eine Rotationsgeschwindigkeit von 5 U/min gebracht wird und eine Pitch-Geschwindigkeit von unter 3° pro Sekunde eingehalten wird. Die Windturbine erzeugt im Analysemodus keinen Strom. Ist aufgrund der Wetterbedingungen eine Pitch-Geschwindigkeit von mehr als 3° pro Sekunde notwendig, so wird der Test abgebrochen und zu einem späteren Zeitpunkt wiederholt. Kann der Analysemodus während des Analysezeitintervalls aufrechterhalten werden, werden die Analysen gemäß 1 oder 2 durchgeführt und eine Fehlermeldung dann ausgegeben, wenn die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle zwischen 10 und 75 liegt. Ist dies der Fall, wird die Windturbine zunächst heruntergefahren, dann jedoch durch einen Auto-Neustart wieder angefahren und solange betrieben, bis eine erneute Fehlermeldung ausgegeben wird. Wird die Windturbine daraufhin ein zweites Mal heruntergefahren, wird sie nicht über einen Auto-Neustart wieder angefahren. 3 shows a further variant of the method, which in addition to the in 1 or 2 shown variant still has steps to initiate an analysis mode and to maintain an analysis mode during the analysis time interval. First of all, this variant checks how long the last test for checking the wind turbine was due to rotor blade damage. If the last test is more than two days back, and if the 10 minute average wind speed is between 18 m / s and 3.5 m / s, the analysis mode is initiated. This means that the wind turbine is brought to a rotation speed of 5 rpm and a pitch speed of less than 3 ° per second is maintained. The wind turbine does not generate power in the analysis mode. If, due to the weather conditions, a pitch speed of more than 3 ° per second is necessary, the test will be stopped and repeated at a later time. If the analysis mode can be maintained during the analysis time interval, the analyzes are performed according to 1 or 2 and then issue an error message if the number of event time intervals counted is between 10 and 75. If this is the case, the wind turbine is initially shut down, but then restarted by a car restart and operated until a new error message is issued. If the wind turbine is then shut down a second time, it will not be restarted by a car restart.

4 zeigt die Implementierung des Verfahrens gemäß 1 in eine Vorrichtung 1 und ein System 2 zur Überwachung von Windturbinen 3. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei für jedes Rotorblatt einen Sensor 10 und eine Auswerteeinheit 12. Das System 2 zur Überwachung von Windturbinen 3 umfasst die Vorrichtung 1, einen Gleitring 14, eine Steuereinheit 16 zur Steuerung einer Windturbine 3 und eine zentrale Datenausgabestelle 4. Sobald die Auswerteeinheit 12 erkennt, dass der letzte Test mehr als zwei Tage zurückliegt, sendet sie über den Gleitring 14, welcher zur Übertragung von Daten und Signalen ausgebildet ist, ein Signal an die Steuereinheit 16, woraufhin diese einen Analyse-Modus für die entsprechende Windturbine 3 initiiert und für die Dauer des Analysezeitintervalls aufrechterhält. 4 shows the implementation of the method according to 1 into a device 1 and a system 2 for monitoring wind turbines 3 , The device 1 includes a sensor for each rotor blade 10 and an evaluation unit 12 , The system 2 for monitoring wind turbines 3 includes the device 1 , a sliding ring 14 , a control unit 16 for controlling a wind turbine 3 and a central data output point 4 , As soon as the evaluation unit 12 Recognizes that the last test was more than two days ago, sends it over the slip ring 14 , which is designed for the transmission of data and signals, a signal to the control unit 16 , whereupon this provides an analysis mode for the corresponding wind turbine 3 initiated and maintained for the duration of the analysis time interval.

Während des Analysezeitintervalls messen die Sensoren 10 die Vibrationen der jeweiligen Rotorblätter und geben die Messwerte an die Auswerteeinheit 12 weiter. in der Auswerteeinheit 12 wird daraufhin das Analyseverfahren gemäß 1 ausgeführt. Wird ein Fehlersignal ausgegeben, so sendet die Auswerteeinheit 12 über den Gleitring 14 an die Steuereinheit 16 ein Abschaltsignal, woraufhin die Windturbine entweder sofort oder nach einer kurzen Zeit heruntergefahren wird.During the analysis time interval, the sensors measure 10 the vibrations of each Rotor blades and give the measured values to the evaluation unit 12 further. in the evaluation unit 12 then the analysis method according to 1 executed. If an error signal is output, the evaluation unit sends 12 over the slip ring 14 to the control unit 16 a shutdown signal, whereupon the wind turbine is shut down either immediately or after a short time.

Gleichzeitig wird das Fehlersignal und vorzugsweise ebenfalls die von den Sensoren 10 gemessenen Messwerte an die zentrale Datenausgabestelle 4 weitergeleitet. Über die Datenausgabestelle werden die Techniker, welche für die Überwachung der Windturbinen zuständig sind, alarmiert und können vorzugsweise die aktuellen Vibrationen überwachen und besonders bevorzugt mittels eines Rücksendesignals ein Abschalten der Windturbine 3 noch verhindern. Wenn die Windturbine 3 aufgrund eines Fehlers heruntergefahren worden ist, sendet die Auswerteeinheit 12 ein Auto-Neustart-Signal über den Gleitring 14 an die Steuereinheit 16, um die Windturbine 3 erneut zu starten. Bei erneutem Auftreten und Erfassen eines Fehlers wird die Windturbine 3 wieder heruntergefahren und muss dann manuell wieder gestartet werden. Ein Auto-Neustart findet nicht statt.At the same time the error signal and preferably also the one from the sensors 10 measured values to the central data output point 4 forwarded. The technicians, who are responsible for monitoring the wind turbines, are alerted via the data output point and can preferably monitor the current vibrations and, particularly preferably, by means of a return signal, switch off the wind turbine 3 still prevent. If the wind turbine 3 has been shut down due to an error sends the evaluation 12 an auto-restart signal via the slip ring 14 to the control unit 16 to the wind turbine 3 start again. If there is a recurrence and detection of an error, the wind turbine 3 shut down again and then has to be restarted manually. A car restart does not take place.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 2 zur Überwachung von Windturbinen 3. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 4 werden die von der Auswerteeinheit 12 ausgegebenen Signale und weitergeleitete Messwerte nicht über einen Gleitring 14, sondern über eine WLAN-Brücke 15 an die Steuereinheit 16 und an eine Recheneinheit 17 weitergeleitet. Da die Recheneinheit 17 über eine höhere Rechenleistung verfügt als die Auswerteeinheit 12, können in dieser die über die Auswerteeinheit 12 und die WLAN-Brücke 15 weitergeleiteten Messwerte mit Hilfe der erweiterten Analyseschritte gemäß 2 ausgewertet werden. In diesem Falle reagiert die Steuereinheit 16 in Bezug auf Signale zum Herunterfahren einer Windturbine 3 nur auf Signale, welche von der Recheneinheit 17 ausgegeben werden, da diese auf einer genaueren Analyse der Messdaten basieren. Die Signale zur Initiierung und Aufrechterhaltung des Analyse-Modus und alle weiteren Signale – bis auf das Fehlersignal und das Abschaltsignal – kommen jedoch weiterhin von der Auswerteeinheit 12. Die Auswerteeinheit erfasst darüber hinaus weiterhin die Ereigniszeitintervalle und leitet nur diejenigen Messwerte weiter, welche innerhalb des Ereigniszeitintervalls gemessen wurden, hier jedoch nicht nur die gefilterten Messwerte, sondern das gesamte Spektrum. Für diese Ereigniszeitintervalle wird dann in der Recheneinheit untersucht, ob Kriterien vorliegen, welche zeigen, dass ein erfasstes Ereigniszeitintervall nicht auf einen Rotorblattschaden zurückzuführen ist. Ist dies der Fall, wird dieser Ereigniszeitraum nicht gezählt. Am Ende aller Analyse-Verfahren wird die Anzahl der gezählten Ereigniszeitintervalle mit den Schwellwerten 10 und 75 – sofern es sich um einen Analysezeitraum von 5 Minuten bei 5 U/min handelt – verglichen und ein Fehlersignal ausgegeben, wenn die gezählten Ereigniszeitintervalle zwischen diesen Werten liegen. Wird also von der Recheneinheit 17 ein Fehlersignal ausgegeben, so wird die Windkraftanlage 3 heruntergefahren. Gleichzeitig werden das Fehlersignal und die Messwerte an eine zentrale Datenerfassungsstelle 5 weitergeleitet und dort abgespeichert. 5 shows a further embodiment of the system according to the invention 2 for monitoring wind turbines 3 , In contrast to the embodiment according to 4 are those of the evaluation unit 12 output signals and forwarded measured values not via a sliding ring 14 but via a WLAN bridge 15 to the control unit 16 and to a computing unit 17 forwarded. Because the arithmetic unit 17 has a higher computing power than the evaluation unit 12 , in this the over the evaluation unit 12 and the wireless bridge 15 forwarded measured values using the extended analysis steps according to 2 be evaluated. In this case, the control unit reacts 16 with respect to signals for shutting down a wind turbine 3 only to signals from the arithmetic unit 17 output as they are based on a more detailed analysis of the measurement data. However, the signals for initiation and maintenance of the analysis mode and all other signals - except for the error signal and the shutdown signal - continue to come from the evaluation unit 12 , Furthermore, the evaluation unit continues to record the event time intervals and forwards only those measured values which were measured within the event time interval, but here not only the filtered measured values but also the entire spectrum. For these event time intervals, the arithmetic unit then examines whether there are criteria which show that a detected event time interval is not due to rotor blade damage. If so, this event period is not counted. At the end of all analysis procedures, the number of counted event time intervals with the thresholds 10 and 75 - if it is a 5 minute period of analysis at 5 rpm - compared and an error signal is output if the counted event time intervals are between these values. So is from the arithmetic unit 17 an error signal is output, then the wind turbine 3 shut down. At the same time, the error signal and the measured values are sent to a central data acquisition point 5 forwarded and stored there.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 2 zur Überwachung von Windturbinen 3. Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 5 können bei dieser Ausführungsform über eine mit der Datenausgabestelle 4 verbundene Dateneingabe-Schnittstelle 18 sowohl die aktuellen, als auch ältere Messwerte von der Recheneinheit 17 und/oder von der Datenerfassungsstelle 5 angefordert werden und werden dann mit Hilfe der Datenausgabestelle 4 ausgegeben. Über die Dateneingabe-Schnittstelle 18 ist es auch möglich, direkt oder indirekt auf Parameter der Recheneinheit 17 zuzugreifen und diese für zukünftige Tests anzupassen. 6 shows a further embodiment of the system according to the invention 2 for monitoring wind turbines 3 , In contrast to the embodiment according to 5 can in this embodiment via a with the data output point 4 connected data input interface 18 both the current and older measured values from the arithmetic unit 17 and / or from the data collection point 5 be requested and are then using the data output point 4 output. Via the data entry interface 18 It is also possible, directly or indirectly, to parameters of the arithmetic unit 17 access and adjust for future testing.

Die in den beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen sollen nicht limitierend auf die Erfindung wirken, vielmehr sind auch die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungen miteinander kombinierbar.The feature combinations disclosed in the described exemplary embodiments are not intended to limit the invention, but rather the features of the different embodiments can also be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung zur Überwachung von WindturbinenDevice for monitoring wind turbines
22
System zur Überwachung von WindturbinenSystem for monitoring wind turbines
33
Windturbine(n)Wind turbine (s)
44
Ausgabeeinheitoutput unit
55
DatenerfassungseinheitData acquisition unit
1010
Sensor(en)Sensor (s)
1212
Auswerteeinheitevaluation
1414
Gleitringsliding ring
1515
WLAN-BrückeWireless Bridge
1616
Steuereinheitcontrol unit
1717
Recheneinheitcomputer unit
1818
Dateneingabe-SchnittstelleData entry interface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (15)

Verfahren zur Feststellung von Rotorblatt-Schäden einer Windturbine, umfassend wenigstens die folgenden Zeitbereichs-Analyse-Schritte: – Messen der Vibrationen eines Rotorblattes mit Hilfe eines Beschleunigungssensors, – Erfassung von Ereigniszeitintervallen, in denen die Amplituden der Messwerte ständig einen Schwellwert übersteigen, – Erfassung der Anzahl dieser Ereigniszeitintervalle in zumindest einem vorherbestimmten Analysezeitintervall, – Senden eines Fehlersignals, wenn die ermittelte Anzahl von Ereigniszeitintervallen über einem vorherbestimmten Schwellwert für einen vorherbestimmten Analysezeitintervall liegt.A method of detecting wind turbine blade damage comprising at least the following time domain analysis steps: Measuring the vibrations of a rotor blade with the aid of an acceleration sensor, Detection of event time intervals in which the amplitudes of the measured values constantly exceed a threshold value, Detecting the number of these event time intervals in at least one predetermined analysis time interval, Sending an error signal if the determined number of event time intervals is above a predetermined threshold for a predetermined analysis time interval. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal nur dann gesendet wird, wenn die ermittelte Anzahl von Ereigniszeitintervallen auch unter einem vorherbestimmten oberen Schwellwert für einen vorherbestimmten Analysezeitintervall liegt.Method according to one of claims 1, characterized in that an error signal is sent only if the determined number of event time intervals is also below a predetermined upper threshold for a predetermined analysis time interval. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine während des Analysezeitintervalls in einem Test-Modus gefahren wird, in dem sich die Windturbine in einem Freilauf-Modus befindet und in dem die Rotationsgeschwindigkeit in einem im normalen Betriebsfall nicht eingehaltenen Schwankungsbereich gehalten wird und die Pitch-Geschwindigkeit unterhalb eines, im normalen Betriebsfall nicht eingehaltenen Maximalwertes gehalten wird.A method according to claim 1, characterized in that the wind turbine is driven during the analysis time interval in a test mode in which the wind turbine is in a freewheeling mode and in which the rotational speed is maintained in a range not observed under normal operating conditions and the fluctuation Pitch speed is kept below a, not observed in normal operation case maximum value. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur Vibrationen von weniger als 400 Hz, vorzugsweise weniger als 180 Hz, zur Erfassung der Ereignis-Zeitintervalle verwendet werden.A method according to claim 3, characterized in that only vibrations of less than 400 Hz, preferably less than 180 Hz, are used to detect the event-time intervals. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert zur Erfassung der jeweiligen Ereigniszeitbereichs ein Wert zwischen 1,2 und 1,6 m/s2 vorzugsweise zwischen 1,3 und 1,5 m/s2 ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold value for detecting the respective event time range is a value between 1.2 and 1.6 m / s 2, preferably between 1.3 and 1.5 m / s 2 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Schwellwert zur Erfassung der jeweiligen Ereigniszeitbereiche um einen dynamischen Schwellwert handelt, welcher einem Wert zwischen dem 5 und dem 15fachen der gemittelten Vibrations-Messwerte eines vorangehenden, vorherbestimmten Zeitintervalls entspricht.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is the threshold value for detecting the respective event time ranges to a dynamic threshold, which corresponds to a value between 5 and 15 times the averaged vibration measurement values of a preceding, predetermined time interval. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ereigniszeitintervall nicht gezählt wird, wenn seine zeitliche Länge unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an event time interval is not counted if its time length is below a predetermined threshold value. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Zeitbereichs-Analyseschritten Frequenzbereichs-Analyseschritte und/oder Frequenz-Zeitbereichs-Analyseschritte und/oder Wahrscheinlichkeitsbereichs-Analyseschritte vor- neben- oder nachgelagert sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the time domain analysis steps are preceded or followed by frequency domain analysis steps and / or frequency time domain analysis steps and / or probability range analysis steps. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ereigniszeitintervall nicht mitgezählt wird, wenn die Kurtosis des Verlaufs der Messwerte im Ereigniszeitintervall oberhalb eines vorherbestimmten Schwellwertes liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an event time interval is not counted when the kurtosis of the course of the measured values in the event time interval is above a predetermined threshold value. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ereigniszeitintervall nicht gezählt wird, wenn die RMS-Werte mehrerer aufeinander folgender zeitlicher Abschnitte eines Ereignis-Zeitintervalls nicht stetig in chronologischer Reihenfolge sinken.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an event time interval is not counted if the RMS values of a plurality of successive time intervals of an event time interval do not decrease steadily in chronological order. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ereigniszeitintervall nicht mitgezählt wird, wenn zur gleichen Zeit an einem zweiten Rotorblatt der Windturbine ein Ereigniszeitintervall erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an event time interval is not counted when at the same time on a second rotor blade of the wind turbine, an event time interval is detected. Vorrichtung (1) zur Überwachung von Rotorblattschäden von Windturbinen (3) mit wenigstens einem Beschleunigungssensor (10) und einer Auswerteeinheit (12), wobei die Auswerteeinheit (12) zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) for monitoring rotor blade damage of wind turbines ( 3 ) with at least one acceleration sensor ( 10 ) and an evaluation unit ( 12 ), whereby the evaluation unit ( 12 ) is designed for carrying out a method according to claim 1. Vorrichtung (1) zur Überwachung von Rotorblattschäden von Windturbinen (3) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) dazu ausgebildet ist, eine Routine zur Initiierung eines Test-Modus auszuführen und ein entsprechendes Signal an eine Steuereinheit (16) der Windturbine (3) ausgibt.Contraption ( 1 ) for monitoring rotor blade damage of wind turbines ( 3 ) according to claim 12, characterized in that the evaluation unit ( 12 ) is adapted to execute a routine for initiating a test mode and to send a corresponding signal to a control unit ( 16 ) of the wind turbine ( 3 ). System (2) zur Überwachung von Rotorblattschäden von Windturbinen (3) mit wenigstens einer Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 12, einer Übertragungseinheit (14, 15), einer Steuereinheit (16) zur Steuerung einer Windturbine (3), einer Recheneinheit (17), welche dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß Anspruch 8 auszuführen, einer zentralen Datenerfassungsstelle (5), welche dazu ausgebildet ist, die Messwerte und Fehlermeldungen abzuspeichern und einer zentralen Datenausgabestelle (4).System ( 2 ) for monitoring rotor blade damage of wind turbines ( 3 ) with at least one device ( 1 ) according to claim 12, a transmission unit ( 14 . 15 ), a control unit ( 16 ) for controlling a wind turbine ( 3 ), a computing unit ( 17 ), which is designed to carry out a method according to claim 8, a central data collection point ( 5 ), which is designed to store the measured values and error messages and a central data output point ( 4 ). System (2) zur Überwachung von Rotorblatt-Schäden von Windturbinen (3) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenausgabestelle (4) mit einer Dateneingabe-Schnittstelle (18) verbunden ist, über die es möglich ist, direkt oder indirekt auf Parameter der Recheneinheit (17) zuzugreifen und diese für zukünftige Verfahren anzupassen.System ( 2 ) for monitoring wind turbine blade wind damage ( 3 ) according to claim 14, characterized in that the data output point ( 4 ) with a data input interface ( 18 ) about which it is possible, directly or indirectly to parameters of the arithmetic unit ( 17 ) and adapt them for future procedures.
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