DE102010027229A1 - Method and device for providing a parking angle correction signal for a predetermined rotor blade of a wind turbine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren (900) zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals (139) für ein vorbestimmtes Rotorblatt (210) aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage (110). Dabei ist das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals (145) zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen. Das Verfahren (900) weist einen Schritt des Einlesens (910) eines Rotorblatt-Positionssignals (120) auf, das eine Winkelposition (Ω1) des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse (310) des Rotors der Windkraftanlage repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit (ω) des Rotorblattes um die Drehachse (310). Weiterhin umfasst das Verfahren (900) einen Schritt des Ermittelns (920) des Anstellwinkel-Korrektursignals (139) für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung eines in einem Speicher (137) abgelegten Zusammenhangs zwischen einer Winkelposition und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal den Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des Signals (145) zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, sodass eine Wirkung eines Momentes (M1) auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes (M2, M3) auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.The present invention provides a method (900) for providing a pitch correction signal (139) for a predetermined rotor blade (210) from a plurality of rotor blades of a wind turbine (110). The pitch correction signal is provided to change a signal (145) to control an individual pitch for the rotor blade. The method (900) has a step of reading in (910) a rotor blade position signal (120) which represents an angular position (Ω1) of the rotor blade with respect to an axis of rotation (310) of the rotor of the wind turbine and / or reading in a rotational speed (ω) of the rotor blade around the axis of rotation (310). The method (900) further comprises a step of determining (920) the angle of attack correction signal (139) for the predetermined rotor blade of the wind power plant using a relationship between an angle position and a angle of attack correction factor stored in a memory (137), wherein the angle of attack -Correction signal represents the angle of attack correction factor which, when used, causes a correction of the signal (145) for controlling the individual angle of attack for the predetermined rotor blade, so that an effect of a moment (M1) on the predetermined rotor blade an effect of a moment (M2, M3 ) is adjusted to at least one other rotor blade of the wind power plant and the determination is carried out using the read rotor blade position signal and / or the read rotational speed.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.The present invention relates to a method and an apparatus for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine according to the independent claims.

Bei Windenergieanlagen mit horizontaler Achse und mindestens zwei Rotorblättern, wird durch synchrone Verstellung der Blattwinkel die Drehzahl oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit so geregelt, dass durch die Änderung des Anstellwinkels (auch als Pitchwinkel bezeichnet) der aerodynamische Auftrieb und somit das Antriebsmoment in solcher Weise verändert wird, dass eine Reduktion der für das Antriebsmoment verantwortlichen Auftriebskraft erreicht werden kann und somit die Anlage im Bereich der Nenndrehzahl gehalten werden kann. Bei Windgeschwindigkeiten oberhalb der Abschaltgeschwindigkeit wird dieser Blattverstellmechanismus zudem als Bremse benutzt, indem die Blätter mit der Nase in den Wind gestellt werden, so dass der Rotor keine nennenswerten Antriebsmomente mehr liefert. Die Rotorblätter können dann als aerodynamische Bremsen verwendet werden indem sie komplett in die Windanströmrichtung gestellt werden (Fahnenstellung) oder der Anströmwinkel so stark erhöht wird, dass die Strömung abreist (Stall). Bei dieser kollektiven Blattverstellung (Collective Pitch Control = CPC) ergeben sich aufgrund asymmetrischer aerodynamischer Lasten Nick- und Giermomente auf die Gondel. Die asymmetrischen Lasten entstehen z. B. durch Windscherungen in vertikaler Richtung (Grenzschichten), Gierwinkelfehler, Böen und Turbulenzen, Aufstauung der Strömung am Turm etc. In letzter Zeit wird verstärkt ein neuer Ansatz für die Regelung von Dreiflügler-Windkraftanlagen untersucht, welcher zusätzlich zu dem kollektiven Pitchwinkel einen individuellen Pitchwinkel der einzelnen Rotorblätter berechnet. Die individuelle Pitchverstellung (engl. Individual Pitch Control = IPC) erlaubt eine Reduzierung der asymmetrischen Lasten, welche über die Gondel auf die Nabe übertragen werden. Hierzu werden die an den einzelnen Rotorblattwurzeln wirkenden Biegemomente gemessen und die für die Reduktion des Gier- und Nickmomentes nötige individuelle Blattverstellung berechnet. Die aus der IPC- und CPC-Regelung berechneten Pitchwinkel werden dann als Vorgabe an die Regler der entsprechenden Pitchaktuatoren gesendet. Die Biegemomente dienen somit als Regelgröße für die individuelle Blattverstellung.In wind turbines with a horizontal axis and at least two rotor blades, synchronously adjusting the blade angle, the speed above the rated wind speed is controlled so that by changing the angle of attack (also referred to as the pitch angle) of the aerodynamic lift and thus the drive torque is changed in such a way that a reduction of the buoyancy force responsible for the drive torque can be achieved and thus the system can be maintained in the range of rated speed. At wind speeds above the shutdown speed, this blade pitch mechanism is also used as a brake by putting the blades nose-to-wind so that the rotor no longer delivers any significant drive torque. The rotor blades can then be used as aerodynamic brakes by being placed completely in the Windanströmrichtung (flag position) or the angle of attack is increased so much that the flow leaves (stable). Collective pitch control (CPC) results in pitching and yawing moments on the nacelle due to asymmetric aerodynamic loads. The asymmetric loads arise z. For example, by wind shear in the vertical direction (boundary layers), yaw angle errors, gusts and turbulence, impoundment of the flow at the tower, etc. Lately, a new approach for the control of three-wing wind turbines is increasingly examined, which in addition to the collective pitch angle an individual pitch angle calculated the individual rotor blades. The individual pitch control (IPC) allows a reduction in the asymmetrical loads transmitted to the hub via the nacelle. For this purpose, the bending moments acting on the individual rotor blade roots are measured and the individual blade adjustment necessary for the reduction of the yawing and pitching moments is calculated. The pitch angles calculated from the IPC and CPC control are then sent as default to the controllers of the corresponding pitch actuators. The bending moments thus serve as a control variable for the individual blade adjustment.

Andere Verfahren ermitteln die Nick- und Giermomente durch Messung der Gondelbeschleunigung über Gyrometer oder durch Sensoren, welche über Abstandsmessungen die durch die Belastungen auftretenden Verformungen von Anlagenteilen messen und dadurch die Belastungen bestimmen. Ein solcher Ansatz ist beispielsweise in der Druckschrift DE 197 39 164 B4 offenbart.Other methods determine the pitching and yawing moments by measuring the gondola acceleration via gyroscopes or by sensors, which measure the deformations of system components caused by the loads by means of distance measurements and thereby determine the loads. Such an approach is for example in the document DE 197 39 164 B4 disclosed.

Die Regelung der Rotorblätter-Anstellwinkel ist jedoch in einigen Situationen zu träge; so dass der optimale Anstellwinkel nicht gefunden wird. Es ist ein die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung für die Regelung der Anstellwinkel zu schaffen.However, rotor pitch angle control is too slow in some situations; so that the optimal angle of attack is not found. It is an object of the present invention to provide an improvement for the control of the angle of attack.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt geeignet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • – Einlesen eines Rotorblatt-Positionssignals, das eine Winkelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse eines Rotors der Windkraftanlage repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit des Rotorblattes um die Drehachse; und
  • – Ermitteln des Anstellwinkel-Korrektursignals für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung eines in einem Speicher abgelegten Zusammenhangs zwischen der Winkelposition und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal den Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.
The present invention provides a method of providing a pitch correction signal to a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine, wherein the pitch correction signal is adapted to vary a signal to drive an individual pitch for the rotor blade, the method comprising the following steps having:
  • - Reading a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to a rotational axis of a rotor of the wind turbine and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation; and
  • Determining the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a stored relationship in a memory between the angular position and an angle of attack correction factor, wherein the pitch correction signal represents the pitch correction factor which, in use, corrects the individual pitch for causing the predetermined rotor blade so that an effect of a moment on the predetermined rotor blade is adjusted to an effect of a moment on at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is performed using the read rotor blade position signal and / or the read rotational speed.

Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

  • – eine Schnittstelle zum Einlesen eines Rotorblatt-Positionssignals, das eine Winkelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotors der Windkraftanlage repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit des Rotorblattes um die Drehachse; und
  • – eine Einheit zum Ermitteln des Anstellwinkel-Korrektursignals für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage aus einem Speicher, wobei das Anstell-Winkel-Korrektursignal einen Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.
Furthermore, the present invention provides a device for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine, wherein the pitch correction signal for changing a signal for driving an individual pitch for the rotor blade is provided, the device comprising the following Features include:
  • - An interface for reading a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to a rotational axis of the rotor of the wind turbine and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation; and
  • A unit for determining the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine from a memory, wherein the pitch angle correction signal represents a pitch correction factor, which causes in use a correction of the individual pitch for the predetermined rotor blade, so that a Effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a moment is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is carried out using the read-in rotor blade position signal and / or the read rotational speed.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und der zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and which is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program on a control device or a device is performed.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine deutlich schnellere und bessere Regelung des Anstellwinkels eines Rotorblatts erreicht werden kann, wenn ein Korrektursignal bereitgestellt wird, das einen Korrekturfaktor für den Anstellwinkel eines bestimmten Rotorblatts in Abhängigkeit von einer Winkelposition dieses Rotorblatts aus einem Speicher ausliest. Als Anstellwinkel wird in diesem Zusammenhang derjenige Winkel bezeichnet, um den das Rotorblatt an der Rotornabe um die Rotorblattachse gegenüber einer Null-Stellung in der Rotorebene gedreht ist, wobei in der Null-Stellung das Rotorblatt eine größte Schubkraft aus Wind in Richtung der Rotorachse aufweist. Wird der vorstehend genannte Zusammenhang verwendet, können weitgehend stationäre Kräfte auf den Rotor, die beispielsweise durch eine schräge Anströmung des Rotors, Windstaueffekte am Turm der Windkraftanlage oder Kräfte durch eine Windscherung in Abhängigkeit von der Winkelposition des Rotorblatts für das Rotorblatt Blatt-individuell korrigiert werden, so dass sich die individuelle Anstellwinkel-Regelung für die einzelnen Rotorblätter lediglich auf die Kompensation der Effekte durch Windturbulenzen beschränken kann. Dies entlastet die Regelung der individuellen Anstellwinkel erheblich. Die stationären Kräfte werden dabei für die Bestimmung des Anstellwinkel-Korrektursignals in Abhängigkeit von der Winkelposition des Rotorblatts berücksichtigt, da beispielsweise die Effekte durch eine Windscherung oder die Windstaueffekte am Turm der Windkraftanlage in unterschiedlichen Winkelpositionen des Rotorblatts unterschiedliches Gewicht haben.The present invention is based on the recognition that a much faster and better control of the pitch angle of a rotor blade can be achieved when a correction signal is provided which reads out a correction factor for the pitch angle of a specific rotor blade in dependence on an angular position of this rotor blade from a memory. In this context, the angle of attack is defined as the angle at which the rotor blade on the rotor hub is rotated about the rotor blade axis relative to a zero position in the rotor plane, wherein in the zero position the rotor blade has a maximum thrust force from wind in the direction of the rotor axis. If the above-mentioned relationship is used, largely stationary forces on the rotor, which are corrected, for example, by an oblique flow of the rotor, wind accumulation effects on the tower of the wind turbine or forces due to wind shear as a function of the angular position of the rotor blade for the rotor blade individually so that the individual pitch control for the individual rotor blades can be limited only to the compensation of the effects of wind turbulence. This considerably relieves the regulation of the individual angles of attack. The stationary forces are taken into account for the determination of the angle of attack correction signal as a function of the angular position of the rotor blade, for example, the effects of wind shear or the wind accumulation effects on the tower of the wind turbine in different angular positions of the rotor blade have different weight.

Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Trennung von stationären Effekten und durch Turbulenzen ausgelöste dynamischen Effekten im Belastungsverhalten der Rotorblätter eine deutlich schnellere und zugleich genauere Regelung der optimalen Anstellwinkel ermöglicht. Dabei braucht durch die vorliegende Erfindung die Regelung noch nicht direkt ausgeführt zu werden, vielmehr besteht der wesentliche Kern der Erfindung in der Bereitstellung eines entsprechenden Korrektursignals, dessen Verwendung auf die bereits bekannte Regelung der individuellen Anstellwinkel möglich ist. Die vorliegende Erfindung bietet dabei den zusätzlichen Vorteil, dass ein bestehendes Regelungskonzept weiterverwendet werden kann und durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung verbessert wird. Dies ermöglicht auch die Nachrüstung an bestehenden Windkraftanlagen, was einen zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteil für den Einsatz der vorliegenden Erfindung darstellt.The present invention offers the advantage that the separation of stationary effects and turbulence-induced dynamic effects in the load behavior of the rotor blades makes it possible to control the optimum angle of attack significantly more quickly and at the same time more precisely. In this case, the regulation need not yet be carried out directly by the present invention, but rather the essential core of the invention is the provision of a corresponding correction signal, the use of which is possible on the already known regulation of the individual angles of attack. The present invention offers the additional advantage that an existing control concept can continue to be used and is improved by the use of the present invention. This also allows retrofitting to existing wind turbines, which represents an additional economic advantage for the use of the present invention.

Günstig ist es, wenn im Schritt des Ermittelns eine Veränderung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs erfolgt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine schnelle und flexible Aktualisierung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs an die entsprechenden Windverhältnisse vor Ort durchgeführt werden kann.It is favorable if, in the step of determining, a change of the relationship stored in the memory takes place. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that a rapid and flexible updating of the relationship stored in the memory to the corresponding wind conditions can be carried out on site.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Ermittelns für die Veränderung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs eine Bestimmung einer Windgeschwindigkeit an unterschiedlichen Segmenten eines Rotorblattes erfolgen, wobei die Bestimmung der Windgeschwindigkeit an den einzelnen Segmenten des Rotorblattes unter Berücksichtigung einer ermittelten aktuellen Neigung der Rotorachse gegen die Horizontalen, einer aktuellen Distanz einer Rotornabe zu einem Turm der Windkraftanlage, einem ermittelten Schräg-Anströmungswinkel von Wind bezüglich der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes, einer aktuellen Windgeschwindigkeit in Richtung der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes des Rotorblattes in Abhängigkeit von der Höhe des betreffenden Segmentes über der Erdoberfläche und/oder einem Durchmesser eines Turms der Windkraftanlage in einer Höhe des betreffenden Segmentes des Rotorblattes erfolgen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass der im Speicher abgelegte Zusammenhang sehr präzise einen Korrekturfaktor abbildet, der zur Kompensation von weitgehend stationären Störungen verwendet werden kann. Auf diese Weise kann die Regelung des individuellen Anstellwinkels entlastet und damit beschleunigt werden.According to another embodiment of the present invention, a determination of a wind speed at different segments of a rotor blade can be carried out in the step of determining for the change of the stored in the memory, wherein the determination of the wind speed at the individual segments of the rotor blade taking into account a determined current inclination of the rotor axis against the horizontal, a current distance of a rotor hub to a tower of the wind turbine, a determined oblique flow angle of wind with respect to the rotor axis in the region of the relevant segment, a current wind speed in the direction of the rotor axis in the region of the relevant segment of the rotor blade as a function of the height of the relevant segment over the earth's surface and / or a diameter of a tower of the wind turbine take place at a height of the relevant segment of the rotor blade. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the relationship stored in the memory very precisely reflects a correction factor which is used for Compensation of largely stationary disturbances can be used. In this way, the regulation of the individual angle of attack can be relieved and thus accelerated.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Schritt des Ermittelns eine Segmentierung eines Flugkreises des Rotorblattes um die Rotorachse in unterschiedliche Segmente erfolgt, wobei zumindest eine Information über eine Belastung des vorbestimmten Rotorblatts in einem der Segmente des Flugkreises aufgezeichnet wird und die aufgezeichnete Information zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines weiteren Rotor blattes der Windkraftanlage verwendet wird, insbesondere wobei die aufgezeichnete Information zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines Rotorblattes der Windkraftanlage verwendet wird, das in Drehrichtung des Rotors dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den weiteren Vorteil, dass der im Speicher abgelegte Zusammenhang sehr flexibel und schnell auf kleinere lokale Änderungen der weitgehend stationären Störungen angepasst werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise ein dem Rotorblatt direkt nachfolgendes Rotorblatt bereits die Belastungsinformationen nutzen, die durch Sensoren von dem ersten, das heißt von dem vorbestimmten Rotorblatt erfasst wurden.It is particularly advantageous if in the step of determining a segmentation of a flight circle of the rotor blade takes place around the rotor axis into different segments, wherein at least information about a load of the predetermined rotor blade in one of the segments of the flight circle is recorded and the recorded information for determining an angle of attack Correction signal of another rotor blade of the wind turbine is used, in particular wherein the recorded information is used to determine a Anstellwinkel-correction signal of a rotor blade of the wind turbine, which immediately follows the predetermined rotor blade in the direction of rotation of the rotor. Such an embodiment of the present invention offers the further advantage that the relationship stored in the memory can be adapted very flexibly and quickly to smaller local changes of the largely stationary disturbances. In this way, for example, a rotor blade directly following the rotor blade can already make use of the loading information which was detected by sensors from the first, that is, from the predetermined rotor blade.

In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Ermittelns für zumindest ein Segment eine Information über eine Belastung des dem vorbestimmten Rotorblatt nachfolgenden Rotorblattes aufgezeichnet werden, wobei ferner eine Abweichung zwischen der Belastung des vorbestimmten Rotorblattes und der Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes ermittelt wird und wobei die ermittelte Abweichung für eine Bestimmung der Belastung und/oder eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein drittes Rotorblatt der Windkraftanlage verwendet wird, wenn sich das dritte Rotorblatt in dem Segment des Flugkreises befindet. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bei einer Veränderung der im Wesentlichen stationären Störgröße bereits eine Schätzung diese Veränderung für ein nachfolgendes Rotorblatt getroffen werden kann. Das bereitgestellte Anstellwinkel-Korrektursignal kann damit auf einer Vorhersage für sich ändernde (im Wesentlichen stationäre) Störgrößen basieren, was sich durch eine weitere Verbesserung in der Schnelligkeit und Präzision der Regelung des Anstellwinkels niederschlägt, wenn das besagte Anstellwinkel-Korrektursignal verwendet wird.In a particular embodiment of the present invention, in the step of determining for at least one segment information about a load of the rotor blade subsequent to the predetermined rotor blade are recorded, further wherein a deviation between the load of the predetermined rotor blade and the load of the other rotor blade, in particular the predetermined rotor blade immediately following rotor blade is determined and wherein the determined deviation is used for a determination of the load and / or a Anstellwinkel correction signal for a third rotor blade of the wind turbine, when the third rotor blade is in the segment of the flight circle. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that, when the substantially stationary disturbance variable changes, an estimate of this change for a subsequent rotor blade can already be made. The provided pitch correction signal may thus be based on a prediction for varying (substantially stationary) disturbances, which is reflected by a further improvement in the speed and precision of the pitch control when using said pitch correction signal.

Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ermittelns eine Information über eine Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes, im betreffenden Segment erfasst werden und ferner in dem Speicher die Information über die Belastung des Rotorblattes durch die erfasste Information über die Belastung des weiteren Rotorblattes ersetzt werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass der im Speicher abgelegte Zusammenhang in sehr kurzen Zeitabständen aktualisiert wird, so dass die Bereitstellung des Anstellwinkel-Korrektursignals auf einer möglichst präzisen aktuellen Basis von Messwerten basiert. Dies stellt eine schnelle und hochgenaue Regelung des individuellen Anstellwinkels für ein einzelnes Rotorblatt sicher, wenn das genannte Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung des individuellen Anstellwinkels dieses Rotorblattes verwendet wird.Also, according to a further embodiment of the present invention in the step of determining information about a load of the other rotor blade, in particular the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade, be detected in the relevant segment and also in the memory, the information about the load of the rotor blade through the detected information about the load of the other rotor blade to be replaced. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the relationship stored in the memory is updated in very short time intervals, so that the provision of the pitch correction signal is based on the most accurate possible current basis of measured values. This ensures fast and highly accurate control of the individual pitch for a single rotor blade when using said pitch correcting signal to vary the individual pitch of this rotor blade.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

  • – Einlesen eines weiteren Rotorblatt-Positionssignals, das eine Winkelposition zumindest eines anderen Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotors repräsentiert; und
  • – Ermittelns eines weiteren Anstellwinkel-Korrektursignals für das andere Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs zwischen einer Winkelposition und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor, wobei das weitere Anstellwinkel-Korrektursignal einen Anstell-Winkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur eines individuellen Anstellwinkels für das andere Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das andere Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen weiteren Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.
According to a further embodiment of the invention, the method may further comprise the following steps:
  • - Reading another rotor blade position signal representing an angular position of at least one other rotor blade with respect to a rotational axis of the rotor; and
  • Determining a further pitch correction signal for the other rotor blade of the wind turbine using the stored in the memory relationship between an angular position and a Anstellwinkel correction factor, wherein the further pitch correction signal represents a Anstell-angle correction factor, which in use a correction of a causes individual pitch of the other rotor blade, so that an effect of a moment on the other rotor blade of an effect of a moment on the predetermined rotor blade of the wind turbine is adjusted and wherein the determination is carried out using the read in another rotor blade position signal and / or the read rotational speed.

Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass nicht nur eine Optimierung des Anstellwinkels eines einzelnen Rotorblattes erfolgt, sondern dass die Optimierung für mehrere Rotorblätter gemeinsam durchgeführt wird. Dies stellt eine weitere Verbesserung bei der Regelung der Anstellwinkel der Rotorblätter der Windkraftanlage dar. Insbesondere wird hierdurch eine Verringerung der Gier- und Nickmomente auf den Turm oder die Gondel der Windkraftanlage erreicht.Such an embodiment of the present invention offers the advantage that not only an optimization of the pitch angle of a single rotor blade takes place, but that the optimization is carried out jointly for a plurality of rotor blades. This represents a further improvement in the regulation of the angles of incidence of the rotor blades of the wind power plant. In particular, this results in a reduction of the yawing and pitching moments on the tower or the nacelle of the wind turbine.

Auch kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen sein, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • – die Schritte des Verfahrens wie es vorstehend beschrieben wurde; und
  • – Verändern des Signals zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt unter Verwendung des bereitgestellten Ansteuerwinkel-Korrektursignals.
In a further embodiment of the invention, a method for modifying a signal for actuating an individual angle of attack for the rotor blade can also be provided, this method having the following steps:
  • The steps of the method as described above; and
  • - Modifying the signal for controlling the individual pitch for the rotor blade using the provided drive angle correction signal.

Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass nicht nur ein Anstellwinkel-Korrektursignal bereitgestellt wird, sondern dass tatsächlich das Signal zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels verändert wird. Hierdurch lassen sich die Vorteile implementieren, die durch das Bereitstellen des Anstellwinkel-Korrektursignals eröffnet werden.Such an embodiment of the present invention offers the advantage of not only providing an angle of attack correction signal, but of actually changing the signal for driving the individual angle of attack. In this way, the advantages can be implemented, which are opened by providing the pitch correction signal.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Verstellung der individuellen Anstellwinkel für Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage, wobei ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; 1 a block diagram of a control loop for adjusting the individual angles of incidence for rotor blades of the rotor of the wind turbine, wherein an embodiment of the present invention is used;

2 eine Vorderansicht einer Windkraftanlage, wobei eine Darstellung einer Segmentierung der Rotorblätter zur Bestimmung des aktuellen Anstellwinkel-Korrekturfaktors wiedergegeben ist; 2 a front view of a wind turbine, wherein a representation of a segmentation of the rotor blades for determining the current pitch correction factor is shown;

3 eine Darstellung einer Windscherung in unterschiedlicher Höhe über der Erdoberfläche sowie einer Seitenansicht einer Windkraftanlage, bei der die Rotorachse gekippt dargestellt ist; 3 a representation of a wind shear at different heights above the earth's surface and a side view of a wind turbine, in which the rotor axis is shown tilted;

4 eine Draufsicht-Darstellung auf eine Windkraftanlage, wobei die Rotortblätter von Wind schräg angeströmt werden; 4 a plan view of a wind turbine, wherein the rotor blades are flowed by wind obliquely;

5 eine Darstellung zur Erläuterung des Turmstaueffekts; 5 a representation for explaining the Turmstaueffekts;

6 Darstellungen zur Verdeutlichung der Wirkung von gemessenen Belastungswerten auf nachfolgende Rotorblätter der Windkraftanlage; 6 Representations to illustrate the effect of measured load values on subsequent rotor blades of the wind turbine;

7a ein Diagramm von Belastungswerten in einem Flugkreissegment eines Rotorblattes in zeitlicher Abfolge bei einer Zunahme von Wind; 7a a graph of load values in a circle segment of a rotor blade in time sequence with an increase of wind;

7b ein Diagramm, das eine Änderung eines Korrekturfaktors für den Anstellwinkel für die in 7a gezeigte Zunahme der Windbelastung innerhalb des Flugkreissegmentes des Rotorblattes zu unterschiedlichen Zeitpunkten; 7b a diagram showing a change of a correction factor for the angle of attack for the in 7a shown increase in wind load within the flight segment of the rotor blade at different times;

8 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Verstellung der individuellen Anstellwinkel für Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage, wobei ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; und 8th a block diagram of a control loop for adjusting the individual angles of incidence for rotor blades of the rotor of the wind turbine, wherein a further embodiment of the present invention is used; and

9 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren. 9 a flowchart of an embodiment of the present invention as a method.

Gleiche oder ähnlich wirkende Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung eventuell unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweiten Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal/der erst Schritt als auch das zweite Merkmal/der zweite Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal/den ersten Schritt oder nur das zweite Merkmal/den zweiten Schritt aufweist.The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here. Furthermore, the invention in the following description may be explained using different dimensions and dimensions, wherein the invention is not limited to these dimensions and dimensions to understand. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described. If an embodiment includes a "and / or" link between a first feature / step and a second feature / step, this may be read such that the embodiment according to one embodiment includes both the first feature / the first feature and the second feature / the second step, and according to another embodiment comprises either only the first feature / step or only the second feature / step.

Ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Störgrößenaufschaltung für die IPC-Regelung realisiert bzw. ermöglicht werden soll. Dadurch kann eine wesentlich verbesserte Performance der IPC-Regelung erreicht werden. Die Erfindung lässt sich mit den bekannten IPC-Regelungsverfahren sehr einfach kombinieren, so dass bereits vorhandene und implementierte IPC-Regelungsstrategien ergänzt werden können. Hierzu sollen für die individuelle Pitchregelung eines Rotorblattes die über bis zu einem kompletten Rotorumlauf gespeicherte Messinformationen im günstigsten Fall sämtlicher Rotorblätter verwendet werden. Die Belastungmesssreihen, die aus den Messinformationen gewonnen werden, lassen sich dann verwenden, um die zu erwartenden Rotorbelastungen abzuschätzen. Basierend auf dieser Abschätzung kann dann eine Solltrajektorie der einzelnen Pitchwinkel berechnet und für die Vorsteuerung der Pitchaktuatoren verwendet werden. An important aim of the present invention is to be seen in that a feedforward control for the IPC control should be realized or made possible. As a result, a significantly improved performance of the IPC control can be achieved. The invention can be very easily combined with the known IPC control methods so that already existing and implemented IPC control strategies can be supplemented. For this purpose, for the individual pitch control of a rotor blade, the measurement information stored up to a complete rotor circulation should be used in the best case of all rotor blades. The strain gauges obtained from the measurement information can then be used to estimate the expected rotor loads. Based on this estimate, a desired trajectory of the individual pitch angles can then be calculated and used for the precontrol of the pitch actuators.

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass sich die IPC-Regelung um eine Störkompensation erweitern lässt, welche die Gier- und Nickmomente an der Windkraftanlage ausregeln soll, die durch bekannte Störeffekte entstehen. Zu diesen Störeffekte zählen beispielsweise:

  • 1) die Neigung der Rotorachse gegen die Horizontale (üblicherweise um ca. 5°). Dadurch entstehen Momente durch die auf die Blätter wirkende Gewichtskraft, sowie eine sich periodisch ändernde Anströmung; da sich die Blattspitzen während eines Umlaufs vor und zurück bewegen.
  • 2) Fehler in der Anströmung durch den Turmschatten;
  • 3) Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit von der Höhe über dem Boden durch Windscherung;
  • 4) Schräganströmung der Rotorblätter; und
  • 5) Sonstige Effekte (z. B. Abschattung einer Hälfte der Rotorfläche durch andere Anlagen, etc.).
An important aspect of the present invention is to be seen in that the IPC control can be extended by a noise compensation, which is to compensate for the yawing and pitching moments at the wind turbine, which are caused by known interference effects. These disruptive effects include, for example:
  • 1) the inclination of the rotor axis against the horizontal (usually about 5 °). This creates moments due to the force acting on the leaves weight, as well as a periodically changing flow; because the blade tips move back and forth during one revolution.
  • 2) errors in the flow through the tower shadow;
  • 3) dependence of wind speed on altitude above ground due to wind shear;
  • 4) oblique flow of the rotor blades; and
  • 5) Other effects (eg shading of half of the rotor surface by other equipment, etc.).

Da all diese Effekte sich zeitlich nur langsam ändern, lassen sie sich durch eine Störkompensation eliminieren, bevor sie am Ausgang messbar sind. Dazu wird zunächst der Verlauf einer Korrekturgröße für die individuellen Pitchwinkel für jedes Rotorblatt bestimmt, die erforderlich ist, um die Störungen zu eliminieren. Diesen Verlauf gibt man dann als Störkompensation additiv zusätzlich zu dem vom IPC-Regler berechneten individuellen Pitchwinkel und führt das erhaltene Signal einem Pitch-Aktuator zu. Eine prinzipielle Vorgehensweise bei der Bestimmung der korrigierten individuellen Anstellwinkel ist aus dem Blockschaltbild gemäß der 1 erkennbar.Since all of these effects change only slowly over time, they can be eliminated by means of noise compensation before they can be measured at the output. For this purpose, first the course of a correction variable for the individual pitch angle for each rotor blade is determined, which is necessary to eliminate the interference. This course is then added as a noise compensation additive in addition to the individual pitch angle calculated by the IPC controller and supplies the received signal to a pitch actuator. A basic procedure in the determination of the corrected individual angle of attack is shown in the block diagram according to FIG 1 recognizable.

Dabei zeigt das Blockschaltbild aus der 1, wie ein Regelkreis 100 ausgestaltet sein könnte, der die vorliegende Erfindung einsetzt. Hierbei wird der Anstellwinkel von in 1 nicht dargestellten Rotorblättern einer Windkraftanlage 110 geregelt. Diese Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Windes 115, der auf die Rotorblätter der Windkraftanlage 110 wirkt. An der Windkraftanlage 110 werden durch Sensoren verschiedene Messgrößen 120 erfasst, wie beispielsweise die Drehzahl des Rotors, die Winkelgeschwindigkeit des Rotors, eine oder mehrere Winkelpositionen der Rotorblätter oder Biegemomente, die an den Blattwurzeln der Rotorblätter auftreten repräsentieren. Diese Messgrößen 120 wie beispielsweise Ω1,2,3 (die Winkelpositionen der Rotorblätter 1, 3 bzw. 3), ω, M1,2,3 (die Momente der Rotorblätter 1, 2 bzw. 3) werden einer Einheit 125 zur Betriebsführung der Windkraftanlage 110, einem IPC-Regler 130 sowie einer Vorrichtung 135 und über eine Schnittstelle 136 einem Speicher 137 zugeführt, der eine Einheit darstellt, die das Anstellwinkel-Korrektursignal 139 auch als βSt1,2,3 für das Störgrößensignal für das erste, zweite und dritte Rotorblatt bezeichnet, bereit stellt. Insbesondere kann durch den Speicher 137 ein Anstellwinkel-Korrektursignal für jedes der Rotorblätter der Windkraftanlage 110 bereitgestellt werden. In dem Speicher 137 ist dabei einen Zusammenhang zwischen dem Anstellwinkel-Korrektursignal für zumindest eines der Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage 110 abgelegt, die ansprechend auf eine aktuelle Winkelposition des betreffenden Rotorblattes und/oder einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors für die Korrektur des individuellen Anstellwinkels 139 des betreffenden Rotorblatts ausgegeben wird.The block diagram shows from the 1 like a loop 100 could be configured, which uses the present invention. Here is the angle of in 1 not shown rotor blades of a wind turbine 110 regulated. This regulation is dependent on the speed of the wind 115 standing on the rotor blades of the wind turbine 110 acts. At the wind turbine 110 become different measurands through sensors 120 detected, such as the rotational speed of the rotor, the angular velocity of the rotor, one or more angular positions of the rotor blades or bending moments that occur at the blade roots of the rotor blades. These measurements 120 such as Ω 1,2,3 (the angular positions of the rotor blades 1, 3 and 3, respectively), ω, M 1,2,3 (the moments of the rotor blades 1, 2 and 3, respectively) become one unit 125 for operation of the wind turbine 110 , an IPC controller 130 and a device 135 and via an interface 136 a memory 137 which is a unit representing the pitch correction signal 139 also referred to as βSt 1,2,3 for the disturbance variable signal for the first, second and third rotor blade, provides. In particular, through the memory 137 a pitch correction signal for each of the rotor blades of the wind turbine 110 to be provided. In the store 137 is a relationship between the angle of attack correction signal for at least one of the rotor blades of the rotor of the wind turbine 110 filed in response to a current angular position of the respective rotor blade and / or an angular velocity of the rotor for the correction of the individual angle of attack 139 of the relevant rotor blade is output.

In der Vorrichtung 135 können gemäß der nachfolgend noch detaillierter dargestellten Beschreibung Korrekturen des im Speicher 137 abgelegten Zusammenhangs ausgeführt werden und diese Korrekturen im Speicher 137 abgelegt werden. Hierdurch kann der im Speicher 137 abgelegte Zusammenhang aktuell gehalten werden, so dass eine sehr präzise Regelung des Anstellwinkels möglich wird.In the device 135 can according to the description described in more detail below corrections of the memory 137 stored context and these corrections in memory 137 be filed. This allows the memory 137 stored context are kept current, so that a very precise control of the angle of attack is possible.

Die Einheit 125 zur Betriebsführung liefert auf der Basis der Drehzahl ω allgemeine Steuersignale, die eine Optimierung der Leistungsabgabe der Windkraftanlage 110 betreffen. Beispielsweise liefert die Einheit 125 zur Betriebsführung ein aktuelles Generatormoment 140, welches direkt der Windkraftanlage 110 zur Verfügung gestellt wird, um eine Regelung der Drehzahl des Generators und damit eine Optimierung der Leistungsabgabe des Generators der Windkraftanlage zu erreichen. Weiterhin liefert die Einheit 125 zur Betriebsführung ein Signal 142, das einen gemeinsamen Anstellwinkel für alle Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage 110 repräsentiert, damit unter Berücksichtigung der aktuellen Windgeschwindigkeit 115 (und eventuell der aktuellen Windrichtung) die Windkraftanlage 110 in ihrem aktuellen optimalen Leistungspunkt arbeitet.The unit 125 for operation provides on the basis of the speed ω general control signals that optimize the power output of the wind turbine 110 affect. For example, the unit delivers 125 for operation a current generator torque 140 which is directly the wind turbine 110 is made available to control the speed of the generator and thus to optimize the power output of the generator of the wind turbine. Furthermore, the unit delivers 125 for operation a signal 142 , which has a common angle of attack for all rotor blades of the rotor Wind turbine 110 represents, thereby taking into account the current wind speed 115 (and possibly the current wind direction) the wind turbine 110 works in their current optimal performance point.

Der IPC-Regler 130 verwendet beispielsweise eines oder mehrerer Signale über Momente M1,2,3, die an den einzelnen Rotorblattwurzeln erfasst werden und kann hieraus für zumindest einen, besser jedoch für jedes der einzelnen Rotorblätter einen individuellen Anstellwinkel 145 (aus mit βIPC1,2,3 bezeichnet) bereitstellen.The IPC controller 130 uses, for example, one or more signals over moments M 1,2,3 , which are detected at the individual rotor blade roots, and can therefrom for at least one, but better for each of the individual rotor blades an individual angle of attack 145 (designated by β IPC 1,2,3 ).

Das Anstellwinkel-Korrektursignal 139 für ein bestimmtes Rotorblatt, das Signal 145, das den individuellen Anstellwinkel für das betreffende Rotorblatt repräsentiert sowie das Signal 142, das einen gemeinsamen Anstellwinkel aller Rotorblätter repräsentiert können dann additiv zu einem korrigierten Anstellwinkel-Ansteuersignal 150 verknüpft werden. Von diesem korrigierten Anstellwinkel-Ansteuersignal 150 wird ein nachfolgend noch näher beschriebenes Signal β1,2,3 für einen aktuellen Anstellwinkel für das betreffende Rotorblatt 1, 2 oder 3 subtrahiert, wobei das aus der Subtraktion erhaltene Signal einem unterlagerten Anstellwinkelregler 155 zugeführt wird, der beispielsweise als P-Regler mit dem Regelungsfaktor kA ausgestaltet ist. Das von dem unterlagerten Anstellwinkelregler 155 erhalten Signal wird additiv mit einem Signal aus einer Vorsteuerungseinheit 160 für den Anstellwinkel-Aktuator verknüpft. Das derart verknüpfte Signal wird nachfolgend einem Anstellwinkel-Aktuator 165 mit der Transformationsvorschrift GA zugeführt, der den tatsächlichen Anstellwinkel für das betreffende Rotorblatt einstellt. Ein Signal, das diesen tatsächlichen Anstellwinkel für das betreffende Rotorblatt repräsentiert, wird als vorstehend aktueller Anstellwinkel dem Signal 150 abgezogen. Die Vorsteuerungseinheit 160 für den Anstellwinkel-Aktuator führt dabei eine Prädiktion des zu erwartenden Anstellwinkels auf der Basis des Anstellwinkel-Korrektursignals 139 durch, so dass eine schnellere Regelung des korrigierten individuellen Anstellwinkels für das betreffende Rotorblatt möglich ist. Die vorstehend genannte Beschreibung kann auch für jedes einzelne Rotorblatt des Rotors der Windkraftanlage 110 durchgeführt werden, so dass eine Optimierung der Regelung des individuellen Anstellwinkels für die Rotorblätter möglich wird. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Anstellwinkel für alle Rotorblätter optimiert werden.The Angle Correction Signal 139 for a given rotor blade, the signal 145 , which represents the individual angle of attack for the relevant rotor blade and the signal 142 that represents a common angle of attack of all rotor blades can then be additive to a corrected angle of attack drive signal 150 be linked. From this corrected pitch drive signal 150 a more detail hereinafter described signal is β 1,2,3 for a current angle of attack for the corresponding rotor blade 1, 2 or 3 subtracts the signal obtained by subtracting a lower-level Anstellwinkelregler 155 is supplied, which is designed for example as a P-controller with the control factor k A. That of the subordinate pitch controller 155 receive signal is additive with a signal from a feedforward control unit 160 linked to the pitch actuator. The thus-linked signal subsequently becomes an angle-of-attack actuator 165 supplied with the transformation rule G A , which sets the actual angle of attack for the relevant rotor blade. A signal that represents this actual angle of attack for the relevant rotor blade, as the above current angle of attack signal 150 deducted. The feedforward control unit 160 for the pitch actuator thereby results in a prediction of the expected angle of attack on the basis of the pitch correction signal 139 through, so that a faster control of the corrected individual angle of attack for the relevant rotor blade is possible. The above description may also apply to each individual rotor blade of the rotor of the wind turbine 110 be performed so that an optimization of the control of the individual angle of attack for the rotor blades is possible. However, it is not necessary that the pitch be optimized for all rotor blades.

Da der Verlauf der Größe für die Störkompensation im Voraus bekannt ist, kann für den unterlagerten Pitchregler 155 eine Vorsteuerung realisiert werden, welche eine deutlich verbesserte und schnellere Folgeregelung des Pitchaktuators 165 ermöglicht. Dadurch kann der Aktuator die sich aus der Störkompensation mit Hilfe des Anstellwinkel-Korrektursignals 139 ergebenden Pitchanteile praktisch verzögerungsfrei einstellen. Bei korrekt berechnetem Pitchverlauf für die Störkompensation können damit die asymmetrischen Belastungen bei konstantem, turbulenzfreiem Wind vollständig ausgeglichen werden. Die Störkompensation verwendet dabei eine Kurve in dem Speicher 137, welche einen Zusammenhang für den zur Störkompensation für jedes Blatt notwendigen Pitch- oder Anstellwinkel enthält. Diese Kurve kann durch die Vorrichtung 135 berechnet werden, indem in der Vorrichtung 135 der Verlauf der Windgeschwindigkeit an einzelnen Blattelementen berechnet wird. Anschließend wird die Kurve für den Pitchwinkel so optimiert, dass die daraus resultierenden Anströmverhältnisse zu keinen oder sehr geringen asymmetrischen Momenten resultieren.Since the course of the size for the noise compensation in advance is known, can for the subordinate pitch controller 155 a pilot control can be realized, which provides a significantly improved and faster follow-up control of the pitch actuator 165 allows. This allows the actuator resulting from the noise compensation using the Anstellwinkel correction signal 139 set pitch components practically without delay. With correctly calculated pitch curve for the noise compensation, the asymmetrical loads can be completely compensated for at a constant, turbulence-free wind. The noise compensation uses a curve in the memory 137 which contains a relationship for the pitch or pitch required for noise compensation for each blade. This curve can be through the device 135 be calculated by in the device 135 the course of the wind speed is calculated on individual leaf elements. Subsequently, the curve for the pitch angle is optimized so that the resulting flow conditions result in no or very low asymmetric moments.

Die Kurve für den Pitchwinkel kann aber auch in einer verbesserten Ausführung der Erfindung laufend angepasst werden, indem aus den gemessenen Daten 120 der Windkraftanlage laufend die Parameter der Windscherung, des Turmvorstaus, etc. ausgelesen und unter Verwendung dieser Parameter der im Speicher 137 abgelegte Zusammenhang angepasst wird. In diesem Fall sollten die einzelnen Störeffekte auch nicht getrennt aufgelöst werden, sondern es kann ein Algorithmus implementiert werden, welcher den Pitchverlauf über die Rotorblattposition so anpasst, dass alle Störeffekte, die nicht aus der Turbulenz des Windes stammen, kompensiert werden.However, the curve for the pitch angle can also be adapted continuously in an improved embodiment of the invention by taking the measured data 120 the wind turbine continuously read out the parameters of wind shear, tower backlog, etc. and using these parameters in the memory 137 stored context is adjusted. In this case, the individual disturbing effects should not be resolved separately, but an algorithm can be implemented, which adjusts the pitch curve over the rotor blade position so that all disturbing effects, which do not originate from the turbulence of the wind, are compensated.

Für die Berechnung der Windgeschwindigkeiten an den einzelnen Rotorblättern kann beispielsweise eine Betrachtung von einzelnen Segmenten 200 des oder der jeweiligen Rotorblätter 210 der Windkraftanlage 110 herangezogen werden, wie sie in der 2 dargestellt ist. Dabei wird ein Abstand r des betreffenden Segmentes 200 von der Nabe des Rotors sowie die Drehgeschwindigkeit ω und/oder die Winkelposition Ω des Rotorblattes 210 berücksichtigt, an dem sich das betreffende Segment aktuell befindet. Dabei wird ein Koordinatensystem betrachtet, bei dem die z- und y-Achsen gemäß der Darstellung aus 2 verlaufen.For the calculation of the wind speeds at the individual rotor blades, for example, a consideration of individual segments 200 of the respective rotor blades 210 the wind turbine 110 be used as in the 2 is shown. This is a distance r of the relevant segment 200 from the hub of the rotor and the rotational speed ω and / or the angular position Ω of the rotor blade 210 takes into account where the segment in question is currently located. In this case, a coordinate system is considered in which the z and y axes as shown 2 run.

Weiterhin kann für die Berechnung der Windgeschwindigkeiten die Windscherung in unterschiedlicher Höhe H über der Erdoberfläche berücksichtigt werden. Hierzu wird beispielsweise ein Nickwinkel δ der Rotorachse 310 gegenüber der Horizontalen sowie ein Abstand der Rotornabe 320 gegenüber der Mitte des Turms der Windkraftanlage berücksichtigt, wie es in der 3 schematisch dargestellt ist. In der 3 ist ferner der Verlauf der x-Koordinate für ein Koordinatensystem eingetragen, wie es bei der Berechnung der Windgeschwindigkeiten verwendet wird. Bei der Bestimmung der Windscherung sind dabei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten zu berücksichtigen, die gemäß der linken schematischen Darstellung aus 3 in unterschiedlicher Höhe über der Erdoberfläche auftreten können, wobei in größer Höhe über der Erdoberfläche eine größeren Windgeschwindigkeit zu beobachten ist, als dicht über der Erdoberfläche.Furthermore, the wind shear at different heights H above the earth's surface can be taken into account for the calculation of the wind speeds. For this purpose, for example, a pitch angle δ of the rotor axis 310 relative to the horizontal and a distance of the rotor hub 320 towards the center of the tower of the wind turbine, as reflected in the 3 is shown schematically. In the 3 Furthermore, the course of the x-coordinate for a coordinate system is entered, as it is used in the calculation of wind speeds. In determining the wind shear, different wind speeds are to be taken into consideration, which according to the left-hand schematic illustration 3 in different height above the earth's surface can occur, with a greater wind speed can be observed at a greater height above the earth's surface, as close to the earth's surface.

Auch wird beispielsweise bei der Bestimmung der Windgeschwindigkeiten die Schräganströmung der Rotorblätter 210 unter dem Anströmwinkel γ gegenüber der Rotorachse berücksichtigt, wie es schematisch aus der 4 ersichtlich ist.Also, for example, in the determination of the wind speeds, the oblique flow of the rotor blades 210 considered under the angle of attack γ relative to the rotor axis, as shown schematically in FIG 4 is apparent.

Zusätzlich kann auch bei der Berechnung der Windgeschwindigkeiten ein Luftstau am Turm der Windkraftanlage berücksichtigt werden, wie es in der Darstellung aus 5 verdeutlicht ist. Dabei wird in der 5 durch die durchgezogenen Linien ein Strömungsverhalten von Wind um einen feststehenden Turm einer Windkraftanlage dargestellt, wobei vereinfacht von einem Turmradius r in Höhe des betrachteten Segmentes 200 bei einem Winkel φ und einem Abstand r dieses Segmentes 200 von der Mitte des Turmes ausgegangen wird. Die Anströmgeschwindigkeit des Windes wird dabei mit der Variable u bezeichnet.In addition, an air congestion on the tower of the wind turbine can also be taken into account when calculating the wind speeds, as shown in the illustration 5 is clarified. It is in the 5 represented by the solid lines, a flow behavior of wind around a fixed tower of a wind turbine, being simplified by a tower radius r at the level of the considered segment 200 at an angle φ and a distance r of this segment 200 from the middle of the tower is assumed. The flow velocity of the wind is designated by the variable u.

Unter Verwendung der vorstehend genannten Zusammenhänge lassen sich nun die Windgeschwindigkeiten in unterschiedliche Koordinatenrichtung unter Zuhilfenahme der folgenden Formeln abschätzen: z = r·cosΩ·cosδ; y = –r·sinΩ; x = –h + r·sinδ·cosΩ; Using the above-mentioned relationships, it is now possible to estimate the wind speeds in different coordinate directions with the aid of the following formulas: z = r · cosΩ · cosδ; y = -r · sinΩ; x = -h + r · sinδ · cosΩ;

Weiterhin wird für die Windgeschwindigkeiten in x- und y-Richtung folgender Zusammenhang verwendet:

Figure 00150001
wobei φ = arctan x / y gilt. Auch kann als Exponent statt 1/7 der Wert des Scherungskoeffizienten α verwendet werden. Dieser kann sich mit der Zeit ändernFurthermore, the following relationship is used for wind speeds in the x and y directions:
Figure 00150001
where φ = arctane x / y applies. Also, the value of the shear coefficient α can be used as an exponent instead of 1/7. This can change over time

Hierbei repräsentiert in den Gleichungen (1) und (2) der Term

Figure 00150002
die Komponente des Windes, die durch die Windscherung verursacht ist und der Term
Figure 00160001
diejenige Komponente, die durch das Turmstaumodell über den Potentialströmungsansatz berechnet werden kann. Ferner werden für die Windgeschwindigkeit beim Potentialstaumodel die folgenden beiden Gleichungen verwendet:
Figure 00160002
und
Figure 00160003
Here, in the equations (1) and (2), the term represents
Figure 00150002
the component of the wind caused by the wind shear and the term
Figure 00160001
the component that can be calculated by the tower surge model via the potential flow approach. Furthermore, the following two equations are used for the wind speed in the potential storage model:
Figure 00160002
and
Figure 00160003

Die gesamte Rotor-Anströmung, d. h. die Anströmgeschwindigkeit des Rotors von Wind lässt sich vereinfacht unter Vernachlässigung des geringen Anteils von vy folgendermaßen ermitteln: ν = νx·cosγ + r·sinδ·ω·sinΩ. (3) The total rotor flow, ie the wind speed of the rotor, can be determined in a simplified manner, neglecting the small proportion of v y, as follows: ν = ν x · cosγ + r · sinδ · ω · sinΩ. (3)

Dabei bildet der Term cos γ die Schräganströmung des Rotors ab, während der Term r·sinδ·ω·sinΩ die Geschwindigkeit auf Grund der Achsneigung repräsentiert.In this case, the term cos γ maps the oblique flow of the rotor, while the term r · sinδ · ω · sinΩ represents the velocity on the basis of the axial inclination.

Unter Verwendung der vorstehend genannten Formeln lässt sich der in dem Speicher 137 abgelegte Zusammenhang für die Anstellwinkel-Korrektur in Bezug zur aktuellen Winkelposition des Rotors und/oder der Drehzahl des Rotors verändern. Dies kann durch die Einheit 135 erfolgen, in der ein entsprechendes Modell hinterlegt ist, welcher Anstellwinkel für ein einzelnes Rotorblatt bei welcher Windgeschwindigkeit aus welcher Richtung erforderlich ist, um eine optimale d. h. möglichst symmetrische Reduktion der Belastung der Windkraftanlage zu erreichen. Hierbei ist zu beachten, dass die vorstehend genannten Größen die stationären Verhältnisse wiedergeben, die sich nicht schnell, d. h. die sich im Bereich von einigen 10 Sekunden, ändern können. Für den erhaltenen günstigen Anstellwinkel kann dann ein entsprechender Korrekturfaktor ermittelt werden, der zu einem individuellen Anstellwinkelsignal addiert wird, welcher auf der Basis der sehr kurzzeitigen (d. h. sich im Bereich von Sekunden ändernden) Luftturbulenzen durch den IPC-Regler 130 bestimmt wird.Using the above formulas, it is possible to store in the memory 137 changed context for the pitch correction in relation to the current angular position of the rotor and / or the speed of the rotor change. This can be done by the unit 135 take place, in which a corresponding model is deposited, which angle of attack for a single rotor blade at which wind speed from which direction is required in order to achieve an optimal ie symmetrical as possible reduction of the load of the wind turbine. It should be noted that the above quantities reflect the steady state conditions that can not change quickly, ie in the range of a few tens of seconds. For the obtained favorable angle of attack then a corresponding correction factor can be determined, which is added to an individual Anstellwinkelsignal, which on the basis of very short-term (ie changing in the range of seconds) air turbulence by the IPC controller 130 is determined.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindun ist es, eine aktive Vorsteuerung der Pitchaktuatoren zu realisieren, basierend auf den in dem Umlaufzyklus des Rotors gemessenen Belastungsmessreihen. Die Belastungskurve eines Rotorblattes wird hierbei als die zu erwartende Belastungskurve des Nachläufers (d. h. des direkt nachfolgenden Rotorblattes) eines Flugkreissegmentes der Rotorblätter betrachtet, wobei der Flugkreis die Fläche bezeichnet, die die Rotorblätter bei der Drehung um die Rotornabe überstreichen. Zur Veranschaulichung dienen die folgenden Diagramme aus der 6. Es werden in den beiden linken als auch in den beiden rechten Diagramme je die gemessenen Schlagbiegemoment-Belastungen der Rotorblätter (untere Diagramme) gegenüber den gemessenen Windgeschwindigkeiten (obere Diagramme) dargestellt. Die Durchgangsreihenfolge eines Rotorsektors (d. h. des betrachteten Segmentes des Flugkreises der Rotorblätter) beträgt 3-2-1, das heißt bezüglich des Rotorblattes 2 ist Blatt 3 der Vorläufer und Blatt 1 der Nachläufer. Wenn die dargestellten Belastungskurven jeweils um t = T/3 (mit T der Rotorumlaufzeit) nach rechts in der Zeitschiene verschoben werden, können die Belastungskurven in den unteren Diagrammen aus der 6 nahezu in Deckung gebracht werden, d. h. die durchgezogene Linie entspricht im Wesentlichen der gestrichelt dargestellten Line und die gestrichelt dargestellte Linie lässt sich dann auch die gepunktet dargestellte Linie abbilden; abgesehen von Änderungen der Belastungsmomente, die für allen drei Rotorblätter in der Tendenz gleich wirken.An important object of the invention according to a further embodiment of the invention is to realize an active precontrol of the pitch actuators based on the load measurement series measured in the cycle of rotation of the rotor. The load curve of a rotor blade is here considered as the expected load curve of the Nachläufers (ie the directly following rotor blade) of a circle segment of the rotor blades, wherein the flight circle denotes the surface which sweep the rotor blades during rotation about the rotor hub. To illustrate, the following diagrams are from the 6 , In the two left as well as in the two right diagrams, the measured impact moment loads of the rotor blades (lower diagrams) are compared to the measured wind speeds (upper diagrams). The passage order of a rotor sector (ie, the considered segment of the circle of rotor blades) is 3-2-1, that is, with respect to the rotor blade 2, sheet 3 is the precursor and sheet 1 is the follower. If the load curves shown are each shifted by t = T / 3 (with T of the rotor cycle time) to the right in the time rail, the load curves in the lower diagrams of the 6 are almost brought into line, that is, the solid line corresponds essentially to the dashed line shown and the dashed line shown can then also represent the dotted line shown; apart from changes in the load moments, which tend to be the same for all three rotor blades.

Die Belastungskurven innerhalb eines Hauptsektors werden also dem jeweils nachfolgenden Rotorblatt zugeordnet. Um eine zu große Unsicherheit bezüglich der Vorhersage zu vermeiden, wird jeweils nur die Belastungskurve des Vorläufers für die Vorhersage der Belastung des Nachläufers betrachtet. Die Rotorfläche wird hierfür diskretisiert (z. B. mit einem Rotor-Azimuthwinkel von 1 Grad pro Segment). Während des Rotorumlaufes werden die gemessenen Belastungen den entsprechenden Rotor-Azimuthwinkeln bei Überstreichung des Diskretisierungsabschnittes bzw. des Diskretisierungsschrittes zugeordnet. Auf diese Weise können bei Speicherung eines kompletten Rotorumlaufes drei (oder vier) Messwerte pro Rotor-Azimuthwinkelsegment und Umlauf realisiert werden. Die prinzipielle Idee für die Vorsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht darin, die während eines drittel Umlaufes (d. h. 120 Grad) gemessenen Sensordaten der einzelnen Rotorblätter als Grundlage für die Trajektorienplanung der Pitchwinkel von nachfolgenden Rotorblättern zu verwenden. Die in Messungen und Simulationen nachweisbaren zyklischen Belastungskurven bei Windkraftanlagen erlauben es, eine Vorhersage bezüglich der zu erwartenden Belastung zu treffen.The load curves within a main sector are thus assigned to the respective subsequent rotor blade. In order to avoid too much uncertainty about the prediction, only the load curve of the precursor for the prediction of the load of the trailer is considered. The rotor surface is discretized for this purpose (eg with a rotor azimuth angle of 1 degree per segment). During the rotor revolution, the measured loads are assigned to the corresponding rotor azimuth angles when the discretization section or the discretization step is swept over. In this way, when storing a complete rotor revolution, three (or four) measured values per rotor azimuth angle segment and revolution can be realized. The principal idea for the pilot control according to this embodiment is to use the sensor data of the individual rotor blades measured during a third revolution (i.e., 120 degrees) as the basis for the trajectory planning of the pitch angles of subsequent rotor blades. The cyclic load curves of wind turbines that can be detected in measurements and simulations make it possible to predict the expected load.

Somit beschränkt sich die Trajektorienplanung auf 3*120°-Sektoren, für die jeweils eine Solltrajektorie der Pitchverstellung berechnet wird. Diese Solltrajektorie kann für jeden der Sektoren in dem Speicher 137 gespeichert werden und zur Korrektur des individuellen Anstellwinkels eines Rotorblattes eingesetzt werden, das sich in den betreffenden Sektor befindet. Nach Überstreichen eines 120°-Sektors wird die Trajektorienplanung für diesen Sektor auf Basis der neuen Messdaten des Rotorflügels aktualisiert, der diesen Sektor unmittelbar zuvor durchlaufen hat. In dem linken unteren Diagramm aus der 6 (Belastungskurve Böe) lässt sich eine zunehmende Rotorbelastung im Zeitbereich 10–22 Sekunden und eine abnehmende Belastung im Bereich 22–30 Sekunden erkennen Im Falle z. B. einer Windböe oder allgemein einer Änderung der Windgeschwindigkeit (und damit der Rotorbelastung) kann für die einzelnen Rotorsegmente ein Belastungsgradient mittels der Messdaten berechnet werden.Thus, the trajectory planning is limited to 3 * 120 ° sectors, for each of which a desired trajectory of the pitch adjustment is calculated. This desired trajectory may be for each of the sectors in the memory 137 stored and used to correct the individual angle of attack of a rotor blade, which is located in the sector concerned. After sweeping a 120 ° sector, the trajectory planning for this sector will be updated based on the new rotor blade data, which has just passed through this sector. In the lower left diagram from the 6 (Load curve gust) can be seen an increasing rotor load in the time range 10-22 seconds and a decreasing load in the range 22-30 seconds. As a gust of wind or generally a change in wind speed (and thus the rotor load) can be calculated for the individual rotor segments, a load gradient by means of the measured data.

Diese Änderung der Windgeschwindigkeit, die auch als Gradient bezeichnet werden kann, kann dann als Korrekturfaktor für die Belastungskurven verwendet werden. Voraussetzung für die Berücksichtigung des Korrekturfaktors ist in diesem Fall eine klar feststellbare Tendenz anhand der Messdatenreihe der entsprechenden Rotorsektoren. Eine solche Tendenz ist beispielweise aus dem Diagramm aus 7a zu erkennen, bei der die Windgeschwindigkeit (und damit die Momentenbelastung M) in ein und demselben Rotorsegment kontinuierlich über die Drittel-Umlaufdauern T ansteigt. Hierbei kann ein Korrekturfaktor k = Δy / 3ΔT ermittelt werden, um den die Belastungstrajektorie entsprechend verändert wird bzw. verändert werden sollte. Beispielsweise erfolgt dies entsprechend der Darstellung aus der 7B, bei der die durchgezogen darstellte Solltrajektorie die Veränderung unter Verwendung des Korrektur-Faktors, dessen Wirkung in der 7B durch die Pfeile darstellt ist, in eine korrigierte Solltrajektorie überführt wird die gestrichelt dargestellt ist. Dies ermöglicht eine sehr kurzfristige Änderung der Korrektur-Faktoren und somit eine sehr schnelle Anpassung des einzustellenden Anstellwinkel-Korrektursignals auf die aktuellen Windverhältnisse in dem jeweils betrachteten Rotorsektor. Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise kann dann auch für mehrere Rotorsektoren durchgeführt werden, so dass möglichst für den gesamten Flugkreis des Rotors eine kurzfristige Aktualisierung der Windverhältnisse möglichst ist. Basierend auf den (korrigierten) Belastungskurven kann somit dann auch eine Vorsteuerung der Pitchaktuatoren im Rahmen der IPC-Regelung realisiert werden. This change in wind speed, which may also be referred to as a gradient, may then be used as a correction factor for the load curves. The prerequisite for the consideration of the correction factor in this case is a clearly ascertainable tendency on the basis of the measured data series of the corresponding rotor sectors. Such a tendency is for example from the diagram 7a to recognize, in which the wind speed (and thus the moment load M) continuously increases in one and the same rotor segment over the one-third cycles T. This can be a correction factor k = Δy / 3ΔT be determined by the load trajectory is changed or should be changed accordingly. For example, this is done as shown in the 7B in which the reference trajectory represented by a solid line represents the change using the correction factor whose effect in the 7B represented by the arrows is converted into a corrected desired trajectory is shown in dashed lines. This allows a very short-term change of the correction factors and thus a very fast adaptation of the pitch angle correction signal to be set to the current wind conditions in the respectively considered rotor sector. The procedure described above can then also be carried out for a plurality of rotor sectors, so that as far as possible a short-term update of the wind conditions is possible for the entire flight circle of the rotor. Based on the (corrected) load curves, a feedforward control of the pitch actuators in the context of IPC control can be realized.

Ein derart ausgestaltetes Ausführungsbeispiel könnte gemäß einem Blockschaltbild aus 8 wiedergegeben werden. Hierbei ist in dem Speicher 137 eine Trajektorienplanung für die einzelnen Rotorsektoren enthalten, die durch die Einheit 135 jeweils aktualisiert werden. Gegenüber dementsprechend dem Blockschaltbild aus 1 ausgelegten Ausführungsbeispiel wird also in dem Speicher 137 nicht mehr ein Zusammenhang zwischen einer Winkelposition und dem Anstellwinkel-Korrekturfaktor für ein Rotorblatt für einen vollständigen Umlauf hinterlegt, sondern es werden die Korrekturfaktoren hinterlegt, die für einzelne Rotorsektoren (oder zumindest einen Sektor) bestimmt und nach dem Überstreichen des nachlaufenden Rotorblattes aktualisiert werden. Auf diese Weise wird eine hochgenaue und schnelle Regelung oder Korrektur der individuellen Anstellwinkel des oder der Rotorblätter erreicht.Such an embodiment could be designed in accordance with a block diagram 8th be reproduced. Here is in the memory 137 a trajectory plan for the individual rotor sectors included by the unit 135 each be updated. Compared to the block diagram accordingly 1 designed embodiment is thus in the memory 137 no longer relates a relationship between an angular position and the pitch correction factor for a complete revolution rotor blade, but stores the correction factors determined for individual rotor sectors (or at least one sector) and updated after sweeping the trailing rotor blade. In this way, a highly accurate and rapid control or correction of the individual angles of attack of the rotor blades or is achieved.

Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren 900 zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage wie es als Ablaufdiagramm in der 9 dargestellt ist. Dabei ist das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen. Das Verfahren 900 umfasst einen Schritt des Einlesens 910 eines Rotorblatt-Positionssignals, das eine Winkelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotorblattes repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit des Rotorblattes um die Drehachse. Weiterhin umfasst das Verfahren 900 einen Schritt des Ermittelns 920 des Anstellwinkel-Korrektursignals für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung eines in einem Speicher abgelegten Zusammenhang zwischen einer Winkelposition und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal den Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.Furthermore, the present invention provides a method 900 for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine as shown as a flow chart in the 9 is shown. In this case, the pitch correction signal for changing a signal for driving an individual angle of attack for the rotor blade is provided. The procedure 900 includes a step of reading 910 a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to an axis of rotation of the rotor blade and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation. Furthermore, the method comprises 900 a step of determining 920 the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a stored in a memory relationship between an angular position and an angle of attack correction factor, the pitch correction signal representing the pitch correction factor, which in use a correction of the individual angle of attack for the predetermined Rotor blade causes, so that an effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a torque is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is carried out using the read rotor blade position signal and / or the read rotational speed.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Vorrichtung zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-KorrektursignalsApparatus for providing a pitch correction signal
110110
WindkraftanlageWind turbine
120120
Sensorsignale von Sensoren an oder in der WindkraftanlageSensor signals from sensors on or in the wind turbine
125125
Einheit zur Betriebsführung des WindkraftanlageUnit for the operation of the wind turbine
130130
Regler zur Ermittlung der individuellen AnstellwinkelController for determining the individual angles of attack
135135
Einheit zur Veränderung des im Speicher gespeicherten ZusammenhangsUnit for changing the relationship stored in the memory
136136
Schnittstelleinterface
137137
SpeicherStorage
139139
Anstellwinkel-KorektursignalAoA Korektursignal
140 140
Signal, das das Generatormoment repräsentiertSignal representing the generator torque
142142
Signal, das den gemeinsamen Pitchwinkel für alle Rotorblätter repräsentiertSignal representing the common pitch angle for all rotor blades
145145
Signal zur individuellen Ansteuerung des Anstellwinkels aus dem IPC-ReglerSignal for individually controlling the angle of attack from the IPC controller
150150
korrigiertes individuelles Anstellwinkel-Ansteuersignalcorrected individual pitch control signal
155155
unterlagerter Pitchreglersubordinate pitch controller
160160
Vorsteuerung für den Anstellwinkel-Aktuator/PitchaktuatorFeedforward control for the pitch actuator / pitch actuator
165165
Pitchaktuator, Anstellwinkel-AktuatorPitch actuator, pitch actuator
200200
Segment eines RotorblattesSegment of a rotor blade
210210
Rotorblattrotor blade
310310
RotordrehachseRotor axis of rotation
320320
Rotornaberotor hub
900900
Verfahren zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-KorrektursignalsA method of providing a pitch correction signal
910910
Schritt des EinlesensStep of reading in
920920
Schritt des ErmittelnsStep of determining

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19739164 B4 [0003] DE 19739164 B4 [0003]

Claims (10)

Verfahren (900) zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals (β1, 139) für ein vorbestimmtes Rotorblatt (210) aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage (110), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals (145) zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen ist, wobei das Verfahren (900) die folgenden Schritte aufweist: – Einlesen (910) eines Rotorblatt-Positionssignals (Ω1, 120), das eine Winkelposition (Ω1) des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse (310) des Rotors der Windkraftanlage (110) repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit (ω) des Rotorblattes um die Drehachse (310); und – Ermitteln (920) des Anstellwinkel-Korrektursignals (139) für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung eines in einem Speicher (137) abgelegten Zusammenhangs zwischen einer Winkelposition (Ω1) und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor (β1), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal den Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des Signals (βIPC1, 145) zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes (M1) auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes (M2, M3) auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals (Ω1) und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit (ω) erfolgt.Procedure ( 900 ) for providing a pitch correcting signal (β 1 , 139 ) for a predetermined rotor blade ( 210 ) of a plurality of rotor blades of a wind turbine ( 110 ), wherein the pitch correction signal for changing a signal ( 145 ) is provided for controlling an individual angle of attack for the rotor blade, wherein the method ( 900 ) comprises the following steps: - reading in ( 910 ) of a rotor blade position signal (Ω 1 , 120 ), which has an angular position (Ω 1 ) of the rotor blade with respect to an axis of rotation ( 310 ) of the rotor of the wind turbine ( 110 ) and / or reading a rotational speed (ω) of the rotor blade about the axis of rotation ( 310 ); and - determining ( 920 ) of the pitch correction signal ( 139 ) for the predetermined rotor blade of the wind turbine using one in a memory ( 137 ) Stored relationship between an angular position (Ω 1) and an angle correction factor (β 1), said angle correction signal represents the pitch correction factor, the correction of the signal (when using β IPC1, 145 ) for controlling the individual angle of attack for the predetermined rotor blade is effected, so that an effect of a moment (M 1 ) on the predetermined rotor blade of an effect of a moment (M 2 , M 3 ) is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining using the read-in rotor blade position signal (Ω 1 ) and / or the read rotational speed (ω). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns eine Veränderung des im Speicherabgelegten Zusammenhangs erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that in the step of determining a change in the memory deposited relationship takes place. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns für die Veränderung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs eine Bestimmung einer Windgeschwindigkeit (115) an unterschiedlichen Segmenten (200) eines Rotorblattes erfolgt, wobei die Bestimmung der Windgeschwindigkeit an den einzelnen Segmenten des Rotorblattes unter Berücksichtigung einer ermittelten aktuellen Neigung (δ) der Rotorachse (310) gegen die Horizontalen, einer aktuellen Distanz einer Rotornabe (320) zu einem Turm der Windkraftanlage, einem ermittelten Schräg-Anströmungswinkel (γ) von Wind bezüglich der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes, einer aktuellen Windgeschwindigkeit in Richtung der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes des Rotorblattes in Abhängigkeit von der Höhe (H) des betreffenden Segmentes über der Erdoberfläche und/oder einem Durchmesser (a) eines Turms der Windkraftanlage in einer Höhe des betreffenden Segmentes des Rotorblattes erfolgt.Method according to claim 2, characterized in that, in the step of determining for the change of the relationship stored in the memory, a determination of a wind speed ( 115 ) on different segments ( 200 ) of a rotor blade, wherein the determination of the wind speed at the individual segments of the rotor blade taking into account a determined current inclination (δ) of the rotor axis ( 310 ) against the horizontal, a current distance of a rotor hub ( 320 ) to a tower of the wind turbine, a determined oblique angle of incidence (γ) of wind with respect to the rotor axis in the region of the relevant segment, a current wind speed in the direction of the rotor axis in the region of the relevant segment of the rotor blade as a function of the height (H) of the relevant Segmentes above the earth's surface and / or a diameter (a) of a tower of the wind turbine takes place at a height of the relevant segment of the rotor blade. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns eine Segmentierung eines Flugkreises des Rotorblattes um die Rotorachse in unterschiedliche Segmente erfolgt, wobei zumindest eine Information über eine Belastung des vorbestimmten Rotorblatt in einem der Segmente des Flugkreises aufgezeichnet wird und die aufgezeichnete Information zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines weiteren Rotorblattes der Windkraftanlage verwendet wird, insbesondere wobei die aufgezeichnete Information zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines Rotorblattes der Windkraftanlage verwendet wird, das in Drehrichtung des Rotors dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of determining a segmentation of a flight circle of the rotor blade about the rotor axis into different segments, wherein at least one information about a load of the predetermined rotor blade in one of the segments of the flight circle is recorded and the recorded Information is used to determine a Anstellwinkel-correction signal of another rotor blade of the wind turbine, in particular wherein the recorded information is used to determine a Anstellwinkel-correction signal of a rotor blade of the wind turbine, which immediately follows the predetermined rotor blade in the direction of rotation of the rotor. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns für zumindest ein Segment eine Information über eine Belastung des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes aufgezeichnet wird, wobei ferner eine Abweichung zwischen der Belastung des vorbestimmten Rotorblattes und der Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes ermittelt wird und wobei die ermittelte Abweichung für eine Bestimmung der Belastung und/oder eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein drittes Rotorblatt der Windkraftanlage verwendet wird, wenn sich das dritte Rotorblatt in dem einen Segment des Flugkreises befindet.A method according to claim 4, characterized in that in the step of determining for at least one segment information about a load of the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade is recorded, further wherein a deviation between the load of the predetermined rotor blade and the load of the other rotor blade, in particular of the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade, and wherein the determined deviation is used for a determination of the load and / or a pitch correction signal for a third rotor blade of the wind turbine when the third rotor blade is in the one segment of the flight circle. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns eine Information über eine Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes, im betreffenden Segment erfasst wird und ferner in dem Speicher die Information über die Belastung des Rotorblattes durch die erfasste Information über die Belastung des weiteren Rotorblattes ersetzt wird.A method according to claim 4 or 5, characterized in that in the step of determining information about a load of the further rotor blade, in particular the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade, is detected in the relevant segment and further in the memory, the information about the load of the rotor blade is replaced by the detected information about the load of the other rotor blade. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: – Einlesen eines weiteren Rotorblatt-Positionssignals (Ω2), das eine Winkelposition zumindest eines anderen Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotors repräsentiert; und – Ermittelns eines weiteren Anstellwinkel-Korrektursignals (139, βSt2) für das andere Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung des im Speicher abgelegten Zusammenhang zwischen einer Winkelposition und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor, wobei das weitere Anstellwinkel-Korrektursignal einen Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur eines individuellen Anstellwinkel für das andere Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das andere Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen weiteren Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method further comprises the following steps: - reading in another rotor blade position signal (Ω 2 ), which represents an angular position of at least one other rotor blade with respect to a rotational axis of the rotor; and Determining another angle correction signal ( 139 , β St2 ) for the other rotor blade of the wind turbine using the stored relationship between an angular position and an angle of attack correction factor, wherein the further angle of attack correction signal represents an angle of attack correction factor which, in use, corrects an individual angle of incidence for the other Rotor blade causes, so that an effect of a moment on the other rotor blade of an effect of a moment on the predetermined rotor blade of the wind turbine is adjusted and wherein the determining is carried out using the read in another rotor blade position signal and / or the read rotational speed. Verfahren zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; und – Verändern des Signals zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels (βIPC1) für da Rotorblatt unter Verwendung des bereitgestellten Ansteuerwinkel-Korrektursignals (β1).A method of modifying a signal to drive an individual pitch for the rotor blade, the method comprising the steps of: - the steps of the method according to any one of claims 1 to 7; and changing the signal for driving the individual pitch angle (β IPC1 ) for the rotor blade using the provided drive angle correction signal (β 1 ). Vorrichtung (100) zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals (139, βSt1) für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern (210) einer Windkraftanlage (110), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals (145) zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: – eine Schnittstelle (136) zum Einlesen eines Rotorblatt-Positionssignals (Ω1), das eine Winkelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse (320) des Rotors der Windkraftanlage repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit (ω) des Rotorblattes um die Drehachse; und – eine Einheit (135, 137) zum Ermitteln des Anstellwinkel-Korrektursignals (βSt1) für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage aus einem Speicher (137), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal einen Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels (βIPC1) für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes (M1) auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes (M2, M3) auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.Contraption ( 100 ) for providing an angle-of-attack correction signal ( 139 , β St1 ) for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades ( US Pat. 210 ) of a wind turbine ( 110 ), wherein the pitch correction signal for changing a signal ( 145 ) is provided for controlling an individual angle of attack for the rotor blade, the device having the following features: an interface ( 136 ) for reading in a rotor blade position signal (Ω 1 ), which is an angular position of the rotor blade with respect to a rotational axis ( 320 ) represents the rotor of the wind turbine and / or reading a rotational speed (ω) of the rotor blade about the axis of rotation; and - one unit ( 135 . 137 ) for determining the pitch correction signalSt1 ) for the predetermined rotor blade of the wind turbine from a memory ( 137 ), wherein the pitch correction signal represents an angle of attack correction factor which, in use, effects a correction of the individual pitch angle (β IPC1 ) for the predetermined rotor blade such that an effect of a moment (M 1 ) on the predetermined rotor blade is an effect of a moment (M 2 , M 3 ) is adapted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is carried out using the read-in rotor blade position signal and / or the read rotational speed. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einem Steuergerät oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Computer program product with program code for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, when the program is executed on a control device or a device.
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