DE102010063396A1

DE102010063396A1 - Verfahren zur Kompensation von Windlasten in einem Windpark sowie zugehöriger Windpark

Info

Publication number: DE102010063396A1
Application number: DE102010063396A
Authority: DE
Inventors: Ralf Sykosch; Dr. Benz Georg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21

Abstract

Erfindungsgemäß wird neben einem Windpark ein Verfahren zur Kompensation von unzulässig hohen Windlasten in einem Windpark mit mehreren Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) vorgeschlagen, wobei zumindest einige der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) jeweils mit mehreren Sensoren (2, 3, 4, 5), mit einer Auswerteeinheit (9) und mit einer Steuerung (1) ausgestattet sind, und wobei folgende Verfahrensschritte bestehen: a) Mit den Sensoren (2, 3, 4, 5) werden zumindest die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung an den jeweiligen Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) erfasst, b) zumindest die an den Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) erfassten Daten für die Windgeschwindigkeit werden unter Festhalten von Zeitstempeln abgetastet, c) die Abtastwerte zusammen mit ihrem Zeitstempel sowie zumindest eine Information über die zugehörige Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) und/oder deren Position werden über ein Kommunikations- oder Datennetz (6) an andere der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) übertragen und d) ausgehend von den an einer der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) erfassten Daten sowie den von anderen der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) empfangenen Daten erfolgt in der jeweiligen Auswerteeinheit (9) eine Prädiktion der Windverhältnisse und die betreffende Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) wird daraufhin durch die Steuerung (1) entsprechend gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Windlasten in einem Windpark mit mehreren Windenergieanlagen sowie einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen.
Ein derartiges Verfahren und ein derartiger Windpark sind aus der EP 1 432 911 B1 bekannt. Die Patentschrift offenbart einen Windpark mit Windenergieanlagen, die mit einem Frühwarnsystem zum Schutz der Windenergieanlagen ausgestattet sind. Zur Ermittlung der Windverhältnisse ist dabei ein akustisches System vorgesehen. Die gemessenen Daten werden von einer Steuereinrichtung verarbeitet, die die betreffende Windenergieanlage am Messort sowie andere z. B. im Windschatten liegende Windenergieanlagen steuert, wobei die Steuerung insbesondere in der Einstellung des Anstellwinkels des Rotorblattes zum Wind besteht. Es wird eine Verstellung des Anstellwinkels vorgenommen, sobald eine die Windenergieanlage gefährdende Windlage gemessen wird. Dabei ist es erforderlich, sich ein möglichst gutes Abbild der Windverhältnisse mit einer Vielzahl von Messwerten in kurzen Intervallen zu verschaffen. Da diese Messdaten fortlaufend an mehreren Windenergieanlagen auftreten, stellt sich das Problem, die Datenflut zu beherrschen und für prohibitive Maßnahmen schnell zu verarbeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie einen Windpark der oben genannten Art so zu verbessern, dass durch eine Steuerung unter Berücksichtigung der gemessenen Windverhältnisse die Kompensation von unzulässig hohen Windlasten ermöglicht wird.
Die erste Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei sind zumindest einige der Windenergieanlagen jeweils mit mehreren Sensoren, mit einer Auswerteeinheit und mit einer Steuerung ausgestattet und folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

a) Mit den Sensoren werden zumindest die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung an den jeweiligen Windenergieanlagen erfasst,
b) zumindest die an den Windenergieanlagen erfassten Daten für die Windgeschwindigkeit werden unter Festhalten von Zeitstempeln abgetastet,
c) die Abtastwerte werden zusammen mit ihrem Zeitstempel sowie zumindest eine Information über die zugehörige Windenergieanlage und/oder deren Position über ein Kommunikations- oder Datennetz an andere der Windenergieanlagen übertragen und
d) ausgehend von den an einer der Windenergieanlagen erfassten Daten sowie den von anderen der Windenergieanlagen empfangenen Daten erfolgt in der jeweiligen Auswerteeinheit eine Prädiktion der Windverhältnisse und die betreffende Windenergieanlage wird daraufhin durch die Steuerung entsprechend gesteuert.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht, wenn gemäß Anspruch 2 die Steuerungen den Anstellwinkel der Rotorblätter der jeweiligen Windenergieanlage zum Wind steuern.
Die weitere oben genannte Aufgabe zur Verbesserung des Windparks wird mit den Merkmalen nach Anspruch 3 gelöst.
Von den Windenergieanlagen sind zumindest einige jeweils mit einer Steuerung und mit mehreren Sensoren ausgestattet, die zur Erfassung zumindest der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung an der jeweiligen Windenergieanlage dienen, und mit folgenden Merkmalen versehen sind:

a) Die jeweils mit den Sensoren und einer Steuerung ausgestatteten Windenergieanlagen sind mit Mitteln zur Abtastung zumindest der erfassten Windgeschwindigkeit sowie zur Erfassung von zu den Abtastwerten zugehörigen Zeitstempeln versehen,
b) es ist zwischen den Windenergieanlagen ein Kommunikations- oder Datennetz zur Übertragung von Datensätzen mit den Abtastwerten und zugehörigen Zeitstempeln vorgesehen, wobei zu jedem Datensatz zumindest eine Information über die zugehörige Windenergieanlage und/oder deren Position gehört und
c) zusätzlich weisen die mit einer Steuerung versehenen Windenergieanlagen eine Auswerteeinheit auf, die zur autarken Prädiktion der Windverhältnisse am Standort der betreffenden Windenergieanlage unter Auswertung der von anderen Windenergieanlagen stammenden Datensätze dient, und
d) die Steuerungen dienen zur Generierung von Steuersignalen für die jeweilige Windenergieanlage in Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis der zugehörigen Auswerteeinheit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Windpark mit mehreren Windenergieanlagen und
2 eine Windenergieanlage mit windlastabhängiger Steuerung.
In 1 ist ein Windpark mit einer Vielzahl von Windenergieanlagen WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn dargestellt, von denen zumindest einige jeweils mit einer Steuerung 1 und mit mehreren Sensoren 2, 3, 4, 5 gemäß 2 ausgestattet sind. Die Steuerung 1 dient dabei als Vorsteuerung zur Kompensation von unzulässig hohen Windlasten, die auf der Grundlage von Messdaten der Windverhältnisse vorausberechnet werden.
1 zeigt beispielhaft drei Windvektoren a, b, c, deren Länge die unterschiedliche Windgeschwindigkeit an den am Rand des Windparks stehenden Windenergieanlagen WE, WE1 und WE2 und deren Richtung die etwa gleiche Windrichtung wiedergeben. Die Windenergie wird jeweils an den Rotorblättern der genannten Windenergieanlagen WE, WE1 und WE2 abgebaut, so dass dahinter mehr oder weniger im Windschatten stehende Windenergieanlagen entsprechend geringeren Windlasten ausgesetzt sind. Durch Messung der Windverhältnisse mit Hilfe der Sensoren 2, 3, 4, 5 an den Windenergieanlagen sowie des Datenaustauschs der Messdaten über ein Kommunikations- oder Datennetz 6 zwischen den Windenergieanlagen lassen sich nach Auswertung der Windverhältnisse zu erwartende Windlasten kompensieren, indem z. B. der Anstellwinkel der Rotorblätter zum Wind entsprechend gesteuert wird.
Hierzu müssen die Windenergieanlagen entsprechend ausgestattet sein wie beispielhaft für die Windenergieanlage WE in 2 gezeigt. Die Windenergieanlage WE weist einen Sensor 2 zur Messung der Windgeschwindigkeit, einen Sensor 3 zur Messung der Windrichtung, einen Sensor 4, der als GPS (Global Positioning System) ausgeführt ist, und einen Sensor 5 zur Messung des Rotorblatt-Anstellwinkels zum Wind auf. Die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung können sich abhängig von Ort und Zeit schnell ändern. Es sind daher zeitkritische Daten, die wegen ihres Einflusses auf die Prädiktion der Windverhältnisse entsprechend genau erfasst werden müssen.
Da für die Datenerfassung sehr kurze Zeitintervalle erforderlich sind und die Datenerfassung zugleich in einer Vielzahl von Windenergieanlagen stattfindet, ist eine zeitliche Zuordnung der auszuwertenden großen Datenmenge notwendig. Daher ist die Windenergieanlage WE mit einer Abtasteinrichtung 7 zur Abtastung der gemessenen Windgeschwindigkeit und Windrichtung versehen, wobei den Abtastwerten jeweils ein Zeitstempel zugeordnet wird. Für die hierfür benötigte genaue Zeiterfassung steht der als GPS ausgeführte Sensor 4 zur Verfügung, der zugleich auch die exakten Ortskoordinaten der vorliegenden Windenergieanlage WE liefert.
Die Abtastwerte mit den Zeitstempeln sowie die von den weiteren Sensoren 3 und 4 erfassten Daten werden hier z. B. über einen Zwischenspeicher 8 einer Auswerteeinheit 9 zugeführt.
Die Windenergieanlage WE weist außerdem einen mit dem Zwischenspeicher 8 verbundenen Datensender 10 auf, mit dem die erfassten Daten an andere Windenergieanlagen WE1, WE2 und WE3 über das Kommunikations- oder Datennetz 6 übertragen werden. Für die Prädiktion der Windlasten gehört zu jedem gesendeten Datensatz zumindest eine Information über die zugehörige Windenergieanlage, aus der die genaue Position für die Windenergieanlage abzuleiten ist und/oder die Positionsangabe selbst.
Weiterhin ist in der Windenergieanlage WE ein Datenempfänger 11 vorgesehen, der die Messdaten der anderen Windenergieanlagen WE1, WE2 und WE3 empfängt und diese an die Auswerteeinheit 9 weiterleitet. Diese wertet sowohl die in der zugehörigen Windenergieanlage WE erfassten Daten als auch die empfangenen Datensätze der anderen Windenergieanlagen WE1, WE2 und WE3 aus, wobei die Auswertung ganz wesentlich dadurch erleichtert wird, dass aufgrund der vorliegenden Zeitstempel zeitgleiche Ereignisse, hier die Windverhältnisse, den Vorausberechnungen zu erwartender Windlasten zugrunde gelegt werden können.
Ergibt sich aufgrund der Auswertung aller Daten, d. h. der selbst erfassten und der empfangenen, in der Auswerteeinheit 9, dass mit einer unzulässig hohen Belastung der Windenergieanlage WE zu rechnen ist, wird in der Steuerung 1 ein Steuerungssignal generiert, mit dem z. B. der Anstellwinkel der Rotorblätter zum Wind durch den Pitchantrieb 12 oder eine andere Einstellgröße der Windenergieanlage WE entsprechend gesteuert wird.
Die Zwischenspeicher 8, die Auswerteeinheit 9 und die Steuerung 1 können in einem Mikrocontroller zusammengefasst sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1432911 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur Kompensation von unzulässig hohen Windlasten in einem Windpark mit mehreren Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn), wobei zumindest einige der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) jeweils mit mehreren Sensoren (2, 3, 4, 5), mit einer Auswerteeinheit (9) und mit einer Steuerung (1) ausgestattet sind, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Mit den Sensoren (2, 3, 4, 5) werden zumindest die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung an den jeweiligen Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) erfasst, b) zumindest die an den Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) erfassten Daten für die Windgeschwindigkeit werden unter Festhalten von Zeitstempeln abgetastet, c) die Abtastwerte werden zusammen mit ihrem Zeitstempel sowie zumindest eine Information über die zugehörige Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) und/oder deren Position über ein Kommunikations- oder Datennetz (6) an andere der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) übertragen und d) ausgehend von den an einer der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) erfassten Daten sowie den von anderen der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) empfangenen Daten erfolgt in der jeweiligen Auswerteeinheit (9) eine Prädiktion der Windverhältnisse und die betreffende Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) wird daraufhin durch die Steuerung (1) entsprechend gesteuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Anstellwinkel der Rotorblätter der jeweiligen Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) zum Wind steuern.
Windpark mit mehreren Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn), wovon zumindest einige jeweils mit einer Steuerung (1) und mit mehreren Sensoren (2, 3, 4, 5) ausgestattet sind, die zur Erfassung zumindest der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung an der jeweiligen Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) dienen, mit folgenden Merkmalen: a) Die jeweils mit den Sensoren (2, 3, 4, 5) und einer Steuerung (1) ausgestatteten Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) sind mit Mitteln (7) zur Abtastung zumindest der erfassten Windgeschwindigkeit sowie zur Erfassung von zu den Abtastwerten zugehörigen Zeitstempeln versehen, b) es ist zwischen den Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) ein Kommunikations- oder Datennetz (6) zur Übertragung von Datensätzen mit den Abtastwerten und zugehörigen Zeitstempeln vorgesehen, wobei zu jedem Datensatz zumindest eine Information über die zugehörige Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) und/oder deren Position gehört und c) zusätzlich weisen die mit einer Steuerung (1) versehenen Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) eine Auswerteeinheit (9) auf, die zur autarken Prädiktion der Windverhältnisse am Standort der betreffenden Windenergieanlage unter Auswertung der von anderen der Windenergieanlagen (WE, WE1, WE2, WE3 ... WEn) stammenden Datensätze dient und d) die Steuerungen (1) dienen zur Generierung von Steuersignalen für die jeweilige Windenergieanlage (WE, WE1, WE2, WE3 oder WEn) in Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis der zugehörigen Auswerteeinheit (9).