DE102011121439A1

DE102011121439A1 - Measuring device for detecting load of rotor blade of rotor of wind turbine, has sensor obtaining rotational speed about longitudinal axis of rotor blade and transmitting unit transmitting measurement signal to control unit

Info

Publication number: DE102011121439A1
Application number: DE102011121439A
Authority: DE
Inventors: Matthias MÖRBE; Dr. Schmidt Ralf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-20

Abstract

The device has a sensor (114) and a transmitting unit i.e. wireless optical carrier, where the sensor is arranged in a rotor blade (108). The sensor obtains rotational speed about a longitudinal axis (112) of the rotor blade to obtain a measurement signal. The transmitting unit transmits the measurement signal to a control unit (116). A recognizing device recognizes transit of the rotor blade before a tower (102) of a wind-power plant (100). The sensor is designed to obtain rotational speed and/or bending in an impact direction. Independent claims are also included for the following: (1) a control system (2) a method for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage sowie auf ein Regelsystem zum Ansteuern eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage.The present invention relates to a measuring device and a method for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine and to a control system for driving a rotor blade of a rotor of a wind turbine.

Rotorblätter einer Windkraftanlage werden um eine Blattlängsachse verdreht, um einen Anstellwinkel der Blätter zum Wind zu verändern und eine Nenndrehzahl bei bestmöglicher Energieausbeute zu ermöglichen. Um Belastungen der Rotorblätter zu messen, werden Biegemomente in Blattwurzeln der Rotorblätter erfasst. Beispielsweise können Dehnungssensoren an den Blattfüßen aufgeklebt oder in die Blattfüße eingearbeitet werden, um Verformungen der Rotorblätter unter dem Biegemoment zu erfassen. Unter Verwendung der gemessenen Dehnung und Materialkennwerten der Rotorblätter wird eine Momentenbelastung der Rotorblätter ermittelt. Durch fortlaufendes Verändern eines Anstellwinkels des einzelnen Rotorblatts zur vorbeiströmenden Luft können die Biegemomente des Rotorblatts unterhalb einer Schadenschwelle gehalten werden.Rotor blades of a wind turbine are rotated about a blade longitudinal axis to change an angle of attack of the blades to the wind and to allow a rated speed with the best possible energy yield. In order to measure loads of the rotor blades, bending moments are detected in blade roots of the rotor blades. For example, strain sensors can be glued to the blade feet or incorporated into the blade feet to detect deformations of the blades under the bending moment. Using the measured strain and material characteristics of the rotor blades, a moment load of the rotor blades is determined. By continuously changing an angle of attack of the individual rotor blade to the air flowing past the bending moments of the rotor blade can be kept below a damage threshold.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Messvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Erfassen einer allgemeinen Belastung am Rotorblatt eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage, sowie ein verbessertes Regelsystem zum Ansteuern eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide an improved measuring apparatus and method for detecting a general load on the rotor blade of a rotor blade of a rotor of a wind turbine, as well as an improved control system for driving a rotor blade of a rotor of a wind turbine.

Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage, ein Verfahren zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage sowie ein Regelsystem zum Ansteuern eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß den Hauptansprüchen gelöst.This object is achieved by a measuring device for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine, a method for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine and a control system for driving a rotor blade of a rotor of a wind turbine according to the main claims.

Messungen von Dehnung beruhen auf einer Verbindung eines Materials mit messbaren und bekannten Eigenschaften mit einem Träger, dessen Dehnung erfasst werden soll. Um eine verlässliche Aussage über die Dehnung treffen zu können, ist eine dauerhafte und starre Verbindung des Materials mit dem Träger erforderlich. Wird der Träger gedehnt, so dehnt sich auch das Material und zumindest eine Eigenschaft des Materials ändert sich. Die Anforderung der dauerhaften Verbindung zwischen Sensor und Rotorblatt ist eine grolle Herausforderung insbesondere unter widrigen Einsatzbedingungen, wie sie an Rotorblättern von Windkraftanlagen herrschen.Measurements of elongation are based on a combination of a material with measurable and known properties with a support whose elongation is to be detected. In order to be able to make a reliable statement about the elongation, a permanent and rigid connection of the material with the carrier is required. If the carrier is stretched, the material also expands and at least one property of the material changes. The requirement for a permanent connection between the sensor and the rotor blade is a major challenge, especially under adverse operating conditions, as prevail on rotor blades of wind turbines.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Biegebelastungen von Rotorblättern unter Verwendung von einer Drehrate und/oder einer Beschleunigung und/oder einer Torsion ermittelt werden können. Je größer der zu erfassende Messwert ist, umso aussagekräftiger kann das aufgenommene Messsignal sein. Um einen großen Messwert aufnehmen zu können, kann der Messaufnehmer so weit wie möglich von einer Rotationsachse eines Rotors der Windkraftanlage angeordnet werden. Dies wurde im Stand der Technik bisher immer bewusst vermieden, da Belastungen des Rotorblattes dort nicht konstant sind und das Rotorblatt in der Blattspitze durch Luftwirbel zu Schwindungen angeregt wurde, die einer dauerhaften Verbindung eines Sensors mit dem Rotorblatt abträglich ist. Mit dem nun hier vorgestellten Ansatz wird jedoch eine Messung möglich, die gerade bewusst die Position des Sensors möglichst weit am äußeren Rotorblattende verwendet. Hierdurch kann eine sehr genaue und schnelle Regelung erfolgen, um größere Schäden oder eine schnellere Alterung des Rotorblattes zu vermeiden.The present invention is based on the finding that bending loads of rotor blades can be determined using a yaw rate and / or an acceleration and / or a torsion. The larger the measured value to be acquired, the more meaningful the recorded measurement signal can be. To be able to record a large measured value, the sensor can be arranged as far as possible from a rotation axis of a rotor of the wind turbine. This has always been deliberately avoided in the prior art, as loads of the rotor blade are not constant there and the rotor blade was excited in the blade tip by air vortexes to shrinkage, which is detrimental to a permanent connection of a sensor with the rotor blade. With the approach presented here, however, a measurement is possible which deliberately uses the position of the sensor as far as possible at the outer rotor blade end. This allows a very accurate and fast control to avoid larger damage or faster aging of the rotor blade.

Vorteilhafterweise unterliegt ein Drehratengeber einer geringen Degradation. Da der Drehratengeber keine flächige Verbindung zum Rotorblatt benötigt, um dessen Drehrate aufzunehmen. Der Drehratengeber kann insbesondere einfach und schnell ausgetauscht werden, sobald sein Signal fehlerhaft sein sollte. Ferner ist insbesondere auch diejenige Drehratenkomponente, die die Torsion des Rotorblatts um sein Blattlängsachse betrifft, von besonderem Interesse für die Regelung des Rotorblattes, da diese Drehratenkomponente eine Biegung des Blattes betrifft, welche für die Alterung oder die Beschädigung des Rotorblattes von besonderer Bedeutung ist.Advantageously, a rotation rate sensor is subject to low degradation. Since the yaw rate sensor does not require a flat connection to the rotor blade in order to record its yaw rate. In particular, the yaw rate sensor can be exchanged easily and quickly as soon as its signal should be faulty. Furthermore, in particular, the rotational rate component which relates to the torsion of the rotor blade about its blade longitudinal axis is of particular interest for the regulation of the rotor blade, since this rotation rate component relates to a bending of the blade, which is of particular importance for the aging or damage of the rotor blade.

Eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage weist einen Messaufnehmer und eine Einrichtung zum Übertragen auf.A measuring device for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine has a sensor and a device for transmitting.

Der Messaufnehmer ist in dem Rotorblatt angeordnet. Der Messaufnehmer ist dazu ausgebildet, eine Drehrate um eine Blattlängsachse des Rotorblatts aufzunehmen, um ein Messsignal zu erhalten.The sensor is arranged in the rotor blade. The sensor is designed to record a rotation rate about a blade longitudinal axis of the rotor blade in order to obtain a measurement signal.

Die Einrichtung zum Übertragen ist dazu ausgebildet, das Messsignal zu einem Steuergerät zu übertragen.The device for transmitting is designed to transmit the measurement signal to a control unit.

Ein Verfahren zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage weist einen Schritt des Aufnehmens und einen Schritt des Übertragens auf.A method of detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine comprises a picking up step and a step of transmitting.

Im Schritt des Aufnehmens wird eine Drehrate um eine Blattlängsachse des Rotorblatts mittels eines Messaufnehmers aufgenommen, um ein Messsignal zu erhalten. Der Messaufnehmer ist in dem Rotorblatt angeordnet.In the recording step, a rate of rotation about a blade longitudinal axis of the rotor blade by means of a sensor is recorded to a Receive measurement signal. The sensor is arranged in the rotor blade.

Im Schritt des Übertragens wird das Messsignal zu einem Steuergerät übertragen.In the step of transmitting the measurement signal is transmitted to a control unit.

Ein Regelsystem zum Ansteuern eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage weist eine Messvorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz und ein Steuergerät auf.A control system for driving a rotor blade of a rotor of a wind turbine has a measuring device according to the approach presented here and a control device.

Das Steuergerät ist mit der Messvorrichtung verbunden und dazu ausgebildet, einen Soll-Anstellwinkel des Rotorblatts zu bestimmen. Das Steuergerät ist dazu ausgebildet, unter Verwendung des Messsignals ein Anstellwinkelführungssignal für das Rotorblatt an einer Schnittstelle zu einem Rotorblatt-Aktuator bereitzustellen.The control unit is connected to the measuring device and designed to determine a desired angle of attack of the rotor blade. The control unit is designed to provide an angle control signal for the rotor blade at an interface to a rotor blade actuator using the measurement signal.

Der Messaufnehmer kann in einem Bereich einer Blattspitze angeordnet sein. Die Blattspitze kann am, am weitesten von einer Rotationsachse eines Rotors entfernter, Ort eines Rotorblatts des Rotors sein. Unter einem Bereich der Blattspitze des Rotorblattes kann ein Bereich des Rotorblattes verstanden werden, der zugänglich ist. Der Bereich kann im letzten Drittel, insbesondere im letzten Fünftel oder weiter bevorzugt im letzten Zehntel des Rotorblattes liegen, gemessen von einer Rotorblattwurzel. Eine Drehrate kann eine Winkelveränderung pro Zeiteinheit sein. Die Drehrate am Messaufnehmer kann sich von einer Drehrate an einer Blattwurzel unterscheiden und zur Erfassung einer Torsion des Rotorblatts verwendet werden. Ein Anteil einer Blattbeschleunigung in Erstreckungsrichtung der Rotationsachse des Rotors kann ein Beschleunigungsanteil in Schlagrichtung sein. In Schlagrichtung wirken an dem Rotorblatt die größten wechselnden Lasten, die zu einer schleichenden, d. h. einer sich langsam verändernden Schädigung des Rotorblatts führen können. Ein Beschleunigungssignal kann einen Wert der Beschleunigung repräsentieren. Ein Anstellwinkelführungssignal kann einen Soll-Anstellwinkel repräsentieren und beispielsweise unter Berücksichtigung einer maximal möglichen Verstellgeschwindigkeit bzw. Drehrate an der Blattwurzel des Rotorblatts ermittelt werden. Beispielsweise kann so eine Abweichung des Soll-Anstellwinkels von einem tatsächlichen Anstellwinkel minimiert werden.The sensor can be arranged in a region of a blade tip. The blade tip may be at the location of a rotor blade of the rotor furthest from a rotational axis of a rotor. A region of the blade tip of the rotor blade can be understood as meaning a region of the rotor blade which is accessible. The area may be in the last third, in particular in the last fifth or more preferably in the last tenth of the rotor blade, measured from a rotor blade root. A rotation rate may be an angular change per unit of time. The yaw rate at the transducer may be different from a yaw rate at a blade root and used to detect a torsion of the rotor blade. A proportion of a blade acceleration in the direction of extension of the axis of rotation of the rotor may be an acceleration component in the direction of impact. In the direction of impact act on the rotor blade, the largest changing loads that lead to a creeping, d. H. cause a slowly changing damage to the rotor blade. An acceleration signal may represent a value of the acceleration. A Anstellwinkelführungssignal can represent a desired angle of attack and be determined, for example, taking into account a maximum possible adjustment speed or rate of rotation at the blade root of the rotor blade. For example, such a deviation of the desired angle of attack from an actual angle of attack can be minimized.

Das Steuergerät kann unter Verwendung einer Drehrate einer vorausgegangenen Umdrehung des Rotors das Anstellwinkelführungssignal vorauseilend verändern, um beispielsweise eine positive und negative Abweichung des Soll-Anstellwinkels von dem tatsächlichen Anstellwinkel zu mitteln.The controller may preemptively change the pitch control signal using a rate of rotation of a previous revolution of the rotor, for example, to average a positive and negative deviation of the target pitch from the actual angle of attack.

Der Messaufnehmer kann dazu ausgebildet sein, eine Drehrate in Schlagrichtung aufzunehmen. So kann eine veränderliche Windlast beispielsweise aufgrund von Windscherung und/oder Anstellwinkelveränderungen das Rotorblatt in Schlagrichtung verbiegen, was einer Verdrehung entspricht.The sensor can be designed to record a rotation rate in the direction of impact. Thus, a variable wind load, for example, due to wind shear and / or Anstellwinkelveränderungen bend the rotor blade in the direction of impact, which corresponds to a rotation.

Der Beschleunigungssensor kann dazu ausgebildet sein, einen Anteil der Blattbeschleunigung aufzunehmen. Ein Anteil der Blattbeschleunigung kann ein zyklisches Wirken der Erdbeschleunigung abbilden. Aufgrund einer Wirkungsrichtung kann eine Position des Rotorblatts ermittelt werden.The acceleration sensor may be configured to receive a portion of the blade acceleration. A portion of the blade acceleration may map a cyclic action of gravity acceleration. Due to a direction of action, a position of the rotor blade can be determined.

Der Beschleunigungssensor kann dazu ausgebildet sein, einen resultierenden Vektor der Blattbeschleunigung zu erfassen, um tatsächliche Zustände am Rotorblatt abzubilden, da der Vektor mit einer Veränderung des Winkels des Rotorblatts variiert.The acceleration sensor may be configured to detect a resultant vector of blade acceleration to map actual conditions on the rotor blade, as the vector varies with a change in the angle of the rotor blade.

Die Einrichtung zum Übertragen kann ein optischer Übertrager sein. Eine optische Übertragung kann mittels Licht erfolgen. Beispielsweise kann das Beschleunigungssignal über einen Lichtleiter unbeeinflusst von elektromagnetischen Einflüssen zu dem Steuergerät übertragen werden. Elektromagnetische Einflüsse können beispielsweise von Blitzschlag oder aus der Luftreibung am Rotorblatt herrühren. Ein Lichtleiter ist unempfindlich gegenüber elektrischer Energie, da der Lichtleiter isolierend sein kann. Herkömmliche elektrische Leitungen müssten eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen und gegen ein Übersprechen und Einkoppeln geschirmt ausgeführt sein. In dem Lichtleiter kann das Signal über große Entfernungen transportiert werden.The means for transmitting may be an optical transmitter. An optical transmission can be done by means of light. For example, the acceleration signal can be transmitted to the control unit via a light guide without being influenced by electromagnetic influences. Electromagnetic influences can result, for example, from lightning or from the air friction on the rotor blade. An optical fiber is insensitive to electrical energy because the optical fiber can be insulating. Conventional electrical lines should have high electromagnetic compatibility and be shielded against crosstalk and coupling. In the light guide, the signal can be transported over long distances.

Die Einrichtung zum Übertragen kann kabellos ausgeführt sein. Das Beschleunigungssignal kann über Funk übertragen werden. Das Beschleunigungssignal kann durch die Luft übertragen werden. Bei optischer Übertragung kann das Beschleunigungssignal von einem Sender im Bereich des Beschleunigungssensors, beispielsweise eine modulierte Lichtquelle, zu einem Empfänger im Bereich der Blattwurzel übertragen werden.The means for transmitting may be wireless. The acceleration signal can be transmitted via radio. The acceleration signal can be transmitted through the air. In optical transmission, the acceleration signal can be transmitted from a transmitter in the region of the acceleration sensor, for example a modulated light source, to a receiver in the region of the blade root.

Die Messvorrichtung kann zumindest einen weiteren Messaufnehmer aufweisen, der im Rotorblatt zwischen dem Beschleunigungssensor und der Rotationsachse angeordnet ist. Der weitere Messaufnehmer ist dazu ausgebildet, zumindest eine weitere Drehrate und/oder Beschleunigung um die Blattlängsachse des Rotorblatts aufzunehmen, um ein weiteres Messsignal zu erhalten. Mittels einem weiteren Messaufnehmer kann das Messsignal des Messaufnehmers abgesichert werden. Weiterhin können Schwingungen im Rotorblatt erkannt werden, bei denen die Blattspitze andere Ausschläge aufweist als beispielsweise ein Mittenbereich des Rotorblatts.The measuring device may have at least one further sensor, which is arranged in the rotor blade between the acceleration sensor and the axis of rotation. The further sensor is designed to receive at least one further rotation rate and / or acceleration about the blade longitudinal axis of the rotor blade in order to obtain a further measurement signal. By means of another sensor, the measuring signal of the sensor can be secured. Furthermore, vibrations in the rotor blade can be detected, in which the blade tip has different deflections than, for example, a central region of the rotor blade.

Die Messvorrichtung kann eine Einrichtung zum Erkennen eines Durchgangs des Rotorblatts vor einem Turm der Windkraftanlage aufweisen. Die Einrichtung ist dazu ausgebildet, den Durchgang unter Verwendung des Messsignals zu erkennen. Unter einem Durchgang kann ein Abschnitt eines Flugkreises des Rotorblatts verstanden werden, in dem das Rotorblatt näherungsweise senkrecht vor dem Turm ausgerichtet ist. Beispielsweise kann die Einrichtung einen charakteristischen Verlauf der Belastung in Schlagrichtung auswerten, um den Durchgang durch einen Turmvorstau zu erkennen. Alternativ oder ergänzend kann die Einrichtung einen Verlauf der Erdbeschleunigung über den Flugkreis beobachten und einen Zeitpunkt, zu dem die Erdbeschleunigung radial von der Rotationsachse des Rotors weg gerichtet ist als Zeitpunkt des Durchgangs erkennen.The measuring device may have a device for detecting a passage of the rotor blade in front of a tower of the wind turbine. The Device is designed to detect the passage using the measurement signal. A passage may be understood to mean a section of a rotor blade flight circle in which the rotor blade is oriented approximately perpendicularly in front of the tower. For example, the device can evaluate a characteristic course of the impact in the direction of impact to detect the passage through a tower ramp. Alternatively or additionally, the device can observe a course of the gravitational acceleration over the flight circle and a time at which the gravitational acceleration is directed radially away from the axis of rotation of the rotor as the time of passage.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Einrichtung zum Erkennen ausgebildet sein, um den Durchgang des Rotorblatts vor einem Turm der Windkraftanlage durch eine Differenz von zumindest zwei nacheinander aufgenommenen Messwerten während einer Rotation des Rotorblatts zu erkennen. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer numerisch oder schaltungstechnisch einfach auszuführenden Erkennungsvorschrift zur Bestimmung des Durchgangs des Rotorblattes vor einem Turm.According to a particular embodiment of the present invention, the means for detecting may be designed to detect the passage of the rotor blade in front of a tower of the wind turbine by a difference of at least two consecutively recorded measured values during a rotation of the rotor blade. Such an embodiment of the present invention offers the advantage of a numerically or circuitry technically easy to perform recognition rule for determining the passage of the rotor blade in front of a tower.

Auch kann gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Einrichtung zum Erkennen ausgebildet sein, um eine Belastung des Rotorblattes an einer Position zu ermitteln, an der die Blattspitze die maximale Höhe über Grund aufweist, wobei das Rotorblatt diese Belastung bei einer Beibehaltung eines aktuellen Anstellwinkels des Rotorblatts erfahren würde und wobei diese Belastung durch eine Extrapolation einer ermittelten aktuellen Belastung des Rotorblattes beim Durchgang des Rotorblattes vor dem Turm und unter Verwendung eines vorbekannten Windströmungsmodells für die geografische Position der Windkraftanlage ermittelt wird. Unter einer Belastung ist beispielsweise eine Beschleunigung in Erstreckungsrichtung der Rotationsachse, eine Biegung des Rotorblattes in Erstreckungsrichtung der Rotationsachse oder eine ähnliche Belastung zu verstehen, die zu einer schnellen Alterung des Rotorblattes führt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass aus einer aktuellen Berechnung der Belastung des Rotorblattes auch auf künftig zu erwartende Belastungen des Rotorblattes bei einer Rotation des Rotorblattes extrapoliert werden kann. Hierdurch wird es möglich, eine Ansteuerung des Anstellwinkels nicht nur reaktiv auf gemessene Sensorwerte vornehmen zu können, sondern auch prädiktiv eine Ansteuerung von zumindest einem Windkraftanlagenparameter (wie beispielsweise des Anstellwinkels eines Rotorblattes) während des Betriebs der Windkraftanlage vornehmen zu können.Also, according to another embodiment of the present invention, the means for detecting may be configured to detect a load of the rotor blade at a position where the blade tip has the maximum height above ground, the rotor blade maintaining this loading while maintaining a current angle of attack of the blade Rotor blade would be and this load is determined by an extrapolation of a determined current load of the rotor blade in the passage of the rotor blade in front of the tower and using a previously known Windströmungsmodell for the geographical position of the wind turbine. Under a load, for example, an acceleration in the direction of extension of the axis of rotation, to understand a bending of the rotor blade in the direction of extension of the axis of rotation or a similar load, which leads to rapid aging of the rotor blade. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that it can be extrapolated from a current calculation of the load of the rotor blade on future expected loads of the rotor blade in a rotation of the rotor blade. This makes it possible to be able to carry out a control of the angle of attack not only reactive to measured sensor values, but also to be able to undertake a control of at least one wind turbine parameter (such as the angle of attack of a rotor blade) during operation of the wind turbine.

Das Messsignal kann während eines Durchgangs des Rotorblatts vor einem Turm der Windkraftanlage übertragen werden. Während das Rotorblatt vor dem Turm positioniert ist, kann besonders einfach das Messsignal zu dem Steuergerät übertragen werden. Beispielsweise bei einer drahtlosen Übertragung zu einem Empfänger am Turm.The measuring signal can be transmitted during a passage of the rotor blade in front of a tower of the wind turbine. While the rotor blade is positioned in front of the tower, the measuring signal can be transmitted to the control unit in a particularly simple manner. For example, in a wireless transmission to a receiver on the tower.

Besonders vorteilhaft ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Schritt des Erkennens eines Durchgangs des Rotorblatts vor einem Turm der Windkraftanlage unter Auswertung des Messsignals. Hierdurch kann ein sehr einfaches Erkennen des Durchganges des Rotorblattes der Windkraftanlage vor einem Turm der Windkraftanlage erkannt werden.Furthermore, an embodiment of the present invention with a step of detecting a passage of the rotor blade in front of a tower of the wind power plant with evaluation of the measurement signal is particularly advantageous. In this way, a very simple detection of the passage of the rotor blade of the wind turbine can be detected in front of a tower of the wind turbine.

Die Messvorrichtung kann eine Einrichtung zum Ermitteln einer momentanen Last auf das Rotorblatt aufweisen. Die Einrichtung ist dazu ausgebildet, unter Verwendung des Messsignals und zumindest einem Parameter des Rotorblatts die Last zu ermitteln. Durch Anwendung einer Verarbeitungsvorschrift auf die Messwerte unter Verwendung von mechanischen Parametern, wie beispielsweise E-Modul, Biegelinie, Querschnittsverlauf, Verwindungskurve, kann eine aktuelle Windlast auf das Rotorblatt ermittelt werden. Durch Beeinflussen einer Ausrichtung des Rotorblatts im Wind kann die Windlast innerhalb vorbestimmter Toleranzen gehalten werden.The measuring device may have a device for determining a momentary load on the rotor blade. The device is designed to determine the load using the measuring signal and at least one parameter of the rotor blade. By applying a processing instruction to the measured values using mechanical parameters such as modulus of elasticity, bending line, cross-sectional shape, twist curve, a current wind load on the rotor blade can be determined. By influencing an orientation of the rotor blade in the wind, the wind load can be kept within predetermined tolerances.

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 eine Darstellung einer Windkraftanlage mit drei Rotorblättern, in denen je eine Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Verwendung ist; 1 a representation of a wind turbine with three rotor blades, in each of which a measuring device according to an embodiment of the present invention in use;

2 ein Blockschaltbild einer Messvorrichtung zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 2 a block diagram of a measuring device for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine according to an embodiment of the invention;

3 eine schematische Darstellung eines Regelsystems zum Ansteuern eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a schematic representation of a control system for driving a rotor blade of a rotor of a wind turbine according to an embodiment of the present invention;

4 eine schematische Darstellung eines Regelsystems zum Ansteuern eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 4 a schematic representation of a control system for driving a rotor blade of a rotor of a wind turbine according to another embodiment of the present invention; and

5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 5 a flowchart of a method for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine according to an embodiment of the invention.

Gleiche oder ähnliche 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. 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.

1 zeigt eine Darstellung einer Windkraftanlage 100. Die Windkraftanlage 100 weist einen Turm 102, eine Gondel 104, eine Nabe 106 sowie drei Rotorblätter 108 auf. Der Turm 102 ist senkrecht im Boden verankert. Auf dem Turm 102 ist die Gondel 104 drehbar um eine Azimutachse gelagert. In der Gondel 104 ist ein Generator angeordnet. In der Gondel 104 ist ein Rotor der Windkraftanlage 100 drehbar um eine Rotationsachse 110 gelagert. Die Rotationsachse ist quer zu der Azimutachse ausgerichtet, wobei die Rotationsachse 110 aus der waagerechten heraus um einen Winkel zwischen null und zehn Grad angestellt ausgerichtet ist. Der Rotor ist aus der Nabe 106 und den Rotorblättern 108 zusammengesetzt. Jedes Rotorblatt 108 ist in der Nabe 106 um seine Längsachse 112 drehbar gelagert. Die Längsachsen 112 sind quer zu der Rotationsachse 110 ausgerichtet, wobei die Längsachsen 112 aus einer Rotationsebene heraus um einen Winkel zwischen null und zehn Grad angestellt sind. Bei einer Anströmung der Rotorblätter 108 durch eine Luftströmung in Richtung der Rotationsachse 110 wird der Rotor durch aerodynamische Kräfte an den Blättern 108 in Drehung versetzt und letztendlich den Generator angetrieben. Die Rotorblätter 108 werden durch diese Kräfte und die Windlast aus ihrer Längsachse 112 ausgelenkt. Daraus resultiert in den Blättern 108 und insbesondere in Blattfüßen der Rotorblätter 108 ein Biegemoment. Der Turm 102 beeinflusst die Luftströmung. Vor dem Turm 102 bildet sich ein Gebiet mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit, ein sogenannter Turmvorstau, aus. In dem Gebiet werden die Rotorblätter 108 weniger stark angeströmt. Daraus resultieren eine geringere Kraftwirkung und eine geringere Auslenkung am Rotorblatt 108. Das Biegemoment im Blattfuß schwankt über einen Umlauf eines Rotorblatts 108, entsprechend der vorherrschenden Windscherung, um die Rotationsachse 110 zyklisch. Turbulenzen können weitere dynamische Anteile zu dem Biegemoment beitragen. Die Schwankung des Biegemoments belastet das Rotorblatt 108 und andere Teile der Windkraftanlage 100, wie beispielsweise das Azimutlager zwischen Turm 102 und Gondel 104. Ferner treten weitere dynamische Effekte aufgrund von Turbulenzen auf. 1 shows a representation of a wind turbine 100 , The wind turbine 100 has a tower 102 a gondola 104 , a hub 106 as well as three rotor blades 108 on. The tower 102 is anchored vertically in the ground. On the tower 102 is the gondola 104 rotatably mounted about an azimuth axis. In the gondola 104 a generator is arranged. In the gondola 104 is a rotor of the wind turbine 100 rotatable about an axis of rotation 110 stored. The axis of rotation is oriented transversely to the azimuth axis, wherein the axis of rotation 110 aligned horizontally out at an angle between zero and ten degrees. The rotor is out of the hub 106 and the rotor blades 108 composed. Every rotor blade 108 is in the hub 106 around its longitudinal axis 112 rotatably mounted. The longitudinal axes 112 are transverse to the axis of rotation 110 aligned, with the longitudinal axes 112 out of a plane of rotation by an angle between zero and ten degrees are employed. At a flow of the rotor blades 108 by an air flow in the direction of the axis of rotation 110 the rotor gets aerodynamic forces on the blades 108 set in rotation and ultimately driven the generator. The rotor blades 108 become from these forces and the wind load from its longitudinal axis 112 deflected. This results in the leaves 108 and especially in blade feet of the rotor blades 108 a bending moment. The tower 102 influences the air flow. In front of the tower 102 An area with a lower flow velocity, a so-called turret buildup, forms. In the area become the rotor blades 108 less impacted. This results in a lower force effect and a smaller deflection on the rotor blade 108 , The bending moment in the blade foot fluctuates over one revolution of a rotor blade 108 , according to the prevailing wind shear, about the axis of rotation 110 cyclically. Turbulence can contribute further dynamic contributions to the bending moment. The fluctuation of the bending moment loads the rotor blade 108 and other parts of the wind turbine 100 , such as the azimuth bearing between tower 102 and gondola 104 , Furthermore, further dynamic effects due to turbulence occur.

Die Rotorblätter 108 der Windkraftanlage 100 sind in ihren Anstellwinkeln zu der Luftströmung individuell verstellbar. Dazu sind in der Nabe 106 Aktuatoren angeordnet, die die Rotorblätter 108 um ihre Längsachse 112 drehen können. Die Aktuatoren werden durch ein Regelsystem zum Ansteuern der Rotorblätter 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angesteuert. Das Regelsystem weist pro Rotorblatt 108 einen, in dem Rotorblatt 108 angeordneten Messaufnehmer 114, eine Einrichtung zum Übertragen von Messsignalen und ein Steuergerät 116 auf. Das Steuergerät 116 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Nabe 106 nahe an den Aktuatoren angeordnet. Das Steuergerät 116 kann auch an einem anderen Ort der Windkraftanlage 100 angeordnet sein. Die Messaufnehmer 114 sind dazu ausgebildet, je eine Drehrate und/oder eine Beschleunigung um die Längsachse 112 des Rotorblatts 108 aufzunehmen, um je ein Messsignal zu erzeugen. Die Einrichtung zum Übertragen des Messsignals ist dazu ausgebildet, die Messsignale der Messaufnehmer 114 zu dem Steuergerät 116 zu übertragen. Die Einrichtung zum Übertragen weist drei Sender an den Beschleunigungssensoren 114 und einem Empfänger am Steuergerät 116 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Sender mittels je einem nicht dargestellten Lichtleiter mit dem Empfänger verbunden. Die Messsignale können ebenso elektrisch, per Funk oder über eine optische Direktübertragung übertragen werden. Im Steuergerät 116 werden die Messsignale verarbeitet, wodurch eine Auslenkung jedes Rotorblatts 108 ermittelt wird, sofern um g korrigiert wird. Andernfalls kann auf g basierend eine Winkelbetrachtung durchgeführt und Auslenkung ermittelt werden (z. B. für Beschleunigung parallel zur Rotationsachse). Das Steuergerät 116 gibt ein Anstellwinkelführungssignal pro Aktuator aus, um die Auslenkung der drei Rotorblätter 108 über einen ganzen Umlauf konstant zu halten. Die resultierende Auslenkung ist dann von einem mittels des Generators vom Rotor abgegriffenen Drehmoments bestimmt.The rotor blades 108 the wind turbine 100 are individually adjustable in their angles of attack to the air flow. These are in the hub 106 Actuators arranged the rotor blades 108 around its longitudinal axis 112 can turn. The actuators are controlled by a control system for controlling the rotor blades 108 driven according to an embodiment of the present invention. The control system points per rotor blade 108 one, in the rotor blade 108 arranged sensor 114 , a device for transmitting measurement signals and a control unit 116 on. The control unit 116 is in the hub in this embodiment 106 arranged close to the actuators. The control unit 116 can also be at another location of the wind turbine 100 be arranged. The sensors 114 are each designed to have a yaw rate and / or an acceleration about the longitudinal axis 112 of the rotor blade 108 to generate a measurement signal. The device for transmitting the measuring signal is designed to receive the measuring signals of the measuring sensors 114 to the controller 116 transferred to. The means for transmitting has three transmitters on the acceleration sensors 114 and a receiver on the controller 116 on. In this exemplary embodiment, the transmitters are each connected to the receiver by means of a respective optical fiber, not shown. The measuring signals can also be transmitted electrically, by radio or via an optical direct transmission. In the control unit 116 the measurement signals are processed, causing a deflection of each rotor blade 108 is determined, if corrected by g. Otherwise, an angle consideration can be carried out based on g and deflection determined (for example for acceleration parallel to the axis of rotation). The control unit 116 outputs a pitch control signal per actuator to the deflection of the three rotor blades 108 to be constant over a whole cycle. The resulting deflection is then determined by a tapped by the generator from the rotor torque.

Windenergieanlagen 100 (WEA) wie eine beispielhaft in 1 dargestellt ist, werden auf Nenndrehzahl und einen maximalen Ertrag aus der Windkraft gesteuert. Ohne Regelung können die maximalen Belastungen der Komponenten teilweise überschritten werden, sodass es zu Verschleißschäden kommen kann, die nicht immer rechtzeitig erkannt werden. In der Folge kann es zu Totalausfällen kommen, die insbesondere bei Anlagen auf dem Meer zu extrem hohen Reparaturkosten führen können. Das Gesamtsystem Windkraftanlage 100 ist besonders schwingungsempfindlich. Diese Schwingungen werden insbesondere durch turbulente Windfelder und die Wandlung der Windenergie in Rotationsenergie an den Rotorblättern 108 verursacht. Die Kenntnis der Windlast an einem Rotorblatt 108 ist für die Regelung einer WEA 100 enorm wichtig. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt ein zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren, um diese zu messen und als Regelparameter zur Verfügung zu stellen.Wind turbines 100 (WEA) as an example in 1 are controlled, are controlled to nominal speed and a maximum yield from the wind power. Without regulation, the maximum load on the components can be partially exceeded, which can lead to wear damage that is not always detected in good time. As a result, it can lead to total losses, which can lead to extremely high repair costs, especially in the case of installations at sea. The complete system wind turbine 100 is particularly sensitive to vibration. These vibrations are particularly due to turbulent wind fields and the conversion of wind energy into rotational energy at the rotor blades 108 caused. The knowledge of the wind load on a rotor blade 108 is for the regulation of a WEA 100 very important. The approach presented here describes a reliable and cost-effective method for measuring them and making them available as control parameters.

Durch Messung der Windlast an allen Rotorblättern 108 einer Anlage 100 kann die Anlage 100 so gesteuert werden, dass die Ratorblätter 108 Belastungen im Nennbereich erfahren und gleichzeitig verschleißintensive Zustände für den Triebstrang vermieden werden. So kann die prognostizierte Lebensdauer der Komponenten einer WEA 100 erreicht werden. Die Messung kann mit Hilfe von 1d/2d/3d Drehratensensoren (ω_a, ω_b, ω_c) und/oder 1d/2d/3d-Beschleunigungssensoren 114 (a_x, a_y, a_z) im Rotorblatt 108 beim Vorbeidrehen am Turm 102 gemessen und in die Gondel 104 übertragen werden. Dadurch kann mit einfachen Mitteln und Datenfusion mit ohnehin vorhandenen Signalen eine robuste Regelgröße für das Lastmanagement einer WEA 100 zur Verfügung gestellt werden. Durch einfache Modelle und Extrapolationen können zu jedem Zeitpunkt des Umlaufs eines Rotorblattes 108 dessen Belastungen bestimmt werden. By measuring the wind load on all rotor blades 108 a plant 100 can the plant 100 be controlled so that the rator blades 108 Experiencing loads in the nominal range and at the same time avoiding wear-intensive conditions for the drive train. So can the predicted life of the components of a WTG 100 be achieved. The measurement can be made using 1d / 2d / 3d rotation rate sensors (ω _a , ω _b, ω _c ) and / or 1d / 2d / 3d acceleration sensors 114 (a _x , a _y , a _z ) in the rotor blade 108 when passing the tower 102 measured and in the gondola 104 be transmitted. As a result, with simple means and data fusion with already existing signals a robust controlled variable for the load management of a wind turbine 100 to provide. Through simple models and extrapolations can be made at any time of the circulation of a rotor blade 108 its loads are determined.

2 zeigt ein Blockschaltbild einer Messvorrichtung 200 zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Messvorrichtung 200 weist einen Messaufnehmer 114 und eine Einrichtung zum Übertragen 202 auf. Die Messaufnehmer 114 in 1 sind Bestandteil je einer Messvorrichtung, wie sie hier dargestellt ist. Der Messaufnehmer 114 kann in einem Bereich einer Blattspitze des Rotorblatts angeordnet sein. Der Messaufnehmer 114 ist dazu ausgebildet, zumindest einen Anteil der Belastung in Richtung einer Rotationsachse des Rotors aufzunehmen. Dazu ist der Messaufnehmer 114 dazu ausgebildet, zumindest eine Drehrate um eine Längsachse des Rotorblatts zu erfassen und in einem Messsignal abzubilden. Die Einrichtung zum Übertragen 202 ist dazu ausgebildet, das Messsignal zu einem Steuergerät zu übertragen. 2 shows a block diagram of a measuring device 200 for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine according to an embodiment of the invention. The measuring device 200 has a sensor 114 and means for transmitting 202 on. The sensors 114 in 1 are part of each measuring device, as shown here. The sensor 114 may be arranged in a region of a blade tip of the rotor blade. The sensor 114 is adapted to receive at least a portion of the load in the direction of an axis of rotation of the rotor. This is the sensor 114 designed to detect at least one rotation rate about a longitudinal axis of the rotor blade and to image in a measurement signal. The device for transferring 202 is designed to transmit the measurement signal to a control unit.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelsystems 300 zum Ansteuern eines Rotorblatts 108 eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Rotorblatt 108 ist drehbar um eine Längsachse 112 des Rotorblatts 108 gelagert. Ein Aktuator 302 ist mit der Längsachse 112 verbunden und ist dazu ausgebildet, das Rotorblatt 108 ansprechend auf ein Anstellwinkelführungssignal um die Längsachse 112 zu drehen. Das Regelsystem weist einen Messaufnehmer 114, eine Einrichtung zum Übertragen 202 sowie ein Steuergerät 116 auf. Der Messaufnehmer 114 und die Einrichtung zum Übertragen 202 bilden eine Messvorrichtung, wie sie in 2 gezeigt ist. Das Steuergerät 116 ist dazu ausgebildet, einen Soll-Anstellwinkel des Rotorblatts 108 zu bestimmen, das mit der Messvorrichtung verbunden ist. Das Steuergerät 116 ist dazu ausgebildet, unter Verwendung des Messsignals ein Anstellwinkelführungssignal für das Rotorblatt 108 an einer Schnittstelle zu dem Rotorblattaktuator 302 bereitzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Messsignal über ein Kabel, insbesondere ein Glasfaserkabel zum Steuergerät 116 geleitet. 3 shows a schematic representation of a control system 300 for driving a rotor blade 108 a rotor of a wind turbine according to an embodiment of the present invention. The rotor blade 108 is rotatable about a longitudinal axis 112 of the rotor blade 108 stored. An actuator 302 is with the longitudinal axis 112 connected and is adapted to the rotor blade 108 in response to a Anstellwinkelführungssignal about the longitudinal axis 112 to turn. The control system has a sensor 114 , a means of transmission 202 as well as a control unit 116 on. The sensor 114 and the means for transmitting 202 form a measuring device, as in 2 is shown. The control unit 116 is adapted to a desired angle of attack of the rotor blade 108 to determine which is connected to the measuring device. The control unit 116 is configured, using the measurement signal, a Anstellwinkelführungssignal for the rotor blade 108 at an interface to the rotor blade actuator 302 provide. In this embodiment, the measurement signal via a cable, in particular a fiber optic cable to the controller 116 directed.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelsystems 300 zum Ansteuern eines Rotorblatts 108 eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung entspricht der Darstellung in 3. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel in 3 wird hier das Messsignal kabellos zum Steuergerät 116 übertragen. Dazu weist die Einrichtung zum Übertragen 202 einen Sender 400 und einen Empfänger 402 auf. Der Sender 400 ist mit dem Messaufnehmer 114 verbunden. Der Empfänger 402 ist mit dem Steuergerät verbunden. Zusätzlich weist die Messvorrichtung einen weiteren Messaufnehmer 114 auf, der zwischen dem Messaufnehmer 114 und einer Blattwurzel des Rotorblatts 108 angeordnet ist. Der weitere Messaufnehmer 114 ist ebenfalls mit dem Sender 400 verbunden und stellt ein weiteres Messsignal zum Übertragen an das Steuergerät 116 bereit. Die Übertragung zwischen dem Sender 400 und dem Empfänger 402 kann beispielsweise elektromagnetisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger 402 kann beispielsweise auch von dem Steuergerät abgesetzt angeordnet sein, um eine Übertragungsstrecke zu verringern. Beispielsweise kann der Empfänger am Turm der Windkraftanlage gegenüber von dem Sender 400 angeordnet sein. Die Messvorrichtung kann eine Einrichtung zum Erkennen eines Durchgangs des Rotorblatts 108 vor einem Turm der Windkraftanlage aufweisen, die dazu ausgebildet ist, unter Verwendung des Messsignals zu erkennen, wann sich das Rotorblatt 108 im Bereich des Turms befindet. Beispielsweise kann bei abgesetztem Empfänger die Übertragung begonnen werden, wenn sich das Rotorblatt 108 vor dem Turm befindet. Ebenso kann eine zu bewältigende Datenmenge reduziert werden, wenn die Messung der Belastung nur im Bereich des Turms erfolgt, da hier ein besonderer Regelaufwand für das Regelsystem 300 besteht. Die Einrichtung zum Erkennen kann beispielsweise einen Richtungsvektor der Erdbeschleunigung in einem Beschleunigungssignal auswerten, um den Durchgang zu erkennen. 4 shows a schematic representation of a control system 300 for driving a rotor blade 108 a rotor of a wind turbine according to another embodiment of the present invention. The representation corresponds to the representation in 3 , In contrast to the embodiment in 3 Here is the measurement signal wirelessly to the control unit 116 transfer. For this purpose, the means for transmitting 202 a transmitter 400 and a receiver 402 on. The transmitter 400 is with the sensor 114 connected. The recipient 402 is connected to the control unit. In addition, the measuring device has a further sensor 114 on that between the sensor 114 and a blade root of the rotor blade 108 is arranged. The other sensor 114 is also with the transmitter 400 connected and provides another measurement signal for transmission to the control unit 116 ready. The transmission between the transmitter 400 and the receiver 402 can be done for example electromagnetically or optically. The recipient 402 For example, it can also be arranged offset from the control unit in order to reduce a transmission distance. For example, the receiver at the tower of the wind turbine opposite the transmitter 400 be arranged. The measuring device may include means for detecting a passage of the rotor blade 108 have in front of a tower of the wind turbine, which is adapted to detect when using the measuring signal when the rotor blade 108 located in the area of the tower. For example, with the receiver off, transmission can begin as the rotor blade moves 108 located in front of the tower. Likewise, an amount of data to be handled can be reduced if the measurement of the load takes place only in the area of the tower, since there is a special control effort for the control system 300 consists. For example, the means for detecting may evaluate a direction vector of the acceleration of gravity in an acceleration signal to detect the passage.

Das Messsystem 300 besteht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aus einem in mindesten einer Achse (in Richtung der Triebstrangachse 110) messenden System 200. Das Messsystem 300 besteht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel aus einem in zwei Achsen (in Richtung der Triebstrangachse 110 und in Rotationsrichtung) messenden System 200. Und gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel besteht das Messsystem 300 aus einem in drei Achsen messenden System 200 (zusätzlich noch in Rotorblattachse 112 für eine Zentrifugalkraft). Das Messsystem ermittelt zumindest eine Drehrate pro erfasster Achse. Das System 200 kann auch die Beschleunigungen der entsprechenden Achsen ermitteln. Der Zentrifugalbeschleunigung ist dabei die Erdbeschleunigung überlagert, sodass im Zusammenhang mit der Drehzahl zu jedem Zeltpunkt die Stellung des Rotorblattes 108 im Schwerefeld der Erde ermittelt werden kann. Dies ist insbesondere wichtig, um den Durchgang des Rotorblattes 108 durch den Turmvorstau am Turm 102 der WEA 100 zeitlich exakt zu korrelieren. Da sich beim Durchgang des Rotorblattes 108 am Turm 102 kurzzeitig die ”Windverhältnisse” ändern, kann eine Differenzmessung mittels der Messaufnehmer 114 vor im oder nach dem Turmvorstau durchgeführt werden. Das Rotorblatt 108 erfährt durch die veränderten Kräfteverhältnisse (im Wesentlichen aerodynamische Kräfte) im Turmvorstau eine mechanische Krafteinwirkung und damit eine Verdrehung und/oder eine Beschleunigung. Die Werte vor und nach dem Turmvorstau sollten im Rahmen der Messgenauigkeit gleich sein. Der Wert im Turmvorstau sollte geprägt sein von der Windgeschwindigkeit, der Drehzahl des Rotors, des Anstellwinkels des Rotorblattes 108 und dessen mechanischer Auslegung (Biegekurve, Verwindurigskurve des Rotorblattes 108). Unter Einbeziehung dieser im Allgemeinen bekannten Werte kann die momentane Last an einem Rotorblatt 108 ermittelt werden. Die Extrapolation der im Turmdurchgang (das Rotorblatt 108 steht senkrecht nach unten) gemessenen Last auf die Last im obersten Punkt (das Rotorblatt 108 steht senkrecht nach oben) kann durch ein Windmodell (höhenabhängiges Windfeld) erfolgen. Das Windmodell liegt für die Beurteilung des Standortes in der Regel vor. Durch geeignete Wahl der Position des 3D-Messaufnehmers 114, vorzugsweise im besonders biegsamen Teil, eines Rotorblattes 108, d. h. an dessen Spitze, bzw. im spitzennahen, noch zugänglichen Teil des Rotorblattes 108 kann eine hohe Signalamplitude generiert werden, sodass ein robustes Lastsignal unter Einbeziehung der anderen beschriebenen Informationen generiert werden kann. Es kann mindestens ein Messsystem pro Rotorblatt 108 vorgesehen werden. Dieses Lastsignal wird über eine geeignete Datenübertragung 202 (Kabel, Lichtwellenleiter, Funk, offenes Licht) an die Anlagensteuerung 116 übermittelt. Der Regelkreis wird durch aktiven Eingriff beispielsweise über „Individual Pitch Control” (IPC) 302 geschlossen, um stabile verschleißarme Betriebsbedingungen zu erreichen. Außerdem können die Belastungen eines Rotorblattes 108 überwacht und bspw. die erlebte Last über Lebensdauer ermittelt werden. Zustandsorientierte Wartungskonzepte auf Basis dieser Informationen sparen den Betreibern Geld und Zeit und stellen langfristig die Verfügbarkeit der WEA 100 und deren Ertrag sicher.The measuring system 300 consists according to a first embodiment of a in at least one axis (in the direction of the drive train axis 110 ) measuring system 200 , The measuring system 300 consists of a second embodiment of a in two axes (in the direction of the drive train axis 110 and in the direction of rotation) measuring system 200 , And according to a third embodiment, the measuring system 300 from a system measuring in three axes 200 (additionally in rotor blade axis 112 for a centrifugal force). The measuring system determines at least one rate of rotation per detected axis. The system 200 can also determine the accelerations of the corresponding axes. The centrifugal acceleration is superimposed on the acceleration of gravity, so that in connection with the speed at each time the position of the rotor blade 108 can be determined in the gravitational field of the earth. This is especially important to the passage of the rotor blade 108 through the tower ramparts at the tower 102 the WEA 100 to correlate exactly in time. As the passage of the rotor blade 108 at the tower 102 Change the "wind conditions" for a short time, can measure the difference using the sensors 114 be carried out before or after the tower ramp. The rotor blade 108 Experienced by the changed balance of power (essentially aerodynamic forces) in the Turmvorstau a mechanical force and thus a rotation and / or acceleration. The values before and after the Turmvorstau should be equal in the context of the measuring accuracy. The value in the Turmvorstau should be influenced by the wind speed, the speed of the rotor, the angle of attack of the rotor blade 108 and its mechanical design (bending curve, Verwindurigskurve the rotor blade 108 ). Taking into account these generally known values, the instantaneous load on a rotor blade can 108 be determined. The extrapolation of the in the tower passage (the rotor blade 108 is vertically down) measured load on the load at the top point (the rotor blade 108 is vertically upward) can be done by a wind model (altitude-dependent wind field). The wind model is usually present for the assessment of the location. By suitable choice of the position of the 3D sensor 114 , preferably in the particularly flexible part, of a rotor blade 108 , ie at its tip, or in the near-tail, still accessible part of the rotor blade 108 For example, a high signal amplitude can be generated so that a robust load signal can be generated using the other information described. There can be at least one measuring system per rotor blade 108 be provided. This load signal is transmitted via a suitable data transmission 202 (Cable, fiber optic, radio, open light) to the plant control 116 transmitted. The control loop is activated by active intervention, for example via "Individual Pitch Control" (IPC) 302 closed to achieve stable wear-resistant operating conditions. In addition, the loads of a rotor blade 108 monitored and, for example, the experienced load over life are determined. Condition-based maintenance concepts based on this information save the operators money and time and in the long term make the availability of the wind turbine 100 and their yield for sure.

5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Erfassen einer Belastung eines Rotorblatts eines Rotors einer Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren 500 weist einen Schritt des Aufnehmens 502 und einen Schritt des Übertragens 504 auf. Das Verfahren kann in einer Messvorrichtung, wie sie in 2 dargestellt ist, ausgeführt werden. Im Schritt des Aufnehmens 502 wird zumindest ein Anteil der Belastung in Richtung einer Rotationsachse des Rotors mittels einem Messaufnehmer aufgenommen, der in einem Bereich einer Blattspitze des Rotorblatts angeordnet sein kann, um ein Messsignal zu erhalten. Im Schritt des Übertragens 504 wird das Messsignal zu einem Steuergerät übertragen. 5 shows a flowchart of a method 500 for detecting a load of a rotor blade of a rotor of a wind turbine according to an embodiment of the invention. The procedure 500 has a step of recording 502 and a step of transferring 504 on. The method can be used in a measuring device, as in 2 is shown executed. In the step of recording 502 At least a portion of the load in the direction of an axis of rotation of the rotor is received by means of a sensor, which may be arranged in a region of a blade tip of the rotor blade in order to obtain a measurement signal. In the step of transferring 504 the measuring signal is transmitted to a control unit.

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: WindkraftanlageWind turbine
102102: Turmtower
104104: Gondelgondola
106106: Nabehub
108108: Rotorblattrotor blade
110110: Rotationsachseaxis of rotation
112112: Längsachselongitudinal axis
114114: Messaufnehmersensor
116116: Steuergerätcontrol unit
200200: Messvorrichtungmeasuring device
202202: Einrichtung zum ÜbertragenDevice for transmitting
300300: Regelsystemcontrol system
302302: Aktuatoractuator
400400: Sendertransmitter
402402: Empfängerreceiver
500500: Verfahren zum Erfassen einer BelastungMethod for detecting a load
502502: Schritt des AufnehmensStep of recording
504504: Schritt des ÜbertragensStep of transferring

Claims

Measuring device ( 200 ) for detecting a load of a rotor blade ( 108 ) of a rotor of a wind turbine ( 100 ), wherein the measuring device ( 200 ) has the following features: a sensor ( 114 ) in the rotor blade ( 108 ), wherein the acceleration sensor ( 114 ) is adapted to a rate of rotation about a blade longitudinal axis ( 112 ) of the rotor blade ( 108 ) to receive a measurement signal; and a device for transmitting ( 202 ) of the measuring signal to a control unit ( 116 ).

Measuring device ( 200 ) according to claim 1, wherein the sensor ( 114 ) is adapted to receive a further rate of rotation and / or bending in the direction of impact.

Measuring device ( 200 ) according to one of the preceding claims, in which the sensor ( 114 ) is adapted to receive a portion of a blade acceleration.

Measuring device ( 200 ) according to any one of the preceding claims, wherein the means for transmitting ( 202 ) is designed as an optical transmitter or wirelessly.

Measuring device ( 200 ) according to one of the preceding claims, with at least one further sensor ( 114 ), which in the rotor blade ( 108 ) between the sensor ( 114 ) and the axis of rotation ( 110 ), wherein the further sensor ( 114 ) is adapted to at least one rotation rate about the blade longitudinal axis ( 110 ) to receive another measurement signal.

Measuring device ( 200 ) according to one of the preceding claims, with a device for detecting a passage of the rotor blade ( 108 ) in front of a tower ( 102 ) of the wind turbine ( 100 ), wherein the means is adapted to detect the passage using the measurement signal.

Measuring device ( 200 ) according to claim 6, wherein the means for detecting is adapted to the passage of the rotor blade ( 108 ) in front of a tower ( 102 ) of the wind turbine ( 100 ) by a difference of at least two consecutively recorded acceleration values and / or rotation rates during a rotation of the rotor blade ( 108 ) to recognize.

Measuring device ( 200 ) according to claim 6 or 7, wherein the means for detecting is adapted to load the rotor blade ( 108 ) at a position at which the blade tip has the maximum height above ground, the rotor blade ( 108 ) this load while maintaining a current angle of attack of the rotor blade ( 108 ) and wherein this load by an extrapolation of a determined current load of the rotor blade during the passage of the rotor blade ( 108 ) in front of the tower and using a previously known wind flow model for the geographic location of the wind turbine ( 100 ) is determined.

Control system ( 300 ) for driving a rotor blade ( 108 ) of a rotor of a wind turbine ( 100 ), whereby the control system ( 300 ) has the following features: a measuring device ( 200 ) according to any one of claims 1 to 8; and a controller ( 116 ) for determining a desired angle of attack of the rotor blade ( 108 ), which is connected to the measuring device, and is adapted to use the measuring signal, a Anstellwinkelführungssignal for the rotor blade ( 108 ) at an interface to a rotor blade actuator ( 302 ).

Procedure ( 500 ) for detecting a load of a rotor blade ( 108 ) of a rotor of a wind turbine ( 100 ), the process ( 500 ) comprises the following steps: recording ( 502 ) a yaw rate about a blade longitudinal axis ( 112 ) by means of a sensor ( 114 ) in the rotor blade ( 108 ) is arranged to obtain a measurement signal; and transfer ( 504 ) of the measuring signal to a control unit ( 116 ).

Procedure ( 500 ) according to claim 10, comprising a step of detecting a passage of the rotor blade ( 108 ) in front of a tower ( 102 ) of the wind turbine ( 100 ) under evaluation of the measurement signal.