DE102014100200A1

DE102014100200A1 - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102014100200A1
Application number: DE102014100200.8A
Authority: DE
Inventors: Hubert Oing
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-07-10
Also published as: DK201470005A; EP2754888A2; ES2809221T3; EP2754888A3; DK2754888T3; US20140191506A1; EP2754888B1; US10001108B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage bereitgestellt. Die Windkraftanlage enthält einen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt. Das Verfahren beinhaltet die Ermittlung eines aktuellen Wertes von wenigstens einer von einer einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigenden ersten Variablen und einer mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korrelierten zweiten Variablen. Das Verfahren beinhaltet ferner eine Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustands der Windkraftanlage aus wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten, wobei ein variabler Drehzahlgrenzwert auf der Basis des Ergebnisses der Abschätzung angepasst wird. Das Verfahren beinhaltet ferner einen Betrieb der Windkraftanlage unter Berücksichtigung des variablen Drehzahlgrenzwertes. Ein Steuerungssystem zum Durchführen dieses Verfahrens und eine das Steuerungssystem enthaltende Windkraftanlage werden bereitgestellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der hierin beschriebenen Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zum Betreiben einer Windkraftanlage und insbesondere Verfahren und Systeme zum Betreiben eines Steuerungssystems für eine Windkraftanlage und eine ein derartiges Steuerungssystem aufweisende Windkraftanlage.
Wenigstens einige bekannte Windkraftanlagen enthalten einen Turm und eine auf dem Turm montierte Gondel. Ein Rotor ist drehbar an der Gondel befestigt und mit einem Generator mittels einer Welle verbunden. Mehrere Blätter erstrecken sich aus dem Rotor. Die Blätter sind so ausgerichtet, dass über die Blätter streichender Wind den Rotor dreht und die Welle rotieren lässt, um dadurch den Generator zum Erzeugen von Elektrizität anzutreiben.
Bekannte Windkraftanlagen sind typischerweise auf vorbestimmte Nennleistungsgrenzwerte ausgelegt und/oder dafür gebaut. Um sicher innerhalb derartiger Nennleistungsgrenzen zu arbeiten, können die elektrischen und/oder mechanischen Komponenten innerhalb bestimmten Betriebsgrenzwerte betrieben werden. Um frühzeitige Ermüdung und Verschleiß der Windkraftanlage und ihrer Komponenten zu verhindern, dürfen Schwellenwerte für die mechanischen und elektrischen Komponenten nicht überschritten werden.
Beispielsweise führt ein Betrieb einer Windkraftanlage mit hoher Drehzahl typischerweise zu hohen Belastungen, welche die Lebensdauer der Windkraftanlage bzw. ihrer Komponenten verkürzen können. Typischerweise ist ein Schwellenwert für die Rotordrehzahl einer Windkraftanlage festgelegt. Unter bestimmten Umständen, wie z.B. Starkwinden in dem Bereich der Windkraftanlage, oder wenn ein Fehler des Antriebssystems auftritt, oder wenn sich die Windkraftanlage in einem unkontrollierten Zustand befindet, kann die Rotordrehzahl gelegentlich diesen Schwellenwert überschreiten.
Wenigstens einige bekannte Windkraftanlagen sind zur Regelung der Rotordrehzahl der Windkraftanlage innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs ausgelegt, um Überschreitungsereignisse der Schwellenwerte zu minimieren.
Wenigstens einige bekannte Windkraftanlagen sind zur Regelung der Rotordrehzahl der Windkraftanlage innerhalb des Schwellenwertes ausgelegt, indem die Rotordrehzahl verringert oder eine Notabschaltung ausgelöst wird.
Eine unmittelbare Verringerung der Rotordrehzahl beispielsweise durch mechanische Bremsung kann zu einer besonders signifikanten Erhöhung der auf die Komponenten der Windkraftanlage einwirkenden Belastung führen. Im Allgemeinen beeinflusst eine derartige signifikante Lasterhöhung die Betriebslebensdauer der Windkraftanlage negativ. Ferner können wechselnde Kräfte die Resonanzmodi des Turms anregen und zu einer Resonanzschwingung des Turms führen. Eine derartige Resonanzschwingung des Turms kann eine Abschaltung der Windkraftanlage erfordern. Demzufolge wird Verlust von Stromerzeugungsfähigkeit durch die Windkraftanlage ausgelöst und eine Fahrt des Servicepersonals zu der Windkraftanlage kann erforderlich sein.
Demzufolge ist es wünschenswert, ein Verfahren und eine Einrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Windkraftanlage so zu betreiben, dass hohe Belastungen an den Windkraftanlage-Komponenten verhindert werden und gleichzeitig die Anzahl der Notabschaltungen der Windkraftanlage reduziert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage bereitgestellt. Die Windkraftanlage enthält einen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Ermitteln eines aktuellen Wertes von wenigstens einer von einer einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigenden ersten Variablen und einer mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korrelierten zweiten Variablen der Windkraftanlage. Diesem folgt eine Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustands der Windkraftanlage aus wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten. Dann wird ein variabler Drehzahlgrenzwert auf der Basis des Ergebnisses der Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage angepasst. Schließlich wird die Windkraftanlage unter Berücksichtigung des variablen Drehzahlgrenzwertes betrieben.
In einem weiteren Aspekt wird ein Steuerungssystem zur Verwendung mit einer Windkraftanlage bereitgestellt. Die Windkraftanlage enthält einen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt. Das Steuerungssystem ist für den Betrieb der Windkraftanlage angepasst und dafür eingerichtet, einen aktuellen Wert von wenigstens einer von einer einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigenden ersten Variablen und einer mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korrelierten zweiten Variablen zu ermitteln. Ferner ist das Steuerungssystem dafür eingerichtet, das Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustands der Windkraftanlage aus wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten abzuschätzen. Das Steuerungssystem ist dafür eingerichtet, einen variablen Drehzahlgrenzwert auf der Basis des Ergebnisses der Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage anzupassen und die Windkraftanlage unter Berücksichtigung des variablen Drehzahlgrenzwertes zu betreiben.
In noch einem weiteren Aspekt wird eine Windkraftanlage mit einen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt bereitgestellt. Die Windkraftanlage enthält ferner ein Steuerungssystem zum Betreiben der Windkraftanlage. Das Steuerungssystem ist zum Betreiben der Windkraftanlage angepasst, indem es einen aktuellen Wert von wenigstens einer von einer einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigenden ersten Variablen und einer mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korrelierten zweiten Variablen ermittelt, und indem es ferner ein Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustands der Windkraftanlage aus wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten abschätzt. Diesem folgt eine Anpassung eines variablen Drehzahlgrenzwertes auf der Basis des Ergebnisses der Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage. Das Steuerungssystem ist ferner dafür eingerichtet, die Windkraftanlage unter Berücksichtigung des variablen Drehzahlgrenzwertes zu betreiben.
Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und grundlegende Beschreibung einschließlich ihrer besten Ausführungsart für den Fachmann wird nachstehend in dem Rest der Patentschrift unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Windkraftanlage ist.
2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnittes der in 1 dargestellten Windkraftanlage ist.
3 ein Flussdiagramm ist, das ein exemplarisches Verfahren zum Betreiben der Windkraftanlage gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen veranschaulicht.
4 eine graphische Darstellung eines exemplarischen Windverlaufs während einer Zeitdauer von 10 Minuten ist.
5 eine schematische graphische Darstellung des Betriebs der Windkraftanlage gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen mit einem variablen Drehzahlgrenzwert ist.
6 eine weitere schematische graphische Darstellung des Betriebs der Windkraftanlage gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen mit einem variablen Drehzahlgrenzwert ist.
7 noch eine weitere schematische graphische Darstellung des Betriebs der Windkraftanlage gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen mit einem variablen Drehzahlgrenzwert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in jeder Figur dargestellt sind. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung bereitgestellt und ist nicht als eine Einschränkung gedacht. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale in oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch weitere Ausführungsformen zu ergeben. Die vorliegende Beschreibung derartige Modifikationen und Varianten beinhalten.
In der nachstehenden Beschreibung der Zeichnungen beziehen sich dieselben Bezugszeichen auf dieselben Komponenten. Im Wesentlichen werden nur die Unterschiede in Bezug auf die einzelnen Ausführungsformen beschrieben.
So wie hierin verwendet, soll der Ausdruck "Blatt" für jede Vorrichtung repräsentativ sein, die eine Reaktionskraft erzeugt, wenn sie in Bezug auf ein umgebendes Fluid in Bewegung ist. So wie hierin verwendet, soll der Begriff "Windkraftanlage" für jede Vorrichtung repräsentativ sein, die rotatorische/kinetische Energie aus Windenergie erzeugt, und insbesondere kinetische Energie des Windes, in mechanische Energie umwandelt. So wie hierin verwendet, soll der Begriff "Windgenerator" für jede Windkraftanlage repräsentativ sein, die elektrischen Strom aus der von Windenergie erzeugten Rotationsenergie erzeugt und insbesondere aus kinetischer Energie des Windes umgewandelte mechanische Energie in elektrischen Strom umwandelt.
So wie hierin verwendet, sollen die Begriffe "vorbestimmter Drehzahlgrenzwert", "vorbestimmter erster Drehzahlgrenzwert" und "vorbestimmter zweiter Drehzahlgrenzwert" für einen Schwellenwert der Rotordrehzahl einer Windkraftanlage repräsentativ sein, der voreingestellt ist. Typischerweise wird die Rotordrehzahl von Windkraftanlagen abhängig von der Nennleistung der Windkraftanlage geregelt. Für einen effizienten und/oder sicheren Betrieb der Windkraftanlage, sollte die Rotordrehzahl üblicherweise den Schwellenwert, wie z.B. den vorbestimmten Drehzahlschwellenwert, nicht überschreiten. Um Schäden an den elektrischen und/oder mechanischen Komponenten der Windkraftanlage zu vermeiden, die durch Überschreiten des vorbestimmten Drehzahlgrenzwertes der Rotordrehzahl bewirkt werden, wird die Rotordrehzahl typischerweise unter Berücksichtigung des Drehzahlschwellenwertes, wie z.B. des vorbestimmten Drehzahlgrenzwertes, geregelt.
Gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen wird die Windkraftanlage betrieben, indem die Rotordrehzahl der Windkraftanlage unter Berücksichtigung eines variablen Drehzahlgrenzwertes geregelt wird. Die Anpassung eines variabeln Drehzahlgrenzwertes hängt typischerweise von der aktuellen Situation der Windkraftanlage oder der aktuellen Situation an der Windkraftanlage ab. Auf diese Weise kann die Rotordrehzahl innerhalb eines bestimmten Bereiches geregelt werden, welche größer sein kann, wenn kein schädlicher Überdrehzahlzustand erwartet wird und kleiner, wenn ein schädlicher Überdrehzahlzustand erwartet wird.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff "an der Windkraftanlage" für einen Bereich an oder in unmittelbarer Nähe der Windkraftanlage repräsentativ sein. "An der Windkraftanlage" kann Komponenten der Windkraftanlage, wie z.B. dem Turm der Windkraftanlage oder Komponenten entsprechen, welche an der Windkraftanlage befestigt sind, wie z.B. ein Anemometer. "In der unmittelbaren Nähe der Windkraftanlage" kann einem Bereich entsprechen, der die Windkraftanlage in einem Radius von bis zu 100 m umgibt. Bevorzugt ist der Radius bis zu 50 m und noch bevorzugter bis zu 10 m. Beispielsweise kann die aktuelle Situation an der Windkraftanlage den Messungen eines Anemometers entsprechen, welches in einem Abstand von 10 m von der Windkraftanlage installiert ist.
Im Wesentlichen sind die exemplarischen Windkraftanlagen wie im Fachgebiet bekannt, für die Regelung der Rotordrehzahl, z.B. der Rotordrehzahl des Rotors unter Berücksichtigung eines vorbestimmten ersten Drehzahlgrenzwertes angepasst. Der erste Drehzahlgrenzwert wenigstens einiger bekannter Windkraftanlagen hängt von solchen Faktoren, wie z.B. dem Geschwindigkeitsschwellenwert der sich drehenden Teile der Windkraftanlage, dem Drehzahlgrenzwert des Generators, oder von dem Auftritt bestimmter Fehler ab, welche Anregungsprobleme bewirken können.
Der variable Drehzahlgrenzwert unterscheidet sich von dem vorbestimmten ersten Drehzahlgrenzwert, wie er nach dem Stand der Technik verwendet wird, und wird auf der Basis des Ergebnisses einer Abschätzung eingestellt. Die Abschätzung beinhaltet das Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage und basiert auf dem wenigstens einem von ermittelten aktuellen Werten von einer oder mehreren Variablen der Windkraftanlage. Der Schätzwert kann eine Berechnung und/oder Bewertung unter Verwendung von wenigstens einem von ermittelten aktuellen Werten oder einer von mehreren Variablen beinhalten. Das Ergebnis der Abschätzung kann an Indikatoren geleitet werden, mittels welcher das Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustandes vorhergesagt werden kann. Derartige Indikatoren können ein möglicher zukünftiger Windkraftanlagen-Status, wie z.B. die Stromabgabe, oder eine mögliche zukünftige Rotordrehzahl oder ein mögliches zukünftiges Auftreten eines Fehlers, wie z.B. eines Anstellungsfehlers sein.
Ein schädlicher Überdrehzahlzustand entsteht beispielsweise, wenn eine sofortige Sicherheitsabbremsung unvermeidlich ist, wie z.B. aufgrund eines Netzausfalles, oder wenn die aerodynamische Abbremsung einen entscheidende Auswirkung aufgrund hoher Belastungen bezüglich der Ermüdungsbeständigkeit der Windkraftanlage hat. Ferner entsteht ein schädlicher Überdrehzahlzustand, wenn die Resonanzschwingung der Windkraftanlage, insbesondere des Turms, einen maximal zulässigen Grenzwert überschreitet.
Eine frühzeitige Reaktion auf einen bevorstehenden schädlichen Überdrehzahlzustand durch Einführen eines variablen Drehzahlgrenzwertes verhindert, dass die Windkraftanlage, insbesondere deren mechanischen und elektrischen Komponenten hohen Belastungen ausgesetzt werden. Gleichzeitig können nutzlose Anfahrten zu dem Windkraftanlage-Standort nach einer Abschaltung reduziert werden, Ausfallzeiten minimiert und Zeiten eines ineffizienten Betriebs der Windkraftanlage verringert werden. Eine Abschaltung der Windkraftanlage ist beispielsweise absolut nicht erforderlich, wenn kein schädlicher Überdrehzahlzustand abgeschätzt wird und demzufolge keine kritische Beschädigung von Turbinenkomponenten bevorsteht, selbst wenn die Windkraftanlage weiterarbeitet.
So wie hierin verwendet, soll der Begriff "Variable" eine Größe repräsentieren, die sich über der Zeit verändert, die auf die Windkraftanlage, ein damit verbundenes System oder die Umgebung der Windkraftanlage bezogen ist.
Wenigstens eine von den als die erste Variable bezeichneten Variablen zeigt einen Fehlerzustand der Windkraftanlage an. Beispielsweise kann die erste Variable ein Stromausfallereignis sein, welches einen Stromnetzausfall, eine Fehlfunktion des elektrischen Systems der Windkraftanlage oder einen Fehler des Steuerungssystems der Windkraftanlage beinhalten kann. Diese Beispiele der ersten Variablen zeigen einen Fehlerzustand der Windkraftanlage an, wenn der Generator einen Lastverlust erleidet. Alternativ kann die erste Variable ein Verbiegen von einem oder mehreren Rotorblättern, ein Blattversatz, ein Anstellungsfehler, insbesondere ein Fehlerzustand der Modulation der Blattanstellung des zugeordneten Rotorblattes oder eine Fehlfunktion eines Anstellungslagers oder Fehlfunktion von einem oder mehreren Teilen der Anstellungsanordnung oder des Anstellungsantriebmotors oder eine Unterbrechung der Signale aus dem Steuerungssystem sein. Derartige Beispiele für die erste Variable können einen Fehlerzustand für die Windkraftanlage anzeigen, wenn die Rotationsdrehzahl des Rotors, insbesondere der Blätter, unkontrollierbar bzw. stark ansteigend zunimmt.
Wenigstens eine von den als zweite Variable bezeichneten Variablen ist mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korreliert. Beispielsweise kann die zweite Variable mit einem Umgebungsstatus, wie z.B. der Windgeschwindigkeit und/oder der Windrichtung an der Windkraftanlage korrelieren. Die zweite Variable kann mit einem Status der Windkraftanlage, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, mit der Stromabgabe der Windkraftanlage, insbesondere der Stromabgabe eines einen Teil der Windkraftanlage bildenden elektrischen Generators, der Rotordrehzahl oder der Rotorbeschleunigung der Windkraftanlage korrelieren. Diese Beispiele der zweiten Variablen zeigen einen Status der Windkraftanlage oder einen Umgebungsstatus an, wenn deren entsprechender Wert den maximalen zulässigen Wert überschreitet. Eine Liste der entsprechenden maximalen zulässigen Werte ist beispielsweise in dem Steuerungssystem der Windkraftanlage gespeichert. Für die Durchführung der Abschätzung können, wie hierin beschrieben, diese gespeicherten Werte mit den aktuellen Werten verglichen werden.
So wie hierin verwendet, soll der Begriff "aktueller Wert einer Variablen" eine Größe repräsentieren, welche durch das Windkraftanlagensystem oder ein verbundenes System ermittelt wird, insbesondere durch die Komponenten und/oder ein Meßsystem der Windkraftanlage, oder die aus einer externen Komponente oder einem System ausgelesen wird, wie z.B. aus einer Meßvorrichtung, wie z.B. einem Sensor.
Beispielsweise kann ein aktueller Wert der Variablen "Rotordrehzahl" aus einer Messung der Umdrehung des Rotors pro Minute mittels eines Sensors bestimmt werden. Als ein weiteres Beispiel kann ein aktueller Wert der Variablen "Rotorbeschleunigung" einer direkten Messung der Beschleunigung mittels eines mit dem Rotor verbundenen Sensors entsprechen. Alternativ kann ein aktueller Wert der Variablen "Rotorbeschleunigung" durch die zeitliche Veränderungsrate von aktuellen Werten der Rotordrehzahl ermittelt werden, welche aus einer Zeitserie von Rotordrehzahlwerten abgeleitet werden kann.
Beispielsweise kann ein aktueller Wert der Variablen "Stromausfallereignis" durch eine Messung der Stromabgabe der Windkraftanlage ermittelt werden oder, gemäß exemplarischen Ausführungsformen, eines elektrischen Stroms oder der Spannung der Windkraftanlage. Ein tatsächlicher Wert der Variablen " Stromausfallereignis" kann alternativ durch ein Signal von dem Netzbetreiber ermittelt werden.
Beispielsweise kann ein aktueller Wert der Variablen "Windgeschwindigkeit" oder "Windrichtung" durch eine Datenausgabe von einer Windfahne und/oder einem Anemometer ermittelt werden.
Variablen der hierin beschriebenen Windkraftanlage oder der Umgebungen der Windkraftanlage können durch jedes geeignete Verfahren ermittelt werden, das den Betrieb einer Windkraftanlage wie hierin beschrieben ermöglicht.
Auf der Basis des(r) ermittelten aktuellen einzelnen Wertes oder mehrerer Werte, wie beispielsweise vorstehend beschrieben, wird ein Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage abgeschätzt. Die Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage kann einem Vergleich des(r) ermittelten aktuellen Werte(s) der entsprechenden Variablen mit vorgewählten Werten entsprechen, welche die entsprechenden Schwellenwerte repräsentieren. Die Abschätzung kann auf nur einem Wert oder einer Kombination mehrerer Werte basieren. Der/die Wert€ können von nur einer Variablen oder einer Kombination von mehreren Variablen kommen.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beinhalten ein Windkraftanlagensystem, das dafür angepasst ist, flexibel auf die aktuelle Situation durch Anpassen eines variablen Drehzahlgrenzwertes abhängig von einem möglichen Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustandes zu reagieren. Da das Windkraftanlagensystem typischerweise nicht durch vorbestimmte Drehzahlgrenzwerte eingeschränkt wird, kann es bei hohen Wirkungsgradpegeln betrieben werden. Der Beginn eines schädlichen Überdrehzahlzustandes kann in einem frühzeitigen Stadium abgeschätzt werden, sodass hohe Belastungen auf die Windkraftanlage und die Teile der Windkraftanlage, insbesondere die Windkraftanlage ausbildende mechanische Komponenten, verhindert oder wenigstens reduziert werden können. Die Identifizierung eines harmlosen zukünftigen Zustandes der Windkraftanlage oder bei der Windkraftanlage (Windkraftanlagenumgebungen), für welche die Auftrittswahrscheinlichkeit eines schädlichen Überdrehzahlzustandes niedrig ist, vermeidet oder verringert zumindest unnötige Notabschaltungen und/oder Anfahrten des Servicepersonals zu dem Windkraftanlage-Standort, sowie Ausfallzeiten und Betriebszeiten mit verringertem Wirkungsgrad.
Eine Überschreitung des variablen Geschwindigkeitsgrenzwertes kann bestimmte Aktionen oder Ereignisse, wie z.B. die Reduzierung der Rotordrehzahl, die Gewinnung von weniger Leistung oder die mechanische Bremsung des Rotors bis zu einem Stillstand, d.h. eine Notabschaltung auslösen.
Gemäß Ausführungsformen wird die Windkraftanlage unter Berücksichtigung einer Kombination des variablen Drehzahlgrenzwertes und eines zusätzlichen vorbestimmten ersten und/oder zweiten Drehzahlgrenzwertes betrieben. Der vorbestimmte erste oder zweite Drehzahlgrenzwert können eine Notabschaltung auslösen, während der variable Drehzahlgrenzwert beispielsweise eine Reduzierung der Rotordrehzahl oder eine Gewinnung von weniger Leistung auslösen kann, und auf der Basis des Ergebnisses der Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage angepasst wird. Die Regelung der Rotordrehzahl unter Berücksichtigung sowohl eines vorbestimmten ersten oder zweiten Drehzahlgrenzwertes als auch des variablen Drehzahlgrenzwertes führt zu einem sehr effektiven und effizienten Betrieb der Windkraftanlage an der gewünschten Nennleistung bei einem gleichzeitig hohen Grad an Sicherheit.
Gemäß Ausführungsformen kann die Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage auf nur einer ersten/zweiten Variablen oder einer bestimmten Kombination der ersten und zweiten Variablen basieren. Die Abschätzung kann nicht nur auf einer auf einen Fehlerzustand anzeigenden Variablen, auf einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus basieren, sondern es kann beispielsweise auch das Auftreten von zwei Fehlern, die nacheinander auftreten, berücksichtigt werden. Dieses ermöglicht eine hohe Flexibilität des Windkraftanlagensystems bezüglich der aktuellen Situation. Ein identifizierter Fehlerzustand, welcher als nicht zu einem schädlichen Überdrehzahlzustand führend eingeschätzt wird, kann eine große Auswirkung auf die Ermüdungsbeschädigung haben und daher zu einem schädlichen Überdrehzahlzustand führen, wenn zusätzlich ein weiterer Fehlerzustand identifiziert wird.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Windkraftanlage 10. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Windkraftanlage 10 eine Horizontalachsen-Windkraftanlage. Alternativ kann die Windkraftanlage 10 eine Vertikalachsen-Windkraftanlage sein. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 einen Turm 12, der sich von einem Unterstützungssystem 14 aus erstreckt, eine auf dem Turm 12 montierte Gondel 16 und einen mit der Gondel 16 verbundenen Rotor 18. Der Rotor 18 enthält eine drehbare Nabe 20 und wenigstens ein mit der Nabe 20 verbundenen und sich daraus erstreckendes Rotorblatt 22. In der exemplarischen Ausführungsform hat der Rotor 18 drei Rotorblätter 22. In einer variablen Ausführungsform enthält der Rotor 18 mehr oder weniger als drei Rotorblätter 22. In der exemplarischen Ausführungsform ist der Turm 12 aus Rohrstahl hergestellt, um einen (in 1 nicht dargestellten) Hohlraum zwischen dem Unterstützungssystem 14 und der Gondel 16 zu definieren. In einer variablen Ausführungsform ist der Turm 12 jede geeignete Art von Turm mit einer beliebigen geeigneten Höhe.
Die Rotorblätter 22 sind in Abstand um die Nabe 20 herum angeordnet, um dem rotierenden Rotor 18 zu ermöglichen, kinetische Energie aus dem Wind in nutzbare mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie zu übertragen. Die Rotorblätter 22 sind mit der Nabe 20 durch Verbinden eines Blattfußabschnittes 24 mit der Nabe 20 an mehreren Lastübertragungsbereichen 26 vereint. Die Lastübertragungsbereiche 26 haben einen Nabenlastübertragungsbereich und einen Blattlastübertragungsbereich (beide in 1 nicht dargestellt). Die in die Rotorblätter 22 eingebrachten Belastungen werden an die Nabe 20 über die Lastübertragungsbereiche 26 übertragen.
In einer Ausführungsform haben die Rotorblätter 22 eine von ca. 15 m bis ca. 91 m reichende Länge. Alternativ können die Rotorblätter 22 jede geeignete Länge haben, die eine Funktion der Windkraftanlage 10 wie hierin beschrieben ermöglicht. Beispielsweise umfassen weitere nicht einschränkende Beispiele von Blattlängen 10 m oder weniger, 20 m, 37 m oder eine Länge, die größer als 91 m ist. Sobald Wind auf die Rotorblätter 22 aus einer Richtung 28 auftrifft, wird der Rotor 18 um eine Rotationsachse 30 gedreht. Sobald die Rotorblätter 22 gedreht und Zentrifugalkräften unterworfen werden, werden die Rotorblätter 22 auch verschiedenen Kräften und Momenten ausgesetzt. Somit können sich die Rotorblätter 22 verbiegen und/oder sich aus einer neutralen oder nicht verbogenen Position in eine verbogene Position drehen.
Ferner können ein Anstellungswinkel oder eine Blattanstellung der Rotorblätter 22, d.h., ein Winkel, der eine Perspektive der Rotorblätter 22 in Bezug auf die Richtung 28 des Windes bestimmt, durch ein Anstellungseinstellsystem 32 verändert werden, um die Belastung und die von der Windkraftanlage 10 erzeugte Leistung zu steuern, indem eine Winkelposition von wenigstens einem Rotorblatt 22 in Bezug auf Windvektoren eingestellt wird. Es sind Anstellungsachsen 34 für die Rotorblätter 22 dargestellt. Während des Betriebs der Windkraftanlage 10 kann das Anstellungseinstellsystem 32 eine Blattanstellung der Rotorblätter 22 dergestalt verändern, dass die Rotorblätter 22 in eine Segelstellung bewegt werden, sodass die Perspektive wenigstens eines Rotorblattes 22 in Bezug auf die Windvektoren eine zu den Windvektoren zurichtende minimale Oberfläche des Rotorblattes 22 bereitstellt, was eine Reduzierung der Drehzahl des Rotors 18 ermöglicht und/oder einen Strömungsabriss des Rotors 18 ermöglicht.
In der exemplarischen Ausführungsform wird eine Blattanstellung jedes Rotorblattes 22 individuell von einem Steuerungssystem 36 gesteuert. Alternativ kann die Blattanstellung für alle Rotorblätter 22 gleichzeitig durch das Steuerungssystem 36 gesteuert werden. Ferner kann in der exemplarischen Ausführungsform, sobald sich die Richtung 28 verändert, eine Gierrichtung der Gondel 16 um eine Gierachse 38 gesteuert werden, um die Rotorblätter 22 in Bezug auf die Richtung 28 zu positionieren.
In der exemplarischen Ausführungsform ist das Steuerungssystem 36 als innerhalb der Gondel 16 zentralisiert dargestellt, wobei jedoch das Steuerungssystem 36 ein verteiltes System über die gesamte Windkraftanlage 10, auf dem Unterstützungssystem 14, innerhalb eines Windparks und/oder einem entfernten Steuerungszentrum verteilt sein kann. Das Steuerungssystem 36 enthält einen Prozessor 40, der dafür eingerichtet ist, die hierin beschriebenen Verfahren und/oder Schritte auszuführen. Ferner enthalten viele von den anderen hierin beschriebenen Komponenten einen Prozessor. So wie hierin verwendet, ist der Begriff "Prozessor" nicht auf integrierte Schaltungen beschränkt, die im Fachgebiet als ein Computer bezeichnet werden, sondern bezieht sich breit gefasst auf eine Steuerung, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine speicherprogrammierbare Steuerung (PLC), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung und weitere programmierbare Schaltungen, und diese Begriffe werden hierin austauschbar verwendet. Es dürfte sich verstehen, dass ein Prozessor und/oder ein Steuerungssystem auch einen Speicher, Eingangskanäle und/oder Ausgangskanäle enthalten können.
In den hierin beschriebenen Ausführungsformen kann der Speicher ohne Einschränkung ein computerlesbares Medium, wie z.B. einen Arbeitsspeicher (RAM), ein computerlesbares nicht-flüchtiges Medium, wie z.B. einen Flash-Speicher enthalten. Alternativ können eine Floppy Disk, ein Compact Disk-Nur-Lesespeicher (CD-ROM), eine magnetoptische Platte (MOD) und/oder eine Digital Versatile Disk (DVD) verwendet werden. Außerdem enthalten in den hierin beschriebenen Ausführungsformen Eingangskanäle ohne Einschränkung Sensoren und/ oder andere einer Benutzerschnittstelle zugeordnete Computerperipheriegeräte, wie z.B. eine Maus und eine Tastatur. Ferner können in der exemplarischen Ausführungsform Ausgangskanäle ohne Einschränkung eine Steuerungsvorrichtung, einen Bedienerschnittstellen-Monitor und/oder eine Anzeigeeinrichtung enthalten.
Hierin beschriebene Prozessoren verarbeiten Information, die von mehreren elektrischen und elektronischen Vorrichtungen übertragen werden, die ohne Einschränkung, Sensoren, Aktuatoren, Kompressoren, Steuerungssysteme und/oder Überwachungsvorrichtungen umfassen können. Derartige Prozessoren können physisch beispielsweise in einem Steuerungssystem, einem Sensor, einer Überwachungsvorrichtung, einem Desktop Computer, einem Laptop Computer, einem Schrank mit speicherprogrammierbarer Steuerung (PLC) und/oder in einem Schrank mit verteilter Steuerlogik (DCS) angeordnet sein. RAM- und Speichervorrichtungen können auch zum Speichern verwendet werden und übertragen Information und Instruktionen, die von den Prozessoren auszuführen sind. RAM- und Speichervorrichtungen können auch zum Speichern verwendet werden und liefern temporäre Variablen, statische (d.h., sich nicht ändernde) Information und Instruktionen oder andere Zwischeninformation an die Prozessoren während der Ausführung von Instruktionen durch den/die Prozessor(en). Instruktionen, die ausgeführt werden, können, ohne Einschränkung, Steuerungsbefehle für das Windkraftanlagen-Steuerungssystem beinhalten. Die Ausführung von Ablauffolgen von Instruktionen ist auf keinerlei spezifische Kombination von Hardwareschaltung oder Softwareinstruktionen beschränkt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnittes der Windkraftanlage 10. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 eine Gondel 16 und Nabe 20, die drehbar mit der Gondel 16 verbunden ist. Insbesondere ist die Nabe 20 drehbar mit einem in der Gondel 16 positionierten elektrischen Generator 42 über eine Rotorwelle 44 (manchmal hierin als Hauptwelle oder Niederdrehzahlwelle bezeichnet), ein Getriebe 46, eine Hochdrehzahlwelle 48 und eine Kupplung 50 verbunden. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Rotorwelle 44 koaxial zur Längsachse 116 angeordnet. Die Rotation der Rotorwelle 44 treibt rotatorisch das Getriebe 46 an, das anschließend die Hochdrehzahlwelle 48 antreibt. Die Hochdrehzahlwelle 48 treibt rotatorisch den Generator 42 mit der Kupplung 50 an und die Rotation der Hochdrehzahlwelle 48 ermöglicht die Erzeugung von elektrischem Strom durch den Generator 42. Das Getriebe 46 und der Generator 42 werden von einer Auflage 52 und einer Auflage 54 gelagert. In der exemplarischen Ausführungsform verwendet das Getriebe 46 eine Zweipfadgeometrie, um die Hochdrehzahlwelle 48 anzutreiben. Alternativ ist die Rotorwelle 44 direkt mit dem Generator 42 mittels der Kupplung 50 verbunden.
Die Gondel 16 enthält auch einen Gierantriebsmechanismus 56, der zum Drehen der Gondel 16 und der Nabe 20 auf der (in 1 dargestellten) Gierachse 38 verwendet werden kann, um die Perspektive der Rotorblätter 22 in Bezug auf die Richtung 28 des Windes zu steuern. Die Gondel 16 enthält auch wenigstens einen meteorologischen Mast 58, der wenigstens eine Windfahne und Anemometer (keines in 2 dargestellt) enthält. Der Mast 58 liefert Information an das Steuerungssystem 36, die die Windrichtung und/oder Windgeschwindigkeit beinhalten kann. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Gondel 16 auch ein vorderes Hauptunterstützungslager 60 und ein hinteres Hauptunterstützungslager 62.
Das vordere Unterstützungslager 60 und das hintere Unterstützungslager 62 ermöglichen eine radiale Unterstützung und Ausrichtung der Rotorwelle 44. Das vordere Unterstützungslager 60 ist mit der Rotorwelle 44 in der Nähe der Nabe 20 verbunden. Das hintere Unterstützungslager 62 ist auf der Rotorwelle 44 in der Nähe des Getriebes 46 und/oder des Generators 42 positioniert. Alternativ enthält die Gondel 16 eine beliebige Anzahl von Unterstützungslagern, die eine Funktion der Windkraftanlage 10 wie hierin beschrieben ermöglichen. Die Rotorwelle 44, der Generator 42, das Getriebe 46, die Hochdrehzahlwelle 48, die Kupplung 50 und beliebige zugeordnete Befestigungs-, Unterstützungs- und/oder Sicherungsvorrichtungen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, der Auflage 52 und/oder der Auflage 54 und des vorderen Unterstützungslagers 60 und des hinteren Unterstützungslagers 62 werden manchmal als ein Antriebsstrang 64 bezeichnet.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Nabe 20 eine Anstellungsanordnung 66. Die Anstellungsanordnung 66 enthält ein oder mehrere Anstellungsantriebssysteme 68 und wenigstens einen Sensor 70. Jedes Anstellungsantriebssystem 68 ist mit einem (in 1 dargestellten) entsprechenden Rotorblatt 22 zur Modulation der Blattanstellung des zugeordneten Rotorblattes 22 entlang der Anstellungsachse 34 verbunden. Es ist nur eines von drei Anstellungsantriebssystemen 68 in 2 dargestellt.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Anstellungsanordnung 66 wenigstens ein Anstellungslager 72, das mit der Nabe 20 und dem (in 1 dargestellten) entsprechenden Rotorblatt 22 zum Drehen eines entsprechenden Rotorblattes 22 um die Anstellungsachse 34 verbunden ist. Das Anstellungsantriebssystem 68 enthält einen Anstellungsantriebsmotor 74, ein Anstellungsantriebsgetriebe 76 und ein Anstellungsantriebsritzel 78. Der Anstellungsantriebsmotor 74 ist mit dem Anstellungsantriebsgetriebe 76 so verbunden, dass der Anstellungsantriebsmotor 74 eine mechanische Kraft an das Anstellungsantriebsgetriebe 76 ausgibt. Das Anstellungsantriebsgetriebe 76 ist mit dem Anstellungsantriebsritzel 78 dergestalt verbunden, dass das Anstellungsantriebsritzel 78 durch das Anstellungsantriebsgetriebe 76 gedreht wird. Das Anstellungslager 72 ist mit dem Anstellungsantriebsritzel 78 dergestalt verbunden, dass die Drehung des Anstellungsantriebsritzels 78 eine Drehung des Anstellungslagers 72 bewirkt. Insbesondere ist in der exemplarischen Ausführungsform das Anstellungsantriebsritzel 78 mit dem Anstellungslager 72 dergestalt verbunden, dass die Drehung des Anstellungsantriebsgetriebes 76 das Anstellungslager 72 und das Rotorblatt 22 um die Anstellungsachse 34 dreht, um die Blattanstellung des Blattes 22 zu verändern.
Das Anstellungsantriebssystem 68 ist mit dem Steuerungssystem 38 zur Einstellung der Blattanstellung des Rotorblattes 22 nach dem Empfang von einem oder mehreren Signalen aus dem Steuerungssystem 36 verbunden. In der exemplarischen Ausführungsform ist der Anstellungsantriebsmotor 74 ein beliebiger geeigneter durch elektrischen Strom und/oder ein hydraulisches System angetriebener Motor, der eine Funktion der Anstellungsanordnung 66 wie hierin beschrieben ermöglicht. Alternativ kann die Anstellungsanordnung 66 jede beliebige geeignete Struktur, Ausgestaltung, Anordnung und/oder Komponenten wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, Hydraulikzylinder, Federn und/oder Servomechanismen enthalten. Ferner kann die Anstellungsanordnung 66 durch jede beliebige geeignete Einrichtung, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, durch Hydraulikfluid und/oder mechanische Kraft, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, induzierte Federkräfte und/oder elektromagnetische Kräfte angetrieben werden. In bestimmten Ausführungsformen wird der Anstellungsantriebsmotor 74 durch Energie angetrieben, die aus der Rotationsträgheit der Nabe 20 entzogen wird, und/oder durch eine gespeicherte (nicht dargestellte) Energiequelle, die Energie an Komponenten der Windkraftanlage 10 liefert.
Die Anstellungsanordnung 66 enthält auch ein oder mehrere Überdrehzahlsteuerungssysteme 80 zum Steuern des Anstellungsantriebssystems 68 während einer Rotorüberdrehzahl. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Anstellungsanordnung 66 wenigstens ein Überdrehzahlsteuerungssystem 80, das kommunikativ mit dem entsprechenden Anstellungsantriebssystem 68 zum Steuern des Anstellungsantriebssystems 68 unabhängig von dem Steuerungssystem 36 verbunden ist. In einer Ausführungsform enthält die Anstellungsanordnung 66 mehrere Überdrehzahlsteuerungssysteme 80, die jeweils kommunikativ mit einem entsprechenden Anstellungsantriebssystem 68 verbunden sind, um das entsprechende Anstellungsantriebssystem 68 unabhängig vom Steuerungssystem 36 zu betreiben. Das Überdrehzahlsteuerungssystem 80 ist auch kommunikativ mit einem Sensor 70 verbunden. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Überdrehzahlsteuerungssystem 80 mit dem Anstellungsantriebssystem 68 und mit dem Sensor 70 mit mehreren Kabeln 82 verbunden. Alternativ ist das Überdrehzahlsteuerungssystem 80 kommunikativ mit dem Anstellungsantriebssystem 68 und dem Sensor 70 unter Verwendung jeder beliebigen geeigneten drahtgebundenen und/ oder drahtlosen Kommunikationsvorrichtung verbunden. Während des normalen Betriebs der Windkraftanlage 10 steuert das Steuerungssystem 36 das Anstellungsantriebssystem 68, um eine Anstellung des Rotorblattes 22 einzustellen. In einer Ausführungsform überschreibt, wenn der Rotor 18 bei einer Rotorüberdrehzahl arbeitet, das Überdrehzahlsteuerungssystem 80 das Steuerungssystem 36 dergestalt, dass das Steuerungssystem 36 nicht mehr das Anstellungsantriebssystem 68 steuert und das Steuerungssystem 80 das Anstellungsantriebssystem 68 steuert, um das Rotorblatt 22 in eine Segelstellung zu bewegen, um eine Rotation des Rotors 18 zu verlangsamen.
Ein Stromgenerator 84 ist mit dem Sensor 70, dem Überdrehzahlsteuerungssystem 80 und dem Anstellungsantriebssystem 68 verbunden, um eine Stromquelle für die Anstellungsanordnung 66 bereitzustellen. In der exemplarischen Ausführungsform stellt der Stromgenerator 84 eine ständige Stromquelle für die Anstellungsanordnung 66 während des Betriebs der Windkraftanlage 10 bereit. In einer variablen Ausführungsform stellt der Stromgenerator 84 Strom für die Anstellungsanordnung 66 während eines Stromausfallereignisses der Windkraftanlage 10 bereit. Das Stromausfallereignis kann einen Netzstromausfall, eine Fehlfunktion des elektrischen Systems der Windkraftanlage und/oder einen Ausfall des Steuerungssystems 36 der Windkraftanlage beinhalten. Während des Stromausfallereignisses arbeitet der Stromgenerator 64, um elektrischen Strom an die Anstellungsanordnung 66 zu liefern, sodass die Anstellungsanordnung 66 während des Stromausfallereignisses arbeiten kann.
In der exemplarischen Ausführungsform sind das Anstellungsantriebssystem 68, der Sensor 70, das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, die Kabel 82 und der Stromgenerator 84 jeweils in einem Raum 86 angeordnet, der durch eine Innenoberfläche 88 der Nabe 20 definiert ist. In einer speziellen Ausführungsform sind das Anstellungsantriebssystem 68, der Sensor 70, das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, die Kabel 82 und/oder der Stromgenerator 84 direkt oder indirekt mit der Innenoberfläche 88 verbunden. In einer variablen Ausführungsform sind das Anstellungsantriebssystem 68, der Sensor 70, das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, die Kabel 82 und der Stromgenerator 84 in Bezug auf eine Außenoberfläche 90 der Nabe 20 angeordnet, und können direkt oder indirekt mit der Außenoberfläche 90 verbunden sein.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren 100 zum Betreiben einer Windkraftanlage, wie z.B. der Windkraftanlage 10 in 1, veranschaulicht. In der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Verfahren 100 den Schritt der Ermittlung, 101, eines aktuellen Wertes einer ersten Variablen, die einen Fehlerzustand der Windkraftanlage 10 anzeigt. Beispielsweise kann die erste Variable ein Stromausfallereignis sein, welches einen Stromnetzausfall oder eine Fehlfunktion des elektrischen Systems der Windkraftanlage beinhalten kann. Alternativ kann die erste Variable beispielsweise ein Anstellungsfehler, eine Verbiegung von einem oder mehreren Rotorblättern, wie z.B. den Rotorblättern 22, oder einen Blattversatz, wie z.B. ein Versatz der Blätter 22 sein oder eine beliebige andere Variable, welche einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigt.
Das exemplarische Verfahren 100 beinhaltet ferner den Schritt der Ermittlung, 102, eines aktuellen Wertes einer zweiten Variablen der Windkraftanlage, die mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korreliert ist. Beispielsweise entspricht die zweite Variable der Windgeschwindigkeit und/oder der Windrichtung in der Umgebung der Windkraftanlage, der Stromabgabe der Windkraftanlage, der Rotordrehzahl oder der Rotorbeschleunigung der Windkraftanlage.
Das exemplarische Verfahren 100 beinhaltet ferner den Schritt der Abschätzung, 103, eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage 10 aus wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten. Die Werte werden aus wenigstens einer von der ersten und der zweiten Variablen ermittelt.
Das exemplarische Verfahren 100 beinhaltet ferner den Schritt der Anpassung, 104, eines variablen Drehzahlgrenzwertes auf der Basis der Ergebnisse der Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes. Schließlich beinhaltet das exemplarische Verfahren 100 den Schritt des Betriebs, 105, der Windkraftanlage, insbesondere der Regelung 105 der Rotordrehzahl der Windkraftanlage unter Berücksichtigung des variabeln Drehzahlgrenzwertes.
Gemäß einigen Ausführungsformen beinhaltet die Abschätzung 103 des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes die Identifizierung einer zukünftigen Rotordrehzahl auf der Basis von wenigstens einem der ermittelten aktuellen Werte von wenigstens einer von der ersten und/oder zweiten Variablen und optional des Vergleichs der identifizierten zukünftigen Rotordrehzahl mit einem vorgewählte Rotordrehzahlwert zum Identifizieren eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage. Beispielsweise, und nicht auf das Verfahren von 3 beschränkt, kann die Abschätzung, 103, des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes ausgeführt werden, indem die Zeitdauer für die Erreichung eines vorgewählten Rotordrehzahlwertes auf der Basis von wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten der ersten und der zweiten Variablen identifiziert wird, und die identifizierte Zeitdauer mit einer vorbestimmten Zeitdauer verglichen wird. Alternativ kann die Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes die Bewertung von wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten der ersten und der zweiten Variablen beinhalten, indem diese Werte mit einer Liste vorgewählter Werte verglichen werden.
4 stellt eine exemplarische Zeitverlaufsaufzeichnung einer Windgeschwindigkeit 700 dar, die typischerweise zu einer Erhöhung einer Rotordrehzahl führt. Die Einheit der Windgeschwindigkeit, welche auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, ist Meter pro Sekunde und die Zeiteinheit, welche auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, sind Minuten.
Die Erhöhung der durch die Erhöhung der Windgeschwindigkeit 700 bewirkten Rotordrehzahl ist in 5 für wenigstens eine bekannte Windkraftanlage (gestrichelte Linie 706) und für eine Windkraftanlage gemäß den hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen (Linie 708) dargestellt. Die Einheit der Rotordrehzahl, welche auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, ist Umdrehungen pro Minute. Die Zeiteinheit, welche auf der horizontalen Achse aufgetragen ist, ist Minuten. Die in 5 dargestellte Zeitdauer entspricht 10 Minuten.
5 stellt schematisch die Reaktion einer Windkraftanlage gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen dar, welche unter Berücksichtigung eines variabeln Drehzahlgrenzwertes im Vergleich zu der Reaktion einer bekannten Windkraftanlage betrieben wird, welche unter Berücksichtigung eines vorbestimmten Drehzahlgrenzwertes betrieben wird.
Die Nenndrehzahl sowohl der exemplarischen Windkraftanlage als auch der bekannten Windkraftanlage entspricht der Linie 710. Aufgrund einer Zunahme der Windgeschwindigkeit 700 überschreitet die Rotordrehzahl der bekannten Windkraftanlage 706 zum Zeitpunkt t1 sowohl den Wert der Nenndrehzahl des Rotors (Linie 710) als auch den Wert einer vorbestimmten Rotordrehzahl 703, welcher 11 Prozent über der Nenndrehzahl 710 festgelegt ist. In der bekannten Windkraftanlage legt die Steuerung den Betrieb der Windkraftanlage so fest, dass die Rotordrehzahl verringert wird, sobald die Rotordrehzahl 706 den vorbestimmten Wert 703 überschreitet, d.h., zum Zeitpunkt t2. Demzufolge steigt die Rotorgeschwindigkeit 706 langsam an und erreicht den Wert der Nenndrehzahl 710 zum Zeitpunkt t4. Anschließend steigt die Rotordrehzahl 706 und fällt gemäß dem Verlauf der Windgeschwindigkeit 700, wodurch eine bestimmte Schwankung der Rotordrehzahl 706 auch ein Ergebnis der Regelmaßnahmen des Steuerungssystems 36 ist.
5 zeigt auch die Rotordrehzahl 708 der Windkraftanlage gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen. Zum Zeitpunkt t1 wird ein aktueller Wert der ersten und der zweiten Variablen ermittelt, aus welchen das Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustandes abgeschätzt wird. Insbesondere zeichnet das Steuerungssystem 36, oder alternativ das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, der exemplarischen Ausführungsform der ersten und zweiten Variablen entsprechende Daten auf.
Die aufgezeichneten Daten der einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigenden ersten Variablen entsprechen Ereignissen, die die Windkraftanlage negativ beeinträchtigen, wie z.B. einen Blattversatz, einen Anstellungsfehler und einen Netzausfall. Dieses bedeutet, dass das tatsächliche Auftreten von Ereignissen, wie z.B. eines Blattversatzes, eines Anstellungsfehlers und eines Netzausfalls oder dergleichen überwacht werden. Zum Zeitpunkt t1 wird kein derartiges Ereignis beobachtet. Somit ist der Fehlerzustand der Windkraftanlage negativ.
Zusätzlich zu der ersten Variablen werden auch aktuelle Werte der zweiten Variablen, die mit einem Umgebungsstatus korreliert sind, zum Zeitpunkt t1 ermittelt. Der Umgebungsstatus entspricht dem Windstatus in der Umgebung der exemplarischen Windkraftanlage. Demzufolge ist die zweite Variable des Windstatus die aktuelle Windgeschwindigkeit. Alternativ entspricht die zweite Variable der Windrichtung, einer Vorgeschichte der Windrichtung während einer bestimmten Zeitdauer oder dergleichen. Zum Zeitpunkt t1 werden der aktuelle Wert und die Vorgeschichte der Windgeschwindigkeit durch ein Anemometer und ein Sensorsystem, wie z.B. einen Sensor 70, detektiert.
Auf der Basis des negativen Fehlerzustandes der Windkraftanlage und des aufgezeichneten Wertes und/oder der Vorgeschichte der Windgeschwindigkeit berechnet oder schätzt das Steuerungssystem 36, oder alternativ das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, der exemplarischen Ausführungsform das Auftreten eines zukünftigen schädlichen Überdrehzahlzustandes ab. Das Ergebnis der Abschätzung des Auftretens eines zukünftigen schädlichen Überdrehzahlzustandes ist negativ, was bedeutet, dass kein Überdrehzahlzustand für die Zukunft erwartet wird. Gemäß einer Ausführungsform wird der bestehende erste vorbestimmte Geschwindigkeitsgrenzwert 703 überschrieben und durch den variabeln Drehzahlgrenzwert 705 ersetzt. Da in dem Beispiel von 5 kein Ereignis vorliegt, das die Windkraftanlage zusätzlich zu der Erhöhung der Windgeschwindigkeit 700 negativ beeinflusst, kann der variable Drehzahlgrenzwert 705 über dem vorbestimmten ersten Drehzahlgrenzwert 703 hinaus eingestellt werden, beispielsweise bis zu 10 Prozent oder sogar 15 Prozent über dem vorbestimmten ersten Drehzahlgrenzwert 703.
Als eine Konsequenz der Einstellung des variabeln Drehzahlgrenzwertes 705 über dem vorbestimmten ersten Drehzahlgrenzwert 703 wird die Rotordrehzahl der exemplarischen Windkraftanlage 705 zum Zeitpunkt t2 nicht reduziert und steigt somit gemäß der Zunahme der Windgeschwindigkeit 700 (siehe 5) weiter. Zum Zeitpunkt t3 erreicht die Rotorgeschwindigkeit 708 der exemplarischen Windkraftanlage ihren maximalen Wert aufgrund des maximalen Windes zu diesem Zeitpunkt. Anschließend steigt und fällt die Rotorgeschwindigkeit 708 abhängig von der Zunahme und Abnahme der Windgeschwindigkeit 700. Zum Zeitpunkt t5 erreicht die Rotordrehzahl 708 die Nenndrehzahl des Rotors 710 gemäß der Abnahme der in 4 dargestellten Windgeschwindigkeit 700.
In dem Falle, dass die Rotordrehzahl 708 über den in 5 dargestellten Wert ansteigen würde, würde der variable Drehzahlgrenzwert 705 überschritten werden und eine Reduzierung der Rotordrehzahl 708 würde beginnen, um den Rotor zu verlangsamen und einen schädlichen Überdrehzahlzustand der Windkraftanlage zu verhindern.
Obwohl die Rotordrehzahl 708 den vorbestimmten Drehzahlgrenzwert für eine gewisse Zeit überschreitet, wird keine Beschädigung an den mechanischen und elektrischen Komponenten der Windkraftanlage verursacht. Eine signifikante Erhöhung der auf die Komponenten der Windkraftanlage wirkenden Belastung durch eine sofortige Verringerung der Rotordrehzahl (die für eine bekannte Windkraftanlage 706) kann vermieden werden und die Betriebslebensdauer der Windkraftanlage verlängert werden. Zusätzlich führt die Regelung der Rotordrehzahl einer bekannten Windkraftanlage (Linie 706) unter Berücksichtigung des vorbestimmten Drehzahlgrenzwertes 703 durch Erhöhen und Verringern der Rotordrehzahl im Wesentlichen zu wechselnden Kräften, die auf den Turm einwirken. In einigen Fällen können diese wechselnden Kräfte Resonanzmoden des Turms erregen und zu einer Resonanzschwingung des Turms führen. Da keine Notwendigkeit zur Berichtigung der Rotordrehzahl der exemplarischen Windkraftanlage (Linie 708) in dem gegebenen Beispiel von 5 vorliegt, werden eine Resonanzschwingung des Turms und eine möglicherweise notwendige Abschaltung der Windkraftanlage verhindert.
6 stellt eine weitere Situation einer Windkraftanlage gemäß den Ausführungsformen dar, deren Rotordrehzahl unter Berücksichtigung eines variablen Drehzahlgrenzwertes wie hierin beschrieben im Vergleich zu einer bekannten Windkraftanlage mit Berücksichtigung eines vorbestimmten Drehzahlgrenzwertes geregelt wird. Für Details bezüglich des Diagramms wie z.B. Achsen, Einheiten und dergleichen werde auf 5 Bezug genommen.
Die Reaktion einer bekannten Windkraftanlage auf das Auftreten eines Fehlers, wie z.B. eines Blattversatzes zum Zeitpunkt tF, ist eine Erhöhung der Rotordrehzahl 706. Wenn die Rotordrehzahl 706 einen ersten vorbestimmten Drehzahlgrenzwert 703 erreicht, wird eine Notabschaltung ausgelöst, d.h., zum Zeitpunkt tS. Für die exemplarische Ausführungsform wird zum Zeitpunkt tF ein aktueller Wert der ersten Variablen ermittelt, aus welchem das Auftreten eines schädlichen Überdrehzahlzustandes abgeschätzt wird. Die erste Variable entspricht einem Fehlerzustand, insbesondere einem Blattversatz der Windkraftanlage. Das Steuerungssystem 36, oder alternativ das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, der exemplarischen Ausführungsform berechnet oder schätzt das Auftreten eines zukünftigen schädlichen Überdrehzahlzustandes ab. Dieses kann ausgeführt werden, indem das aktuelle Ereignis, wie z.B. ein Blattversatz, gemäß dessen Gefährlichkeitsgrad klassifiziert wird. Ereignisse, welche als gefährlich für die Windkraftanlage, insbesondere für die Betriebslebensdauer oder deren mechanischen Komponenten klassifiziert werden, können eine Notabschaltung erfordern, während andere Ereignisse, welche als weniger gefährlich klassifiziert werden, keine derartige Reaktion, eine andere Aktion oder keine Aktion erfordern. Das Ereignis eines Blattversatzes erfordert keine sofortige Abbremsung des Rotors bis zu einem Stillstand.
Gemäß einer Ausführungsform gibt die Überschreibung des vorbestimmten ersten Drehzahlgrenzwertes 703 (gestrichelte Linie) durch den variablen Drehzahlwert 705 (gestrichelte Linie) dem Windkraftanlagensystem Zeit, auf das Auftreten des Fehlers zu reagieren. In diesem Falle kann das Steuerungssystem 36, oder alternativ das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, der exemplarischen Ausführungsform auf die aktuelle Situation durch Abbremsung der Rotordrehzahl 78 der Windkraftanlage und durch Fixierung des Blattversatzes reagieren. Der Vorteil der Einführung eines variablen Drehzahlgrenzwertes ist der, dass das Windkraftanlagensystem flexibel auf die aktuelle Situation, wie z.B. das Auftreten eines Fehlers reagieren kann. Unnötige Notabschaltungen gefolgt von Ausfallzeiten können vermieden und Anreisen des Windkraftanlage-Servicepersonals reduziert werden.
7 stellt schematisch die Reaktion einer Windkraftanlage gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen, welche unter Berücksichtigung eines variablen Drehzahlgrenzwertes geregelt wird, im Vergleich zu der Reaktion einer bekannten Windkraftanlage, die unter Berücksichtigung von zwei vorbestimmten Drehzahlgrenzwerten geregelt wird, dar. Für Details bezüglich des Diagramms, wie z.B. Achsen, Einheiten und dergleichen, werde auf 5 Bezug genommen. Die auf die exemplarische Windkraftanlage einwirkende Windgeschwindigkeit ist in 4 dargestellt.
7 stellt das Verhalten der Rotordrehzahl einer bekannten Windkraftanlage 706 im Vergleich zu dem Verhalten der Rotordrehzahl einer exemplarischen Windkraftanlage 708 dar. Zum Zeitpunkt tP tritt ein Fehler, wie z.B. ein Anstellungsfehler, auf. Dieses führt zu einer Erhöhung der Rotordrehzahlen sowohl der bekannten Windkraftanlage 706 als auch der exemplarischen Ausführungsform einer Windkraftanlage 708.
Zum Zeitpunkt t1 nimmt die Windgeschwindigkeit 700 (siehe 4) merkbar mit der Konsequenz zu, dass die Rotordrehzahl 706 noch stärker zunimmt. Die Rotordrehzahl der bekannten Windkraftanlage 706 steigt an, bis der vorbestimmte erste Drehzahlgrenzwert 703 zum Zeitpunkt tI erreicht wird. Nach dem Überschreiten des ersten Drehzahlgrenzwertes 703, zum Zeitpunkt tI, versuchen das Steuerungssystem 36, oder alternativ das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, die Rotordrehzahl der bekannten Windkraftanlage zu verringern. Aufgrund des Auftretens des Anstellungsfehlers ist die Verringerung der Rotordrehzahl der bekannten Windkraftanlage nicht erfolgreich. Als Konsequenz steigt die Rotordrehzahl 706 an, bis sie einen vorbestimmten zweiten Drehzahlgrenzwert 704 zum Zeitpunkt tII überschreitet, welcher die sofortige Notabschaltung der Windkraftanlage auslöst, indem der Rotor mittels des Notsystems aktiv abgebremst wird. Das Ergebnis sind hohe Belastungen der mechanischen und elektrischen Teile der bekannten Windkraftanlage und die Notwendigkeit von Servicepersonal am Windkraftanlagen-Standort, um die bekannte Windkraftanlage erneut zu starten.
Bei der exemplarischen Ausführungsform wird bereits zum Zeitpunkt t1 der Anstellungsfehler als Folge der Ermittlung eines aktueller Wertes, nämlich eine Fehlfunktion der Anstellungsanordnung 66, insbesondere die nicht erfolgreiche Modulation der Blattanstellung eines zugeordneten Rotorblattes 22 erkannt. Da das Auftreten eines Anstellungsfehlers bei der gegebenen Windgeschwindigkeit für die exemplarische Windkraftanlage und die Komponenten der Windkraftanlage nicht schädlich ist, ist keine starke Reaktion des Windkraftanlagensystems wie z.B. die Abbremsung des Rotors oder eine Notabschaltung erforderlich. Demzufolge wird kein schädlicher Überdrehzahlzustand zum Zeitpunkt tP ermittelt.
Jedoch wird zum Zeitpunkt t1 eine starke Zunahme der Windgeschwindigkeit gemäß der Zunahme der Windgeschwindigkeit 700 ermittelt. Auf der Basis der zum Zeitpunkt tP ausgeführten Ermittlung der aktuellen Werte und der Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes mit der Folge eines Anstellungsfehlers, wird eine weitere Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes zum Zeitpunkt t1 ausgeführt. Aufgrund der Koinzidenz von zwei unterschiedlichen Ereignissen, nämlich des Auftretens des Anstellungsfehlers und der Zunahme der Windgeschwindigkeit wird ein schädlicher Überdrehzahlzustand zum Zeitpunkt t1 abgeschätzt.
Demzufolge wird der variable Drehzahlgrenzwert 705 gut unterhalb des vorbestimmten ersten 703 und zweiten 704 Drehzahlgrenzwertes eingestellt. Anschließend versuchen das Steuerungssystem 36, oder alternativ das Überdrehzahlsteuerungssystem 80, die Rotordrehzahl 708 der exemplarischen Windkraftanlage zu reduzieren. Die Folge ist eine Verlangsamung der Zunahme der Rotordrehzahl 708 gemäß dem variablen Drehzahlgrenzwert 705. Die Einstellung des variablen Drehzahlgrenzwertes gibt dem Windkraftanlagensystem ausreichend Zeit, auf das Auftreten eines Ereignisses, wie z.B. eines Anstellungsfehlers oder eine Zunahme der Windgeschwindigkeit, zu reagieren. In dem Falle, dass der Anstellungsfehler nicht behoben werden kann und die Rotordrehzahl weiter steigt, kann der vorbestimmte zweite Drehzahlgrenzwert 704 nach aktiviert sein und kann als eine Notfalleinstellung funktionieren.
Im Gegensatz zu bekannten Windkraftanlagensystemen werden die hierin beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen typischerweise keinen hohen Belastungen unterworfen, die durch eine plötzliche Notbremsung ausgelöst werden. Dieses trägt positiv zur Betriebslebensdauer der Windkraftanlage bei.
Exemplarische Ausführungsformen von Systemen und Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage sind vorstehend im Detail beschrieben. Die Systeme und Verfahren sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern stattdessen können Komponenten der Systeme und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Schritten genutzt werden. Beispielsweise kann das Verfahren Werte einer Variablen bewerten, die durch einen Sensor ermittelt werden, und Werte einer anderen Variablen, die unter Verwendung eines geeigneten mathematischen Modells ermittelt werden, das als Eingangsgröße die erste Variable und andere dynamische Variablen hat, wie z.B die Windgeschwindigkeit, und die nicht auf eine Umsetzung nur mit dem hierin beschriebenen Windkraftanlagensystem beschränkt sind. Stattdessen kann die exemplarische Ausführungsform in Verbindung mit vielen anderen Rotorblattanwendungen genutzt werden.
Obwohl spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen dargestellt sein können und in anderen nicht, dient dieses nur der Vereinfachung. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann auf jedes Merkmal einer Zeichnung Bezug genommen werden und/oder dieses in Kombination mit jedem Merkmal jeder anderen Zeichnung beansprucht werden.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Obwohl vorstehend verschiedene spezifische beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, das der Erfindungsgedanke und Schutzumfang der Ansprüche gleichermaßen effektive Modifikationen zulässt. In besondere können sich wechselseitig nicht ausschließende Merkmale der vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage bereitgestellt. Die Windkraftanlage enthält einen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt. Das Verfahren beinhaltet die Ermittlung eines aktuellen Wertes von wenigstens einer von einer einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigenden ersten Variablen und einer mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korrelierten zweiten Variablen. Das Verfahren beinhaltet ferner eine Abschätzung des Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustands der Windkraftanlage aus wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten, wobei ein variabler Drehzahlgrenzwert auf der Basis des Ergebnisses der Abschätzung angepasst wird. Das Verfahren beinhaltet ferner einen Betrieb der Windkraftanlage unter Berücksichtigung des variablen Drehzahlgrenzwertes. Ein Steuerungssystem zum Durchführen dieses Verfahrens und eine das Steuerungssystem enthaltende Windkraftanlage werden bereitgestellt.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Unterstützungssystem
16: Gondel
18: Rotor
20: drehbare Nabe
22: Rotorblätter
24: Blattfußabschnitt
26: Lastübertragungsbereiche
28: Richtung
30: Rotationsachse
32: Anstellungseinstellsystem
34: Anstellungsachsen
36: Steuerungssystem
38: Gierachse
40: Prozessor
42: elektrischer Generator
44: Rotorwelle
46: Getriebe
48: Hochdrehzahlwelle
50: Kupplung
52: Auflage
54: Auflage
56: Gierantriebsmechanismus
58: Meteorologischer Mast
60: vorderes Unterstützungslager
62: hinteres Unterstützungslager
64: Antriebsstrang
66: Anstellungsanordnung
70: Sensor
72: Anstellungslager
74: Anstellungsantriebsmotor
76: Anstellungsantriebsgetriebe
78: Anstellungsantriebsritzel
80: Überdrehzahlsteuerungssystem
82: Kabel
84: Stromgenerator
86: Innenraum
88: Innenoberfläche
90: Außenoberfläche
116: Längsachse
100: Verfahren
101: Ermitteln eines aktuellen Wertes
102: Ermitteln eines aktuellen Wertes
103: Abschätzen
104: Einstellen
105: Regeln
700: Windgeschwindigkeit
703: erster Drehzahlgrenzwert
704: zweiter Drehzahlgrenzwert
705: variabler Drehzahlgrenzwert
700: Rotordrehzahl
708: Rotordrehzahl
710: Nenndrehzahl des Rotors

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage, wobei die Windkraftanlage einen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt enthält, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ermitteln eines aktuellen Wertes von wenigstens einer von einer einen Fehlerzustand der Windkraftanlage anzeigenden ersten Variablen und einer mit einem Status der Windkraftanlage oder einem Umgebungsstatus korrelierten zweiten Variablen der Windkraftanlage; Abschätzen eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustands der Windkraftanlage aus wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten, wobei ein variabler Drehzahlgrenzwert auf der Basis des Ergebnisses der Abschätzung angepasst wird; und Betreiben der Windkraftanlage unter Berücksichtigung des variablen Drehzahlgrenzwertes.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Variable einen von einem Stromausfallereignis, einer Verbiegung von einem oder mehreren Rotorblättern, einem Blattversatz oder einem Anstellungsfehler entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Variable einer von einer Windgeschwindigkeit und einer Windrichtung an der Windkraftanlage, einer Stromabgabe, der Rotordrehzahl oder der Rotorbeschleunigung der Windkraftanlage entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Windkraftanlage unter Berücksichtigung einer Kombination des variablen Drehzahlgrenzwertes und wenigstens eines von einem zusätzlichen vorbestimmten ersten und zweiten Drehzahlgrenzwert betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage auf einer Kombination der ersten Variablen und wenigstens einer von einer anderen ersten Variablen und der zweiten Variablen basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abschätzung auf einer Kombination der zweiten Variablen und wenigstens einer von einer anderen zweiten Variablen und der ersten Variablen basiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage die Schritte der Identifizierung einer zukünftigen Rotordrehzahl auf der Basis von wenigstens einem von den ermittelten aktuellen Werten von wenigstens einer von der ersten und zweiten Variablen aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abschätzung eines Auftretens eines schädlichen Überdrehzahlzustandes der Windkraftanlage zusätzlich den Schritt des Vergleichs der identifizierten Rotordrehzahl mit einem vorgewählten Rotordrehzahlwert aufweist.
Steuerungssystem zur Verwendung mit einer Windkraftanlage, wobei das Steuerungssystem dafür eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche anzuwenden.
Windkraftanlage, aufweisend: a) einen Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt; und b) ein Steuerungssystem zum Betreiben der Windkraftanlage nach Anspruch 9.