DE102014111841A1

DE102014111841A1 - Verfahren und Systeme zur Erfassung eines Rotorblattschadens einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102014111841A1
Application number: DE102014111841.3A
Authority: DE
Inventors: Leonardo Cesar Kammer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: GENERAL ELECTRIC RENOVABLES ESPANA, S.L., ES
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2015-02-19
Also published as: US20150050143A1; DK201470500A1; CA2858702A1; DK178952B1; US10371123B2; CA2858702C

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zur Erfassung eines Schadens an einem Rotorblatt (24) in einer Windkraftanlage (10) hierin bereitgestellt. Ein Überwachungssystem (58) enthält ein Filtermodul (108) und ein Schadenermittlungsmodul (112). Das Filtermodul ist für die Ermittlung einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage eingerichtet. Das Schadenermittlungsmodul ist für den Vergleich der ermittelten Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente eingerichtet.

Description

HINTERGRUND
Gegenstand der vorliegenden Erfindungsgegenstand sind allgemein Windkraftanlagen und insbesondere Verfahren und Systeme zur Erfassung von Leistungsschwächen von Windkraftanlagenblättern.
Windkraftanlagen befinden sich im Allgemeinen in zur Gewinnung von Windenergie geeigneten ländlichen Umgebungen. Mit der Verbesserung der Windkraftanlagentechnologie nehmen die Rotorblätter kontinuierlich in der Größe zu und sind näher an den Materialgrenzwerten bekannter Windkraftanlagen ausgelegt. Somit sind bekannte Windkraftanlagen für Schäden aus mehreren Quellen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Blitzschläge, Vereisung und/oder durch schwankende Windbedingungen ausgelöste Ermüdungsbelastungen anfällig.
Wenigstens einige bekannte Schadenserfassungssysteme können einen Blitzschlag oder das Vorliegen eines Eisaufbaus messen. Derartige Erfassungssysteme überwachen jedoch nicht, ob ein Rotorblatt durch ein Schadensereignis beschädigt worden ist. Wenn ein Rotorblatt beschädigt ist, arbeitet es mit einem verringerten Energiegewinnungspotential. Wenigstens einige bekannte Windkraftanlagen sind so ausgeführt, dass sie eine Lastbeaufschlagung des unwuchtigen Rotorblattes verringern, was zu verringerter Energiegewinnung und reduziertem Wirkungsgrad der Windkraftanlage führt.
Demzufolge beinhaltet wenigstens ein bekanntes Prüfverfahren für eine Beschädigung an einem Rotorblatt eine visuelle Inspektion der Rotorblattoberfläche durch Wartungspersonal auf Risse und ähnliche Beschädigung. Die visuelle Inspektion beinhaltet oft, dass das Wartungspersonal die Rotorblätter mittels Ferngläsern aus der Ferne inspiziert. Ein weiteres bekanntes Inspektionsverfahren beinhaltet die Demontage der Rotorblätter von der Windkraftanlage und die Durchführung eingehenderer Inspektionen in einem Inspektionszentrum. Derartige bekannte Verfahren können zeitaufwendig, ineffizient und ineffektiv bei der Erkennung eines Schadens unter der Oberfläche an einem Rotorblatt sein.
KURZBESCHREIBUNG
In einem Aspekt wird ein Überwachungssystem zur Erfassung eines Rotorblattschadens in einer Windkraftanlage bereitgestellt. Das Überwachungssystem enthält ein Filtermodul und ein Schadenermittlungsmodul. Das Filtermodul ist für die Ermittlung einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage eingerichtet. Das Schadenermittlungsmodul ist für den Vergleich der ermittelten Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente eingerichtet.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Erfassen eines Rotorblattschadens in einer Windkraftanlage bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet den Schritt der Ermittlung einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage unter Verwendung eines Filtermoduls und des Vergleichs der ermittelten Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird eine computerlesbare Speichervorrichtung mit darauf codierten computerlesbaren Instruktionen bereitgestellt, die von einem Prozessor ausgeführt werden können, um Funktionen einschließlich der Ermittlung einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage zu ermitteln und die ermittelte Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente zu vergleichen. Die Instruktionen veranlassen ferner den Prozessor, Funktionen einschließlich der Ermittlung durchzuführen, dass ein Schaden an wenigstens einem Windkraftanlagenrotorblatt vorliegt, wenn die ermittelte Amplitude der 1P-Frequenzkomponente größer als ein Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente ist.
ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Windkraftanlage ist;
2 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Teils der in 1 dargestellten Windkraftanlage ist;
3 eine Blockdarstellung eines exemplarischen Überwachungssystems ist, das bei der in den 1 und 2 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann;
4 eine Funktionsblockdarstellung eines Abschnittes des in 3 dargestellten Überwachungssystems ist;
5 eine Funktionsblockdarstellung eines exemplarischen Filtermoduls ist, das bei dem in 4 dargestellten Überwachungssystem verwendet werden kann; und
6 eine Funktionsblockdarstellung eines alternativen exemplarischen Filtermoduls ist, das mit dem Abschnitt des in 4 dargestellten Überwachungssystems verwendet werden kann.
Sofern nicht anderweitig angegeben, sollen die hierin bereitgestellten Zeichnungen Merkmale von Ausführungsformen der Offenlegung veranschaulichen. Diese Merkmale gelten als in breiten Vielfalt von Systemen anwendbar, die eine oder mehrere Ausführungsformen der Offenlegung aufweisen. Somit enthalten die Zeichnungen nicht alle dem Fachmann bekannten Merkmale, die für die praktische Ausführung der hierin Offengelegten Ausführungsformen erforderlich sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der nachstehenden Beschreibung und den Ansprüchen wird Bezug auf eine Anzahl von Begriffen Bezug genommen, welche gemäß Definition die folgenden Bedeutungen haben sollen.
Die Singularformen "einer, eine, eines" und "der, die, das" beinhalten Plural-Referenzen, soweit es der Kontext nicht deutlich anders vorgibt.
"Optional" oder in "in optionaler Weise" bedeutet, das anschließend beschriebene Ereignis oder der Umstand eintreten können oder auch nicht, und dass die Beschreibung Fälle beinhaltet, in welches das Ereignis eintritt, und Fälle, in welches das Ereignis nicht eintritt.
Eine approximierende Ausdrucksweise, so wie sie hierin durchgängig durch die Patentschrift verwendet wird, kann angewendet werden, um jede quantitative Darstellung zu modifizieren, die erlaubterweise variieren kann, ohne zu einer Veränderung in der Grundfunktion zu führen, auf welche sie sich bezieht. Demzufolge ist ein durch einen Begriff oder Begriffe wie z.B. "etwa" oder "im Wesentlichen" modifizierter Wert nicht auf den angegebenen genauen Wert beschränkt. In wenigstens einigen Fällen kann die approximierende Ausdrucksweise der Genauigkeit eines Instrumentes zum Messen des Wertes entsprechen. Hier und durch die gesamte Beschreibung und die Ansprüche hindurch können Bereichseinschränkungen kombiniert und/oder vertauscht werden, wobei derartige Bereiche identifiziert werden und alle darin enthaltenen Unterbereiche beinhalten, sofern nicht Kontext und Ausdrucksweise anderes angeben.
Ferner sollen Bezugnahmen auf eine "Implementation" oder eine "Ausführungsform" des hierin beschrieben Erfindungsgegenstandes nicht als Ausschluss des Vorliegens zusätzlicher Implementationen interpretiert werden, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten.
Das hierin beschriebene Überwachungssystem stellt ein kosteneffektives Verfahren zum Überwachen des Betriebsverhaltens eines Windkraftanlagenblattes dar. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen die Überwachung von Rotorblättern für mehrere über relativ große Abstände verteilte Windkraftanlagen, während gleichzeitig eine rasche Schadenserfassung und Meldung an ein zentrales Überwachungssystem ermöglicht wird. Insbesondere ermitteln die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren eine Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage unter Anwendung eines Filtermoduls und vergleichen die ermittelte Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente. Wenn die gemessene 1P-Amplitude den Schwellenwert überschreitet, ermittelt das Überwachungssystem, dass ein Schaden an wenigstens einem Rotorblatt der Windkraftanlage vorliegt. Demzufolge erfassen das hierin beschriebene Überwachungssystem und Verfahren Anomalien in Schwingungen in einer Windkraftanlage und alarmieren ein zentrales Überwachungssystem über einen möglichen Blattschaden. Somit können Betriebslebensdauer und Wirkungsgrad von einer oder mehreren Windkraftanlagenkomponenten verlängert werden.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Windkraftanlage 10. Die hierin beschriebene und dargestellte Windkraftanlage 10 ist ein Windkraftanlagengenerator zum Erzeugen von elektrischem Strom aus Windenergie. Ferner beinhaltet die hierin beschriebene und dargestellte Windkraftanlage 10 eine Horizontal-Achsen-Ausführungsform, wobei jedoch in einigen Ausführungsformen die Windkraftanlage 10 zusätzlich oder alternativ zu der Horizontal-Achsen-Gestaltung eine (nicht dargestellte) Vertikal-Achsen-Gestaltung haben kann. Die Windkraftanlage 10 kann mit einer (in 1 nicht dargestellten) elektrischen Last, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, einem Stromnetz zur Aufnahme von elektrischem Strom daraus zum Antriebsbetrieb der Windkraftanlage 10 und/oder ihrer zugeordneten Komponenten und/oder zur Lieferung von der Windkraftanlage 10 erzeugten elektrischem Strom daran verbunden sein. Obwohl nur eine Windkraftanlage 10 in den 1 und 2 dargestellt ist, können in einigen Ausführungsformen mehrere Windkraftanlagen 10 zusammengefasst sein, was manchmal als ein "Windpark" bezeichnet wird.
Die Windkraftanlage 10 enthält einen Körper oder eine Gondel 12 und einen insgesamt mit 14 bezeichneten Rotor, der mit der Gondel 12 zur Drehung in Bezug auf die Gondel 12 um eine Rotationsachse 20 verbunden ist. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Gondel 12 auf einem Turm 16 montiert. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen zusätzlich zu oder alternativ zu einer turmmontierten Gondel 12 die Gondel 12 in der Nähe des Bodens und/oder einer Wasseroberfläche positioniert sein. Die Höhe des Turms 16 kann jede geeignete Höhe sein, die eine Funktion der Windkraftanlage 10 wie hierin beschrieben ermöglicht. Der Rotor 14 enthält eine Nabe 22 und mehrere Blätter 24 (manchmal als "Flügel" bezeichnet), die sich radial von der Nabe 22 nach außen erstrecken, um Windenergie in Rotationsenergie umzuwandeln. Obwohl der Rotor 14 hierin als einer mit drei Blättern 24 beschrieben und dargestellt ist, kann der Rotor 14 jede beliebige Anzahl von Blättern 24 haben, die einen Betrieb der Windkraftanlage 10 wie hierin beschrieben ermöglichen. Die Blätter 24 können jeweils jede Länge haben, die eine Funktion der Windkraftanlage 10 wie hierin beschrieben ermöglicht. Beispielsweise sind in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Blätter 24 etwa einen halben Meter lang, während in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Blätter 24 ca. 50 m lang sind. Weitere Beispiele von Längen des Blattes 24 beinhalten 10 m oder weniger, ca. 20 m, ca. 37 m und ca. 40 m. Noch weitere Beispiele beinhalten Blätter zwischen ca. 50 und ca. 100 m Länge und Rotorblätter mit mehr als 100 m Länge.
Unabhängig davon, wie die Blätter 24 in 1 dargestellt sind, kann der Rotor 14 Blätter 24 jeder beliebigen Form haben und kann Blätter 24 jedes beliebigen Typs und/oder jeder beliebigen Anordnung unabhängig davon haben, ob eine derartige Form, Typ und/oder Anordnung hierin beschrieben und/oder dargestellt wird. Ein Beispiel eines anderen Typs, Form und/oder Anordnung der Blätter 24 ist eine Darrieus-Windkraftanlage, welche manchmal als eine "Schneebesen"-Turbine bezeichnet wird. Noch ein weiteres Beispiel eines anderen Typs, Form und/oder Anordnung der Blätter 24 ist eine Savonius-Windkraftanlage. Ferner kann die Windkraftanlage 10 in einigen Ausführungsformen eine Windkraftanlage mit einem Rotor 14 sein, der im Wesentlichen gegen die Windrichtung zur Gewinnung von Windenergie zeigt, und/oder kann eine Windkraftanlage mit einem Rotor 14 sein, der im Wesentlichen zur Gewinnung von Energie in Windabwärtsrichtung zeigt. Natürlich kann in jeder von den Ausführungsformen der Rotor 14 nicht genau gegen die Windrichtung und/oder in die Windrichtung zeigen, sondern kann im Wesentlichen in einen beliebigen Winkel (welcher variabel sein kann) in Bezug auf eine Windrichtung zum Gewinnen von Energie daraus zeigen.
2 ist eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines Abschnittes einer Windkraftanlage 10. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 einen elektrischen Generator 26, der mit dem Rotor 14 zum Erzeugen von elektrischem Strom aus der durch den Rotor 14 erzeugten Rotationsenergie verbunden ist. Der Generator 26 kann jeder beliebige geeignete Typ von elektrischem Generator sein wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, ein Wickelrotor-Induktionsgenerator, ein doppelt gespeister Induktionsgenerator (DFIG), welcher auch als Doppeltspeisungsasynchrongenerator bekannt ist), ein Permanentmagnet-(PM)-Synchrongenerator, ein elektrisch erregter Synchrongenerator (EESG) und ein geschalteter Reluktanzgenerator. Der Generator 26 enthält einen (nicht dargestellten) Stator und einen (nicht dargestellten) Rotor mit einem dazwischen definierten Luftspalt. Der Rotor 14 enthält eine (auch als eine "Niederdrehzahlwelle" bezeichnete) Rotorwelle 28, die mit der Rotornabe 22 zur Drehung damit verbunden ist. Der Generator 26 ist mit der Rotorwelle 28 dergestalt verbunden, dass eine Rotation der Rotorwelle 28 eine Rotation des Generatorrotors und daher den Generator 26 antreibt. In der exemplarischen Ausführungsform hat der Generatorrotor eine (auch als eine "Hochdrehzahlwelle" bezeichnete) Generatorwelle 30, die damit und mit der Rotorwelle 28 dergestalt verbunden ist, dass die Rotation der Rotorwelle 28 die Rotation des Generatorrotors antreibt. In weiteren Ausführungsformen ist der Generatorrotor direkt mit der Rotorwelle 28 verbunden, was manchmal als eine "Direktantrieb-Windkraftanlage" bezeichnet wird. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Generatorwelle 30 mit der Rotorwelle 28 über ein Getriebe 32 verbunden, obwohl in anderen Ausführungsformen die Generatorwelle 30 direkt mit der Rotorwelle 28 verbunden ist. Der Generator 26, der Rotor 28, die Generatorwelle 30, das Getriebe 32 und jede beliebige zugeordnete Befestigung, Unterstützung und/oder Sicherungsvorrichtung(en) werden manchmal als ein Antriebsstrang 33 bezeichnet.
Das Drehmoment des Rotors 14 treibt den Generatorrotor an, um dadurch Wechselstrom mit variabler Frequenz aus der Drehung des Rotors 14 zu erzeugen. Der Generator 26 induziert ein Luftspaltdrehmoment zwischen dem Generatorrotor und dem Stator, das dem Drehmoment des Rotors 14 entgegenwirkt. Eine Stromumwandlungsanordnung 34 ist mit dem Generator 26 verbunden, um den Wechselstrom mit variabler Frequenz in einen Wechselstrom mit fester Frequenz zur Zuführung an eine (in 2 nicht dargestellte) elektrische Last, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, an ein mit dem Generator 26 verbundenes (in 2 nicht dargestelltes) Stromnetz zu liefern. Die Stromumwandlungsanordnung 34 kann nur einen Frequenzwandler oder mehrere Frequenzwandler enthalten, die dafür eingerichtet sind, von dem Generator 26 erzeugte Elektrizität in Elektrizität umzuwandeln, die zur Lieferung über das Stromnetz geeignet ist. Die Stromumwandlungsanordnung 34 kann hierin als ein Stromwandler bezeichnet werden. Die Stromumwandlungsanordnung 34 kann irgendwo innerhalb oder entfernt von der Windkraftanlage 10 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Stromumwandlungsanordnung 34 in einem (nicht dargestellten) Fuß des Turms 16 angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen enthält die Windkraftanlage 10 einen Rotordrehzahlbegrenzer, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, eine Scheibenbremse 36. Die Scheibe 36 bremst die Drehung des Rotors 14 zur Verlangsamung der Rotation des Rotors 14, um den Rotor 14 gegenüber dem vollen Winddrehmoment abzubremsen und/oder um die Erzeugung von elektrischem Strom aus dem elektrischen Generator 26 zu verringern. Ferner enthält die Windkraftanlage 10 in einigen Ausführungsformen ein Gier-System 38, um die Gondel 12 um eine (auch als eine "Gier-Achse 40" bezeichnete) Rotationsachse 40 zu drehen, um eine Gier-Stellung des Rotors 14 zu verändern, und um insbesondere eine von dem Rotor 14 zu sehende Richtung zu verändern, um einen Winkel zwischen der von dem Rotor 14 zu gesehenen Richtung und einer Richtung des Windes zu verändern.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 ein Blattanstellungssystem 42 zum Steuern und/oder Verändern eines Anstellwinkels der Blätter 24 in Bezug auf eine Windrichtung. Das Blattanstellungssystem 42 ist mit der Nabe 22 und den Blättern 24 zum Verändern des Anstellwinkels der Blätter 24 durch Drehen der Blätter 24 in Bezug auf die Nabe 22 verbunden.
3 ist eine Blockdarstellung eines exemplarischen Überwachungssystems 58, das bei der in den 1 und 2 dargestellten Windkraftanlage 10 verwendet werden kann. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 eine oder mehrere Systemsteuerungseinrichtungen 44, die mit wenigstens einer Komponente der Windkraftanlage 10 verbunden sind, um im Wesentlichen den Betrieb der Windkraftanlage 10 und/oder den Betrieb ihrer Komponenten unabhängig davon, ob derartige Komponenten hierin beschrieben und/oder dargestellt sind, zu steuern. Beispielsweise ist eine Systemsteuerungseinrichtung 44 mit dem Anstellungssystem 42 verbunden, um im Wesentlichen die Anstellung der Blätter 24 zu steuern. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Systemsteuerung 44 in der (in 2 dargestellten) Gondel 12 montiert. Jedoch können zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere Systemsteuerungseinrichtungen 44 entfernt von der Gondel 12 und/oder von anderen Komponenten der Windkraftanlage 10 angeordnet sein. Die Systemsteuerungen 44 können zur Überwachung des Gesamtsystems und zur Steuerung einschließlich, jedoch ohne Beschränkung darauf, der Anstellungs- und Drehzahlregelung, der Generatorwellen- und Gier-Bremsenbetätigung, der Gier- und Pumpmotoranwendung und/oder zur Fehlerüberwachung vorhanden sein. Alternative verteilte oder zentralisierte Steuerungsarchitekturen können in einigen Ausführungsformen verwendet werden.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 mehrere Sensoren, wie z.B. die Sensoren 52, 54 und/oder 56. Die Sensoren 52, 54 und/oder 56 messen eine Vielfalt von Zuständen einschließlich, jedoch ohne Beschränkung darauf, Betriebszuständen und Atmosphärenzuständen. Die Sensoren 52, 54 und/oder 56 können jeder beliebige geeignete Sensor mit jeder beliebigen geeigneten Lage innerhalb oder entfernt von der Windkraftanlage 10 sein, die eine Funktion der Windkraftanlage 10 wie hierin beschrieben ermöglichen. In einigen Ausführungsformen sind die Sensoren 52, 54 und/oder 56 mit der Systemsteuerungseinrichtung 44 zur Übertragung von Messwerten an die Systemsteuerungseinrichtung 44 für ihre Verarbeitung verbunden.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 ein Überwachungssystem 58, das zur Überwachung von Blättern 24 auf Schäden eingerichtet ist. Insbesondere ist in der exemplarischen Ausführungsform das Überwachungssystem 58 zur Erfassung einer Verringerung im aerodynamischen Wirkungsgrad von wenigstens einem der Blätter 24 eingerichtet. Wenn die Blätter 24 aerodynamisch ausgewuchtet sind und korrekt arbeiten, werden die Rotordrehzahl und die elektrischen Stromsignale von einem 3P-Inhalt dominiert, wobei P eine Frequenzkomponente repräsentiert, die der Rotationsfrequenz des Rotorblattsystems entspricht, und die 1P-Komponente eine Frequenzkomponente repräsentiert, die einer Rotorblattumdrehungsperiode entspricht. Die 3P-Komponente repräsentiert eine Frequenzkomponente, wenn drei Rotorblätter mit der Rotorrotationswelle verbunden sind. Das Vorliegen einer signifikanten 1P-Komponente zeigt an, dass sich eines von den Blättern gegenüber den anderen zwei Blättern anders verhält.
Die Systemsteuerungseinrichtung 44 enthält einen Prozessor 64, der funktionell mit einer Speichervorrichtung 66 zur Ausführung von Instruktionen verbunden ist. Der Prozessor 64 kann eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten (z.B. in einer Mehrfachkernanordnung) enthalten. In einigen Ausführungsformen sind ausführbare Instruktionen in der Speichervorrichtung 66 gespeichert. Die Systemsteuerungseinrichtung 44 ist so einstellbar, dass sie eine oder mehrere hierin beschriebene Operationen durch Programmierung des Prozessors 64 durchführt. Beispielsweise kann der Prozessor 64 programmiert werden, indem eine Operation als eine oder mehrere ausführbare Instruktionen codiert und die ausführbaren Instruktionen in der Speichervorrichtung 66 bereitgestellt werden. In der exemplarischen Ausführungsform besteht die Speichervorrichtung 66 aus einer oder mehreren Vorrichtungen, die das Speichern und Wiederauslesen von Information, wie z.B. ausführbaren Instruktionen und/oder anderen Daten, ermöglichen. Die Speichervorrichtung 66 kann ein oder mehrere computerlesbare Medien, wie z.B., jedoch ohne Beschränkung darauf, einen Arbeitsspeicher (RAM), einen dynamischen Arbeitsspeicher (DRAM), einen statischen Arbeitsspeicher (SRAM), eine Festkörperplatte, eine Festplatte, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren ROM (EPROM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM) und/oder einen nicht-flüchtigen RAM (NVRAM-Speicher) enthalten. Die vorgenannten Speichertypen sind lediglich exemplarisch und somit bezüglich der Speichertypen, die zur Speicherung eines Computerprogramms verwendbar sind, nicht einschränkend.
Wie hierin verwendet, sind der Begriff "Computer" und verwandte Begriffe, wie z.B. "Berechnungsvorrichtung" nicht auf eine in der Technik als Computer bezeichnete integrierte Schaltung beschränkt, sondern beziehen sich breit gefasst auf einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine programmierbare logische Steuerung (PLC), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), und andere in 3 nicht dargestellte Schaltung, und diese Begriffe hierin austauschbar verwendet.
Ferner sind, wie hierin verwendet, die Begriffe "Software" und "Firmware" austauschbar und beinhalten jedes im Speicher gespeicherte Computerprogramm zur Ausführung durch Personal Computer, Workstations, Clients und Server.
Ferner beinhaltet, so wie hierin verwendet, der Begriff "nicht-flüchtiges computerlesbares Medium" alle berührbaren computerlesbaren Medien, wie z.B. Firmware, Floppy Disk, CD-ROMs, DVDs und andere digitalen Quellen, wie z.B. ein Netzwerk oder das Internet, sowie noch zu entwickelnde digitale Einrichtungen mit der einzigen Ausnahme, dass sie ein vergängliches sich ausbreitendes Signal sind.
Die Speichervorrichtung 66 kann dafür eingerichtet sein, Betriebsmesswerte einschließlich, jedoch ohne Einschränkung, Echtzeit- und historische Schwingungswerte und/oder jeden anderen Datentyp zu speichern. In einigen Ausführungsformen entfernt oder "reinigt" der Prozessor 64 Daten aus der Speichervorrichtung 66 auf der Basis des Alters der Daten. Beispielsweise kann der Prozessor 64 zuvor aufgezeichnete und gespeicherte Daten zugeordnet zu einem nachfolgenden Zeitpunkt und/oder Ereignis überschreiben. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor 64 Daten entfernen, die ein vorbestimmtes Zeitintervall überschreiten. Die Speichervorrichtung 66 enthält auch ohne Einschränkung ausreichend Daten, Algorithmen und Befehle, um die Überwachung und Steuerung der Komponenten in einem Überwachungssystem zu ermöglichen.
So wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff "Echtzeit" auf wenigstens einen von dem Zeitpunkt des Auftretens der zugeordneten Ereignisse, dem Zeitpunkt der Messung und Sammlung vorbestimmter Daten, dem Zeitpunkt zur Verarbeitung der Daten und dem Zeitpunkt einer Systemantwort auf die Ereignisse und die Umgebung. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen treten diese Aktivitäten und Ereignisse im Wesentlichen sofort auf.
In einigen Ausführungsformen enthält die Systemsteuerungseinrichtung 44 eine mit dem Prozessor 64 verbundene Präsentationsschnittstelle 68. Die Präsentationsschnittstelle 68 präsentiert einem Benutzer Information, wie z.B. eine Benutzerschnittstelle und/oder einen Alarm. In einer Ausführungsform enthält die Präsentationsschnittstelle 68 einen (nicht dargestellten) Anzeigeadapter, der mit einer (nicht dargestellten) Anzeigevorrichtung, wie z.B. einer Kathodenstrahlröhre (CRT), einem Flüssigkristalldisplay (LCD), einer Anzeige mit organischen LEDs (OLED) und/oder einer Anzeige mit "elektronischer Tinte" verbunden ist. In einigen Ausführungsformen enthält die Präsentationsschnittstelle 68 eine oder mehrere Anzeigeeinrichtungen. Zusätzlich oder alternativ enthält die Präsentationsschnittstelle 68 eine (nicht dargestellte) Tonausgabeeinrichtung (z.B. einen Audioadapter und/oder einen Lautsprecher) und/oder einen (nicht dargestellten) Drucker. In einigen Ausführungsformen präsentiert die Präsentationsschnittstelle 68 einen der überwachten Windkraftanlage zugeordneten Alarm beispielsweise durch Nutzung einer (in 3 nicht dargestellten) Mensch/Maschine-Schnittstelle (HMI).
In einigen Ausführungsformen enthält die Systemsteuerungseinrichtung 44 eine Benutzereingabeschnittstelle 70. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Benutzereingabeschnittstelle 70 mit dem Prozessor 64 verbunden und empfängt Eingaben von einem Benutzer. Die Benutzereingabeschnittstelle 70 kann beispielsweise eine Tastatur, eine Zeigevorrichtung, eine Maus, einen Stift, eine berührungsempfindliche Platte, z.B., ohne Einschränkung, ein Touchpad oder einen Touchscreen und/oder eine Toneingabeschnittstelle, z.B., ohne Einschränkung, ein Mikrophon enthalten. Eine einzelne Komponente, wie z.B. ein Touchscreen, können sowohl als Anzeigeeinrichtung der Präsentationsschnittstelle 68 als auch als Benutzereingabeschnittstelle 70 dienen.
Eine Kommunikationsschnittstelle 72 ist mit dem Prozessor 64 verbunden und dafür eingerichtet, mit einer oder mehreren Vorrichtungen, wie z.B. einem Sensor oder einer anderen Systemsteuerung 44, verbunden zu werden und Eingabe- und Ausgabeoperationen in Bezug auf derartige Vorrichtungen auszuführen, während sie gleichzeitig als ein Eingabekanal arbeitet. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 72 ohne Einschränkung einen drahtgebundenen Netzwerkadapter, einen drahtlosen Netzwerkadapter, einen mobilen Telekommunikationsadapter, einen seriellen Kommunikationsadapter und/oder einen parallelen Kommunikationsadapter enthalten. Die Kommunikationsschnittstelle 72 kann Daten von einer oder mehreren Vorrichtungen empfangen und/oder an diese senden. Beispielsweise kann eine Kommunikationsschnittstelle 72 einer Systemsteuerungseinrichtung 44 einen Alarm an die Kommunikationsschnittstelle 72 einer anderen Systemsteuerungseinrichtung 44 senden. Die Kommunikationsschnittstelle 72 kann auch Information von Sensoren 52, 54 und 56 und/oder anderen Sensoren empfangen.
Die Präsentationsschnittstelle 68 und/oder Kommunikationsschnittstelle 72 sind beide in der Lage, Information bereitzustellen, die zur Nutzung mit den hierin beschriebenen Verfahren (z.B. für einen Benutzer oder eine andere Vorrichtung) geeignet sind. Demzufolge können die Präsentationsschnittstelle 68 und die Kommunikationsschnittstelle 72 als Ausgabevorrichtungen bezeichnet werden. Ebenso sind die Benutzereingabeschnittstelle 70 und die Kommunikationsschnittstelle 72 in der Lage, zur Verwendung mit den hierin beschriebenen Verfahren geeignete Information zu empfangen und können auch als Eingabevorrichtungen bezeichnet werden.
4 ist eine Funktionsblockdarstellung eines Teils eines (in 3 dargestellten) Überwachungssystems 58. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Überwachungssystem 58 wenigstens teilweise durch die (in 3 dargestellte) Systemsteuerungseinrichtung 44 implementiert. Alternativ ist das Überwachungssystem 58 durch jedes beliebige geeignete System implementiert, das einen Betrieb der Windkraftanlage 10 wie hierin beschrieben ermöglicht.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält das Überwachungssystem 58 einen oder mehrere Sensoren 100, die funktionell mit einer oder mehreren Komponenten der Windkraftanlage 10 und/oder des Überwachungssystems 58 verbunden sind. Die Sensoren 100 messen Betriebszustände derartiger Komponenten und/oder messen andere Zustände. Insbesondere können die Sensoren 100 ohne Einschränkung einen oder mehrere Messwandler beinhalten, die dafür eingerichtet sind, jeden beliebigen geeigneten Betriebszustand in Zuordnung zu den (in 1 dargestellten) Blättern 24 zu messen, wie z.B. Auslenkung, Gierwinkel, Anstellung, Moment, Spannung, Belastung, Verdrehung, Schaden, Ausfall, Rotordrehmoment, Rotordrehzahl und/oder eine Anomalie des einer beliebigen Komponente der Windkraftanlage 10 zugeführten Stroms.
In der exemplarischen Ausführungsform ist jeder Sensor 100 in elektronischer Signalkommunikation mit einem Berechnungsmodul 104 verbunden, um wenigstens ein geeignetes eine oder mehrere gemessene Betriebsbedingungen repräsentierendes Betriebszustandssignal 102 an ein Berechnungsmodul 104 zur Bearbeitung zu übertragen. Insbesondere überträgt in der exemplarischen Ausführungsform wenigstens ein Sensor 100 ein eine gemessene Drehzahl des Rotors 14 (hierin als eine "Rotordrehzahl ω" bezeichnet) repräsentierendes Signal und/oder eine (hierin nachstehend als ein "Rotorazimutwinkelsignal θ") gemessene Rotorposition. Alternativ oder zusätzlich überträgt wenigstens ein Sensor 100 ein Signal, das eine gemessene Rotordrehzahl des Generators 26, eine gemessene Rotationsdrehzahl der Rotorwelle 24, eine gemessene Drehzahl der Hochdrehzahlwelle 30 und/oder eine gemessene Drehzahl jeder beliebigen geeigneten Komponente der Windkraftanlage 10 repräsentiert. Das Berechnungsmodul 104 sendet ein verarbeitetes Betriebszustandssignal 106 und/oder ein beliebiges anderes geeignetes Signal an das Filtermodul 108.
Das Filtermodul 108 führt eine Filterungsoperation an dem verarbeiteten Betriebszustandssignal 106 und/oder an jedem anderen empfangenen geeigneten Signal durch. Insbesondere ermittelt in der exemplarischen Ausführungsform das Filtermodul 108 eine Amplitude einer 1P-Komponente des gemessenen Betriebszustandes, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird. Das Filtermodul 108 überträgt ein 1P-Komponentensignal 110 an ein Schadenermittlungsmodul 112.
Das Schadenermittlungsmodul 112 vergleicht die ermittelte Amplitude der 1P-Komponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Komponenten, um Blattunzulänglichkeiten zu erfassen. Wenn alle drei Rotorblätter 24 aerodynamisch ausgewuchtet und relativ symmetrisch zueinander sind, ist dann die Amplitude bei der 1P-Komponente für den elektrischen Strom des Generators und/oder die Rotordrehzahl im Wesentlichen Null, d.h., der Strom und die Drehzahl schwanken nicht mit dieser speziellen 1P-Komponente. Wenn eines von den Blättern 24 beschädigt ist, wird dann die Energie beobachtet, wenn das Signal für den Strom oder das Signal für die Drehzahl bei dieser speziellen Frequenz betrachtet wird. Demzufolge ist, wenn die ermittelte Amplitude der 1P-Frequenz den Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenz überschreitet, die Windkraftanlage 10 dafür eingerichtet, einen Anomaliealarm an ein zentrales Überwachungssystem zu senden. Die Anomaliealarme können in dem Speicher 66 gespeichert werden und können ferner ohne Einschränkung eine Drehmomentabweichung, eine Leitungsfehlerspannung, einen Fehlerstrom, eine Leitungsausfallfrequenz, einen asymmetrischen Generatorstrom, eine Schaltschrankübertemperaturwarnung, einen Netzspannungsabfall, eine Rückmeldungsfehler-Schaltkreisunterbrechung oder andere Anomalien in dem Betrieb der Windkraftanlage 10 beinhalten. Im Speicher 66 gespeicherte Betriebsdaten und/oder Anomaliealarme können an das zentrale Überwachungssystem auf verschiedene geeignete Arten, wie z.B. mittels eines Netzwerkes und/oder eines computerlesbaren Mediums usw. übertragen werden. Ein Anomaliealarm zeigt dem zentralen Überwachungssystem an, dass die Integrität von einem der Rotorblätter 24 beeinträchtigt sein kann. Insbesondere zeigt ein Anomaliealarm an, dass eines von den Rotorblättern 24 weniger Strom als andere Turbinenblätter 24 erzeugt, was ein Arbeiten der Windkraftanlage 10 bei verringertem Wirkungsgrad bewirkt.
5 ist eine funktionale Blockdarstellung eines (in 4 dargestellten) exemplarischen Filtermoduls 108, das mit dem Teil des (in 4 dargestellten) Überwachungssystems verwendet werden kann. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Filtermodul 108 ein phasenstarr gekoppeltes(PLL-)Filter 180. Das PLL-Filter 180 ist als eine Vielzahl von Funktionsblöcken in einem Prozessor, wie z.B. dem(n) (in 3 dargestellten) Prozessor(en) 64 ausgebildet. Zur Verdeutlichung ist das PLL-Filter 180 außerhalb der Systemsteuerungseinrichtung 14 dargestellt. Jedoch kann das PLL-Filter 180 in alternativen Ausführungsformen innerhalb des Prozessors bzw. der Prozessoren 64 angeordnet sein.
In der exemplarischen Ausführungsform empfängt das PLL-Filter 180 ein Betriebszustandsmesswertsignal 106 für wenigstens einen Windkraftanlagen-Betriebszustand. Insbesondere empfängt das PLL-Filter 180 einen Messwert für die Rotordrehzahl und/oder den elektrischen Strom des Generators. Das Betriebszustandsmesswertsignal 106 wird in ein Hochpassfilter 200 zum Verringern der Amplitude von Signalen mit niedrigerer Frequenz als einer Grenzfrequenz eingegeben. Das Hochpassfilter 200 gibt ein gefiltertes Messwertsignal 202 an einen ersten Multiplizierer 204 und zweiten Multiplizierer 206 aus.
In der exemplarischen Ausführungsform empfängt das PLL-Filter 180 auch Rotorpositionsdaten. Insbesondere empfängt das PLL-Filter 180 ein Azimutwinkelsignal θ von (in 4 dargestellten) Sensoren 100. Das Rotorazimutwinkelsignal (θ) wird in einen Sinusblock 208 und einen Cosinusblock 210 eingegeben, welche den Sinus- bzw. Cosinus des Rotorazimutwinkels berechnen.
Ein Ausgangssignal 212 des Sinusblockes 208 wird in den ersten Multiplizierer 204 eingegeben und ein Ausgangssignal 214 des Cosinusblocks 210 wird in den zweiten Multiplizierer 206 eingegeben. Der erste und zweite Multiplizierer 204 und 206 führen Berechnungen durch und geben ein erstes Multipliziererausgangssignal 216 bzw. ein zweites Multipliziererausgangssignal 218 aus. Jedes von dem ersten und zweiten Multipliziererausgangssignal 216 und 218 hat einen Mittelwert von einer Hälfte der Amplitude der 1P-Oszillation bei orthogonalen Komponenten der Ursprungsoszillation.
Das erste und zweite Multipliziererausgangssignal 216 und 218 werden in ein erstes Tiefpassfilter 220 bzw. ein zweites Tiefpassfilter 222 eingegeben. Das erste und zweite Tiefpassfilter 220 und 222 verringern die Amplitude von Signalen mit höheren Frequenzen als die der vorbestimmten Grenzfrequenz. Das erste Tiefpassfilter 220 gibt ein erstes gefiltertes Multiplizierersignal 224 aus und das zweite Tiefpassfilter 222 gibt ein zweites gefiltertes Multiplizierersignal 226 aus. Nach der Tiefpassfilterung bleiben nur die Mittelwerte in den ersten und zweiten gefilterten Multiplizierersignalen 224 und 226 übrig. Das erste gefilterte Multiplizierersignal 224 wird dann in einen ersten Quadrierungs-Funktionsblock 228 eingegeben. Das zweite gefilterte Multiplizierersignal 226 wird in einen zweiten Quadrierungs-Funktionsblock 230 eingegeben. Ein Ausgangssignal 232 des ersten Quadrierungs-Funktionsblockes 228 und ein Ausgangssignal 234 des zweiten Quadrierungs-Funktionsblockes 230 werden in einem Summierpunkt 236 summiert. Ein Quadratwurzel-Funktionsblock 238 zieht die Quadratwurzel der Summe und multipliziert sie mit 2, um eine absolute Größe der ursprünglichen Oszillation bei der 1P-Frequenz zu erhalten.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm eines (in 4 dargestellten) exemplarischen Filtermoduls 108, das mit dem Teil des in 4 dargestellten Überwachungssystems 58 verwendet werden kann. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Filtermodul 108 ein Bandpassfilter 190. In der exemplarischen Ausführungsform ist das Bandpassfilter 190 als eine Vielzahl von Funktionsblöcken in einem Prozessor, wie z.B. einem (in 3 dargestellten) Prozessor(en) 64 eingerichtet. Zur Verdeutlichung ist das Bandpassfilter 190 außerhalb der Systemsteuerungseinrichtung 44 dargestellt. Jedoch könnte das Bandpassfilter 190 in alternativen Ausführungsformen innerhalb des Prozessors bzw. der Prozessoren 64 eingerichtet sein.
In der exemplarischen Ausführungsform empfängt das Bandpassfilter 190 das Betriebszustandsmesswertsignal 106 für wenigstens einen Windkraftanlagen-Betriebszustand. Insbesondere empfängt das Bandpassfilter 190 in der exemplarischen Ausführungsform einen Messwert für die Rotordrehzahl und/oder den elektrischen Strom des Generators. Das Betriebszustandsmesswertsignal 106 wird in ein variables Bandpassfilter 300 eingegeben.
In der exemplarischen Ausführungsform empfängt das Bandpassfilter 190 auch Rotordrehzahldaten. Insbesondere empfängt das Bandpassfilter 190 eine Rotordrehzahl ω. Das Rotordrehzahlsignal ω wird in das variable Bandpassfilter 300 eingegeben.
Das variable Bandpassfilter 300 ist dafür eingerichtet, Frequenzen zwischen vorbestimmten oberen und unteren Grenzfrequenzen hindurchzulassen und Frequenzen außerhalb dieses Bereichs zu unterdrücken. Das variable Bandpassfilter 300 filtert den gemessenen Betriebszustand in einem schmalen Frequenzbereich in der Nähe der Rotordrehzahl. Das variable Bandpassfilter 300 gibt ein gefiltertes Messwertsignal 302 an einen Quadrierungs-Funktionsblock 304 aus.
Der Quadrierungs-Funktionsblock 304 quadriert mathematisch das gefilterte Messwertsignal 302 und gibt ein quadriertes Messwertsignal 306 an ein Tiefpassfilter 308 aus. Das Tiefpassfilter 308 filtert und verringert die Amplitude von Signalen mit höheren Frequenzen als die der vorbestimmten Grenzfrequenz und gibt ein gefiltertes Signal 310 aus. Nach der Tiefpassfilterung bleiben nur die Mittelwertsignale in dem gefilterten Signal übrig. Das gefilterte Signal 310 wird dann in einen Quadratwurzel-Funktionsblock 312 eingegeben, der das gefilterte Signal 310 mit 2 multipliziert und eine Quadratwurzel des resultierenden Produktes berechnet, um die Amplitude der 1P-Komponente des gemessenen Betriebszustandes zu ermitteln.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen stellen ein Überwachungssystem zum Erfassen eines Rotorblattschadens in einer Windkraftanlage bereit. Das Überwachungssystem ermittelt die Amplitude einer 1P Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage unter Verwendung eines Filtermoduls und vergleicht die ermittelte Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente. Wenn die gemessene 1P-Amplitude den Schwellenwert überschreitet, ermittelt das Überwachungssystem, dass ein Schaden an wenigstens einem Rotorblatt der Windkraftanlage vorliegt. Demzufolge erfassen das hierin beschriebene Überwachungssystem und Verfahren Anomalien in Schwingungen in einer Windkraftanlage und alarmieren ein zentrales Überwachungssystem über einen möglichen Blattschaden. Somit können Betriebslebensdauer und Wirkungsgrad von einer oder mehreren Windkraftanlagenkomponenten verlängert werden.
Eine technische Auswirkung der hierin beschriebenen Systeme, Verfahren und Vorrichtung beinhaltet wenigstens eines von: (a) Ermitteln einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes einer Windkraftanlage unter Verwendung eines Filtermoduls; und (b) Vergleichen der ermittelten Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente.
Exemplarische Ausführungsformen eines Windkraftanlage-Überwachungssystems und eines Verfahrens zum Erfassen eines Rotorblattschadens in einer Windkraftanlage sind vorstehend im Detail beschrieben. Die Ausführungsformen sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, sondern stattdessen können Komponenten des Systems und/oder Schritte des Verfahrens unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten genutzt werden. Beispielsweise kann das Überwachungssystem in Kombination mit anderen Windkraftanlagen und Verfahren verwendet werden und ist nicht auf die praktische Ausführungsform nur mit der hierin beschriebenen Windkraftanlage und dem Verfahren beschränkt. Stattdessen kann die exemplarische Ausführungsform in Verbindung mit vielen anderen Windkraftanlage-Anwendungen implementiert und 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. 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 werden Verfahren und Systeme zur Erfassung eines Schadens an einem Rotorblatt 24 in einer Windkraftanlage 10 hierin bereitgestellt. Ein Überwachungssystem 58 enthält ein Filtermodul 108 und ein Schadenermittlungsmodul 112. Das Filtermodul ist für die Ermittlung einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage eingerichtet. Das Schadenermittlungsmodul ist für den Vergleich der ermittelten Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente eingerichtet.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Gondel
14: Rotor
16: Turm
20: Rotationsachse
22: Nabe
24: Blatt
26: Generator
28: Rotorwelle
30: Generatorwelle
32: Getriebe
33: Antriebsstrang
34: Stromwandleranordnung
36: Scheibenbremse
38: Gier-System
40: Rotationsachse
42: Blattanstellungssystem
42: Anstellungssystem
44: Systemsteuerungseinrichtung
52: Sensor
54: Sensor
56: Sensor
58: Überwachungssystem
64: Prozessor
66: Speichervorrichtung
68: Präsentationsschnittstelle
70: Benutzerschnittstelle
72: Kommunikationsschnittstelle
74: Sensorschnittstelle
100: ein Sensor
102: Betriebszustandssignal
104: Berechnungsmodul
106: Betriebszustandsmesswertsignal
108: Filtermodul
110: 1P-Komponentensignal
112: Schadenerfassungsmodul
180: PLL-Filter
190: Bandpassfilter
200: Hochpassfilter
202: gefiltertes Messwertsignal
204: erster Multiplizierer
206: zweiter Multiplizierer
208: Sinusblock
210: Cosinusblock
212: Ausgangssignal
214: Ausgangssignal
216: erstes Multipliziererausgangssignal
218: zweites Multipliziererausgangssignal
220: erstes Tiefpassfilter
224: erstes gefiltertes Multiplizierersignal
226: zweites gefiltertes Multiplizierersignal
228: erster Quadrierungs-Funktionsblock
230: zweiter Quadrierungs-Funktionsblock
232: Ausgangssignal
234: Ausgangssignal
236: Summierungspunkt
238: Quadratwurzel-Funktionsblock
300: Bandpassfilter
302: gefiltertes Messwertsignal
304: Quadrierungs-Funktionsblock
306: quadriertes Messwertsignal
308: Tiefpassfilter
310: Wurzel des gefilterten Signals
312: Quadratwurzel-Funktionsblock

Claims

Überwachungssystem (58) zur Erfassung eines Schadens an einem Rotorblatt (24) in einer Windkraftanlage (10), wobei das Überwachungssystem aufweist: ein Filtermodul (108), das zur Ermittlung einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage eingerichtet; und ein Schadenermittlungsmodul (112), das zum Vergleich der ermittelten Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente eingerichtet ist.
System nach Anspruch 1, wobei Schadenermittlungsmodul (112) ferner zur Ermittlung eingerichtet ist, dass ein Schaden an wenigstens einem Rotorblatt (24) der Windkraftanlage (10) vorliegt, wenn die ermittelte Amplitude der 1P-Frequenzkomponente größer als der Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente ist.
System nach Anspruch 2, wobei Schadenermittlungsmodul (112) ferner zum Übertragen eines Anomaliealarmsignals eingerichtet ist, wenn ein Schaden an wenigstens einem Rotorblatt (24) der Windkraftanlage (10) ermittelt wird.
System nach Anspruch 1, das ferner ein übertragungstechnisch mit dem Überwachungssystem (58) verbundenes Berechnungsmodul (104) aufweist, wobei das Berechnungsmodul (104) dafür eingerichtet ist: ein einen Messwert des wenigstens einen Betriebszustandes repräsentierendes Signal aus einem Sensor (52, 54, 56) zu empfangen; und das den wenigstens einen Betriebszustand repräsentierende Signal an das Filtermodul (108) zu übertragen.
System nach Anspruch 4, wobei Berechnungsmodul (104) ferner zum Empfangen eines Messwertes für wenigstens eines von einer Rotordrehzahl und einem der Windkraftanlage (10) zugeordneten elektrischen Strom des Generators eingerichtet ist,
Verfahren zum Erfassen eines Schadens an einem Rotorblatt (24) in einer Windkraftanlage (10), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ermitteln einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente wenigstens eines Betriebszustandes der Windkraftanlage unter Verwendung eines Filtermoduls (108); und Vergleichen der ermittelten Amplitude der 1P-Frequenzkomponente mit einem Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt der Ermittlung, dass ein Schaden an wenigstens einem Rotorblatt (24) der Windkraftanlage (10) vorliegt, wenn die ermittelte Amplitude der 1P-Frequenzkomponente größer als der Amplitudenschwellenwert der 1P-Frequenzkomponente ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt der Ermittlung einer Amplitude einer 1P-Frequenzkomponente von wenigstens einem von einer Rotordrehzahl und einem der Windkraftanlage (10) zugeordneten elektrischen Strom des Generators.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Filtermodul (108) eine Phasenregelschleife (PLL) enthält, während das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Empfangen wenigstens eines Betriebszustandssignals (102); Empfangen eines Azimutwinkelmesswertsignals des Rotors (14) Ausfiltern jedes Signals mit einer höheren Frequenz als einer vorbestimmten Grenzfrequenz; und Ermitteln einer absoluten Stärke einer Schwingung des wenigstens einen Betriebszustandes bei der 1P-Frequenzkomponente.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Filtermodul (108) ein variables Bandpassfilter (190, 300) enthält, während das Verfahren ferner die Schritte aufweist: Empfangen des wenigstens eines Betriebszustandssignals (102); Empfangen eines Drehzahlmesswertsignals des Rotors (14); und Filtern des wenigstens eines Betriebszustandssignals (102) auf einen vorbestimmten Bereich von Frequenzen in Bezug auf die Rotordrehzahl.