DE102014117916A1 - Method for monitoring a wind turbine, acceleration sensor for a rotor blade, and rotor blade with acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage beschrieben. Das Verfahren beinhaltet ein Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor in einem Rotorblatt der Windkraftanlage, wobei der Beschleunigungssensor zu weniger als 10 Gew.-% aus Metall besteht oder weniger als 20 g Metall enthält.It is described a method for monitoring a wind turbine. The method includes measuring acceleration with a fiber optic acceleration sensor in a rotor blade of the wind turbine, wherein the acceleration sensor is less than 10 wt% of metal or contains less than 20 grams of metal.
Description
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemein eine Steuerung und/oder Regelung bzw. Überwachung des Betriebs von Windkraftanlagen sowie die hierzu verwendeten Komponenten wie Beschleunigungssensoren und/oder die korrespondierenden Komponenten einer Windkraftanlage. Insbesondere betreffen Ausführungsformen einen faseroptischen Beschleunigungssensor. Dieser kann für Verfahren zur Überwachung einer Torsionsinstabilität eines Rotorblatts einer Windkraftanlage, Verfahren zur individuellen Pitchregelung von Rotorblättern einer Windkraftanlage, Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Windkraftanlage mit einem Beschleunigungssensor, insbesondere zur Turmfreigangs-Warnung, und Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor verwendet werden. Ferner betreffen Ausführungsformen ein Profil für eine Hinterkante eines Rotorblatts einer Windkraftanlage, ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, ein Rotor einer Windkraftanlage, und eine Windkraftanlage. Embodiments of the present invention relate generally to a control and / or regulation or monitoring of the operation of wind turbines and the components used for this purpose, such as acceleration sensors and / or the corresponding components of a wind turbine. In particular, embodiments relate to a fiber optic acceleration sensor. This may be for methods for monitoring a torsional instability of a rotor blade of a wind turbine, methods for individual pitch control of rotor blades of a wind turbine, method for controlling and / or regulating a wind turbine with an acceleration sensor, in particular for tower release warning, and method for monitoring a wind turbine with a fiber optic Acceleration sensor can be used. Further, embodiments relate to a profile for a trailing edge of a rotor blade of a wind turbine, a rotor blade of a wind turbine, a rotor of a wind turbine, and a wind turbine.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Windenergieanlagen unterliegen einer komplexen Steuerung, die zum Beispiel durch wechselnde Betriebsbedingungen notwendig sein kann. Durch die mit dem Betrieb einer Windkraftanlage verknüpften Bedingungen, zum Beispiel Temperaturschwankungen, Witterung und Wetterverhältnisse, aber auch insbesondere stark wechselnde Windverhältnisse, sowie durch die Vielzahl von gesetzlich vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen sind die Überwachung und die für die Überwachung notwendigen Sensoren einer Vielzahl von Randbedingungen unterworfen. Wind turbines are subject to a complex control, which may be necessary, for example, by changing operating conditions. Due to the conditions associated with the operation of a wind turbine, for example, temperature fluctuations, weather and weather conditions, but also in particular greatly changing wind conditions, as well as the variety of legally required safety measures, the monitoring and necessary for monitoring sensors are subject to a variety of boundary conditions.
Zum Beispiel kann im Betrieb eine Torsionsinstabilität der Rotorblätter auftreten. Hierbei verdreht sich das Rotorblatt um eine sich im Wesentlichen entlang des Radius erstreckenden Torsionsachse, und kann gegebenenfalls zu einer Vibration bzw. Oszillation um die Torsionsachse führen, dem so genannten flattern. Zur Steuerung des Betriebs einer Windkraftanlage ist es wichtig eine Torsionsinstabilität zu erkennen bzw. zu überwachen. Insbesondere beim Flattern können kritische Betriebszustände erreicht werden, wobei entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden müssen. For example, torsional instability of the rotor blades may occur during operation. Here, the rotor blade rotates about a substantially along the radius extending torsion axis, and may optionally lead to a vibration or oscillation about the torsion axis, the so-called flutter. To control the operation of a wind turbine, it is important to detect or monitor a torsional instability. In particular, when flapping critical operating conditions can be achieved, with appropriate countermeasures must be taken.
Weiterhin ist es zur Verbesserung von Windkraftanlagen heutzutage erstrebenswert, eine individuelle Pitchregelung zur Verfügung zu stellen, um entsprechend der äußeren Bedingungen einen optimierten Betrieb zu gewährleisten. Hierzu ist eine verbesserte Erkennung der auf die Windkraftanlage wirkenden Kräfte bzw. des Betriebszustandes erstrebenswert. Furthermore, it is desirable to improve wind turbines nowadays to provide an individual pitch control in order to ensure optimized operation according to the external conditions. For this purpose, an improved detection of the forces acting on the wind turbine forces and the operating state is desirable.
Auch die Erkennung bzw. Messung des sogenannten Turmfreigangs eines Rotorblatts (der Blade-Clearance), d.h. dem minimalen Abstand eines Rotorblattes zum Turm, ist für den sicheren Betrieb eine wichtige Kenngröße. Auch hierzu ist eine verbesserte Erkennung der auf die Windkraftanlage wirkenden Kräfte bzw. des Betriebszustandes erstrebenswert. Also, the detection or measurement of the so-called tower clearance of a rotor blade (the blade clearance), i. the minimum distance of a rotor blade to the tower, is an important parameter for safe operation. For this purpose, an improved detection of the forces acting on the wind turbine forces and the operating state is desirable.
Bei der Überwachung von Betriebszuständen von Windenergieanlagen wird eine Mehrzahl von Sensoren verwendet. Zum Beispiel können Dehnungsmessungen zur Messung der Biegung eines Rotorblatts, Beschleunigungsmessungen zur Messung einer Beschleunigung eines Rotorblatts, oder andere Größen gemessen werden. Eine Gruppe von Sensoren, die als Erfolg versprechend für zukünftige Applikationen erscheint, sind faseroptische Sensoren. Es ist daher erstrebenswert, Messungen zur Überwachung einer Windkraftanlage mit faseroptischen Sensoren weiter zu verbessern. In the monitoring of operating conditions of wind turbines, a plurality of sensors is used. For example, strain measurements for measuring the bending of a rotor blade, acceleration measurements for measuring an acceleration of a rotor blade, or other quantities can be measured. A group of sensors that appear promising for future applications are fiber optic sensors. It is therefore desirable to further improve measurements for monitoring a wind turbine with fiber optic sensors.
Im Allgemeinen ist es somit erstrebenswert Verbesserungen bei der Steuerung und Überwachung, bei den Sensoren für ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, bei Rotorblättern für Windkraftanlagen, und Windkraftanlagen selbst zu ermöglichen. In general, therefore, it is desirable to provide improvements in control and monitoring, in the sensors for a rotor blade of a wind turbine, in rotor blades for wind turbines, and in wind turbines themselves.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor in einem Rotorblatt der Windkraftanlage, wobei der Beschleunigungssensor zu weniger als 10 Gew.-% aus Metall besteht oder weniger als 20 g Metall enthält. According to one embodiment, a method for monitoring a wind turbine is provided. The method includes measuring acceleration with a fiber optic acceleration sensor in a rotor blade of the wind turbine, wherein the acceleration sensor is less than 10 wt% of metal or contains less than 20 grams of metal.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Rotorblatt einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Rotorblatt beinhaltet einen faseroptischen Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor zu weniger als 10 Gew.-% aus Metall besteht oder weniger als 20 g Metall enthält. According to one embodiment, a rotor blade of a wind turbine is provided. The rotor blade includes a fiber optic acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is less than 10% by weight of metal or contains less than 20 g of metal.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein faseroptischer Beschleunigungssensor zur Verfügung gestellt. Der faseroptische Beschleunigungssensor beinhaltet einen Lichtleiter mit einer Lichtaustrittsfläche; eine Membran; eine mit der Membran in Verbindung stehende Masse; einen optischen Resonator, der zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Membran ausgebildet ist; und einen Spiegel, der im Strahlengang zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Membran zur Verfügung gestellt ist, wobei der Spiegel in einem Winkel von 30° bis 60° relativ zu einer optischen Achse des Lichtleiters ausgebildet ist. In one embodiment, a fiber optic acceleration sensor is provided. The fiber optic acceleration sensor includes a light guide having a light exit surface; a membrane; a mass associated with the membrane; an optical resonator formed between the light exit surface and the diaphragm; and a mirror provided in the beam path between the light exit surface and the diaphragm, wherein the Mirror is formed at an angle of 30 ° to 60 ° relative to an optical axis of the light guide.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Embodiments are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. In the drawings show:
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte. In the drawings, like reference characters designate like or functionally identical components or steps.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG WAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Im Folgenden wird detaillierter Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In the following, more detailed reference will be made to various embodiments of the invention, one or more examples of which are illustrated in the drawings.
Sensoren sind in der Praxis bislang nahe dem Blattflansch
Diese Positionierung von Sensoren nahe dem Blattflansch ist in der Praxis eine Randbedingung bzw. eine existierende Annahme, der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung entgegentreten. Sensoren, insbesondere Beschleunigungssensoren, können bei einer radialen Positionierung, die entgegen der gängigen Praxis im Bereich der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt wird, verbesserte Verfahren zur Messung von Betriebszuständen einer Windkraftanlage ermöglichen. This positioning of sensors near the blade flange is in practice a constraint or assumption that opposes embodiments of the present invention. Sensors, in particular acceleration sensors, can provide improved methods for measuring operating states of a wind turbine in the case of radial positioning, which is provided in the range of the outer 70% of the radius of the rotor blade contrary to common practice.
Gemäß typischen Ausführungsformen, kann hierbei eine Positionierung eines Beschleunigungssensors entlang des Radius eines Rotorblatts wie folgt zur Verfügung gestellt werden. Bei Rotorblättern, die bis ca. 50 % bis 60 % des Radius (der Blattflanschs entspricht hier in etwa 0 % des Radius) begehbar sind, kann zumindest ein Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt werden. Bei Rotorblättern, die einen deutlich geringeren begehbaren Bereich aufweisen, kann der Vorteil einer Montage an einer begehbaren Position alternativ auch aufgegeben werden. In einem solchen Fall kann eine Montage eines Beschleunigungssensors nahe der Blattspitze, zum Beispiel in einem Bereich von 30 % bis 95 % des Radius (0 % entspricht dem Flansch an der Blattwurzel) zur Verfügung gestellt werden. According to typical embodiments, positioning of an acceleration sensor along the radius of a rotor blade can be provided as follows. In the case of rotor blades which can be walked on up to approximately 50% to 60% of the radius (the blade flange corresponds approximately to 0% of the radius), at least one acceleration sensor can be provided at a radial position in the outer 70% of the radius of the rotor blade become. In rotor blades, which have a much lower walk-in area, the advantage of mounting on a walk-in position can alternatively be given up. In such a case, mounting of an acceleration sensor near the blade tip, for example in a range of 30% to 95% of the radius (0% corresponds to the flange on the blade root) may be provided.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, handelt es sich bei dem Beschleunigungssensor
In
Im Gegensatz zu sogenannten „edgewise vibrations“ bei Rotorblättern, d.h. seitlichen Vibrationen, die zum Beispiel durch dynamische Stall-Effekte entstehen können, sind die Torsionsinstabilitäten bzw. Torsionsschwingungen nicht in der Gondel bzw., der Blattwurzel bzw., dem Blattflansch erfassbar. Bei den „edgewise vibrations“ sind die Rotorblätter in dieser Richtung schlecht gedämpft sind, und es kann eine Anregung durch dynamische Stall-Effekte entstehen. Bei Torsionsinstabilitäten wird eine Messung in der Blattspitze durchgeführt. Zum Beispiel kann die Torsionsinstabilität lokal auftreten. Beispielweise kann nur die Spitze des Rotorblatts schwingen. Jedes Rotorblatt kann separat eine individuelle Torsionsinstabilität aufweisen. Daher wird gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, ein Beschleunigungssensor in jedem Rotorblatt zur Verfügung gestellt. Der Sensor wird in der Blattspitze zur Verfügung gestellt, d.h. in den letzten 30 % des Radius des Rotorblatts, da eine Torsionsinstabilität auch nur in der Rotorblattspitze. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen werden hierfür insbesondere Lösungen für die Reparatur, die Anbringung bzw. den Austausch der Beschleunigungssensoren zur Verfügung gestellt, wobei in dem relevanten Bereich des Rotorblatts für die Montage des Beschleunigungssensors des Rotorblatts nicht begehbar ist. In contrast to so-called "edgewise vibrations" in rotor blades, i. lateral vibrations, which can arise, for example, by dynamic stall effects, the torsional or torsional vibrations are not detectable in the nacelle or, the leaf root or, the leaf flange. In the "edgewise vibrations", the rotor blades are poorly damped in this direction, and it can cause a stimulation by dynamic stall effects. For torsional instabilities, a measurement is made in the blade tip. For example, the torsional instability may occur locally. For example, only the tip of the rotor blade can swing. Each rotor blade may separately have an individual torsional instability. Therefore, according to some embodiments that may be combined with other embodiments, an acceleration sensor is provided in each rotor blade. The sensor is provided in the blade tip, i. in the last 30% of the radius of the rotor blade, since a torsional instability only in the rotor blade tip. According to embodiments described here, in particular solutions for the repair, attachment or replacement of the acceleration sensors are made available, wherein in the relevant area of the rotor blade for mounting the acceleration sensor of the rotor blade is not accessible.
Während des Designs eines Rotorblatts lässt sich das Problem einer Torsionsinstabilität nur schwer ausschließen, da gegebenenfalls im Test dieses Problem nicht auftritt. Es lassen sich durch hier beschriebene Ausführungsformen demnach Konstruktionsrisiken bei großen Rotorblättern bzw. solchen Rotorblättern mit einer konstruktiv vorgesehenen Torsions-Biege-Kopplung, reduzieren bzw. ausschließen. Gemäß typischen Ausführungsformen werden die Verfahren zur Überwachung einer Torsionsinstabilität auch bei Rotorblättern zur Verfügung gestellt, die zur passiven Leistungsregelung eine Torsions-Biege-kopplung verwenden. Die Torsionsinstabilität ist ein Problem, das insbesondere bei größeren Blättern, zum Beispiel mit einer Länge von ungefähr 40 m oder mehr, auftritt, bzw. bei modernen Rotorblättern, die ein bestimmtes Verhältnis von Torsionssteifigkeit zur Anregungsfrequenzen aufweisen. During the design of a rotor blade, the problem of torsional instability is difficult to exclude, since this problem may not occur in the test. It can be reduced or excluded by embodiments described here accordingly design risks in large rotor blades or such rotor blades with a structurally provided torsional bending coupling. According to typical embodiments, the methods for monitoring torsional instability are also provided in rotor blades that use torsional bending coupling for passive power control. The torsional instability is a problem that occurs in particular for larger leaves, for example with a length of about 40 m or more, or in modern rotor blades, which have a certain ratio of torsional stiffness to the excitation frequencies.
Gemäß typischen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist der Beschleunigungssensor in den äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt. Zusätzlich oder alternativ kann der Beschleunigungssensor ein Abstand von der Torsionsachse von zumindest 10 cm haben. Ferner ist es günstig, wenn der Beschleunigungssensor zumindest eine Beschleunigung mit einer Richtungskomponente senkrecht zur Profilsehne des Rotorblatts bzw. senkrecht zur Blattoberfläche zur Verfügung stellt. Eine gemessene Beschleunigungsrichtung kann somit tangential in Bezug auf die Traktionsachse sein. Durch die Anordnung und Orientierung des Beschleunigungssensors kann eine verbesserte Erkennung einer dynamischen Torsion, zum Beispiel einer Oszillationen um eine Torsionsachse, zur Verfügung gestellt werden. According to typical embodiments that may be combined with other embodiments, the acceleration sensor is provided in the outer 50% of the radius of the rotor blade. Additionally or alternatively, the acceleration sensor may have a distance from the torsion axis of at least 10 cm. Furthermore, it is favorable if the acceleration sensor provides at least one acceleration with a directional component perpendicular to the chord of the rotor blade or perpendicular to the blade surface. A measured acceleration direction may thus be tangential with respect to the traction axis. By the arrangement and orientation of the acceleration sensor, an improved detection of a dynamic torsion, for example, an oscillation about a torsion axis can be provided.
Die gemäß Ausführungsformen zur Verfügung gestellte radiale Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts, insbesondere den äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts, weiterhin insbesondere den äußeren 70 bis 95 % des Radius des Rotorblatts, generiert hierbei ein verbessertes Signal des Beschleunigungssensor. Dies ermöglicht eine zuverlässigere Erkennung bzw. Überwachung einer Torsionsinstabilität, zum Beispiel flattern. The radial position provided in accordance with embodiments in the area of the outer 70% of the radius of the rotor blade, in particular the outer 50% of the radius of the rotor blade, in particular the outer 70 to 95% of the radius of the rotor blade, generates an improved signal of the acceleration sensor. This allows a more reliable detection or monitoring of a torsional instability, for example, flutter.
Gemäß einigen hier beschriebenen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, ermöglichen faseroptische Beschleunigungssensoren, bei denen ein Signal optisch über einen Lichtleiter
Hierbei ist nk die effektive Brechzahl des Grundmodus des Kerns der optischen Faser und Λ die räumliche Gitterperiode (Modulationsperiode) des Faser-Bragg-Gitters
Eine spektrale Breite, die durch eine Halbwertsbreite der Reflexionsantwort gegeben ist, hängt von der Ausdehnung des Faser-Bragg-Gitters
Wie in
In einem Fall, in dem die elektromagnetische Strahlung
Bei herkömmlichen Beschleunigungssensoren wird die Masse typischerweise durch einen Federmechanismus an der Auslegung in einer oder mehreren Raumrichtungen eingeschränkt. Im einfachsten Fall kann sich die Masse lediglich in eine Richtung bewegen. In diese Richtung wird eine Sensorfaser an der Masse befestigt, die sich bei einer Beschleunigung der Masse dehnt. Bei einer solchen Anordnung sind die maximale Dehnung und damit die Empfindlichkeit der Faser durch das Gewicht der Masse und die Steifigkeit der Faser gegeben. Hierbei kann, um die Empfindlichkeit eines solchen Sensors zu steigern, lediglich die Masse vergrößert werden. Für empfindliche Sensoren kann dies zu Massen von bis zu mehreren 100 g Gewicht führen. Ein weiterer Nachteil einer solchen Anordnung ist, dass hierbei die Resonanzfrequenz f des Faser-Masse-Systems eine Abhängigkeit f ~ Wurzel(k/m) hat, die folglich mit steigender Masse abnimmt. Hierbei ist k die Federsteifigkeit des Faser-Masse-Systems. Da die minimale Federsteifigkeit durch die Steifigkeit der Faser beschränkt ist, lässt sich somit nur ein eingeschränkter Bereich konfigurieren. In conventional acceleration sensors, the mass is typically limited by a spring mechanism to the design in one or more spatial directions. In the simplest case, the mass can only move in one direction. In this direction, a sensor fiber is attached to the mass, which expands as the mass accelerates. In such an arrangement, the maximum elongation and thus the sensitivity of the fiber is given by the weight of the mass and the stiffness of the fiber. In this case, in order to increase the sensitivity of such a sensor, only the mass can be increased. For sensitive sensors, this can lead to masses of up to several 100 g in weight. Another disadvantage of such an arrangement is that in this case the resonance frequency f of the fiber-mass system has a dependence f root (k / m), which consequently decreases with increasing mass. Here, k is the spring stiffness of the fiber-mass system. Since the minimum spring stiffness is limited by the stiffness of the fiber, only a limited range can be configured.
Durch die Verwendung eines Hebelarm kann diese Beschränkung des zu konfigurieren Bereichs aufgehoben bzw. verringert werden. Wie bereits in
Somit erlauben es Ausführungsformen gemäß
Die durch Pfeil
Gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der Verteiler bzw. der Feldverteiler am Blattschott des Rotorblatts angebracht sein. Der Verteiler kann zum An- und Abstecken eines Signalkabels eines Sensors ausgebildet sein. Ferner kann ein Sensorkabel zum An- und Abstecken vom Feldverteiler zum Messgerät bzw. zur Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt sein. Gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist der Verteiler
Der Bereich der Blattwurzel ist durch die Trennlinie
Wie in
Eine Mehrzahl der in den Figuren beschriebenen Ausführungsformen zeigt einen Beschleunigungssensor in jeweils einem der Rotorblätter. Gemäß weiteren Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann eine Messung der Beschleunigung an mehreren Positionen eines Rotorblatts, insbesondere an mehreren radialen Positionen im Bereich der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts, durchgeführt werden. Hierzu können mehrere Beschleunigungssensoren an den jeweiligen radialen Position zur Verfügung gestellt sein. Durch die Messung an mehreren radialen Positionen kann zum einen die Messgenauigkeit erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ können Signale zur Erfassung einer Torsionsinstabilität, insbesondere Flattern, und/oder Signale zur Instabilitätswarnung bei einer Torsions-Biege-Kopplung für unterschiedliche Betriebsbedingungen an unterschiedlichen radialen Positionen leichter und/oder zuverlässiger erkannt werden. Zum Beispiel kann eine Steuerung und/oder Regelung einer Windkraftanlage dadurch ausgelöst werden, dass ein Warnsignal an zumindest einer radialen Position erzeugt wird oder an einer vorbestimmten Anzahl von radialen Positionen erzeugt wird. Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann ein Beschleunigungssensor oder mehrere Beschleunigungssensoren auch mit zumindest einem weiteren Sensor kombiniert werden. Der zumindest eine weitere Sensor kann ausgewählt sein aus einem oder mehreren Sensoren aus der Gruppe bestehend aus: einem Dehnungssensor, einem Temperatursensor, einem Drucksensor, einem Schallpegelsensor, und einem Inklinometer (zur Messung der Position der Rotation des Rotors). A majority of the embodiments described in the figures show an acceleration sensor in each case one of the rotor blades. According to further embodiments which can be combined with other embodiments, a measurement of the acceleration at a plurality of positions of a rotor blade, in particular at a plurality of radial positions in the region of the outer 70% of the radius of the rotor blade, can be performed. For this purpose, a plurality of acceleration sensors may be provided at the respective radial position. By measuring at several radial positions, on the one hand, the measurement accuracy can be increased. Additionally or alternatively, signals for detecting a torsional instability, in particular flutter, and / or signals for instability warning in a torsional bending coupling for different operating conditions at different radial positions can be detected more easily and / or reliably. For example, control and / or regulation of a wind turbine may be triggered by generating a warning signal at at least one radial position or generating it at a predetermined number of radial positions. According to still further embodiments that may be combined with other embodiments, one or more acceleration sensors may also be combined with at least one other sensor. The at least one further sensor may be selected from one or more sensors from the group consisting of: a Strain sensor, a temperature sensor, a pressure sensor, a sound level sensor, and an inclinometer (to measure the position of the rotation of the rotor).
Insbesondere für die Erzeugung von Signalen zur Flatterwarnung bzw. zur Torsionsinstabilität-Warnung kann ein Sensor zum Messen einer Druckschwankung (zum Beispiel eines Schalldrucks) am Rotorblatt zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch können zum Beispiel Geräusche, die beim Flattern eines Rotorblatts typischerweise auftreten können, erkannt werden und für die Erzeugung von Warnsignalen hinzugezogen werden. In particular, for the generation of signals for flutter warning or torsional instability warning, a sensor for measuring a pressure fluctuation (for example, a sound pressure) can be provided on the rotor blade. In this way, for example, noises that may typically occur when a rotor blade flutters can be detected and used for the generation of warning signals.
Darüber hinaus ist die Messung der Temperatur am Rotorblatt zur Auswertung der Signale des bzw. der Beschleunigungssensoren vorteilhaft, da durch die Temperatur die Blatteigenschaften, wie zum Beispiel die Eigenfrequenz, beeinflusst werden. Eine Korrelation der Blatteigenschaften mit den Signalen des bzw. der Beschleunigungssensoren führt zu einer präziseren Auswertung bei der Erzeugung von Warnsignalen bzw. den Messungen des oder der Beschleunigungssensoren. Zum Beispiel kann die Messung der Temperatur, wie zum Beispiel mit einem Temperatursensor, in einem Beschleunigungssensor oder in einem Lichtleiter bzw. einer optischen Faser erfolgen. In addition, the measurement of the temperature on the rotor blade for evaluating the signals of the acceleration sensor (s) is advantageous, since the temperature influences the sheet properties, such as the natural frequency. A correlation of the sheet properties with the signals of the acceleration sensor (s) leads to a more precise evaluation in the generation of warning signals or the measurements of the acceleration sensor (s). For example, the measurement of temperature may be made, such as with a temperature sensor, in an acceleration sensor or in an optical fiber.
Gemäß weiteren Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann ein Dehnungssensoren zum Messen eines statischen Biegemoments, insbesondere eines statischen Torsionsmoment, zur Verfügung gestellt werden. Somit kann bei der Erzeugung eines Signals zur Flatterwarnung und/oder eine Signal zur Instabilitätswarnung bei einer Torsions-Biege-Kopplung ein dynamisches Signal des Beschleunigungssensors mit einem statischen Signal des Dehnungssensors kombiniert werden. Zum Beispiel kann ein Dehnungssensor im Bereich der Blattwurzel zur Verfügung gestellt werden. Für eine kombinierte Messung kann eine Ausrichtung eines Dehnungssensors in einem Bereich von 30° bis 60°, insbesondere 45°, relativ zur Torsionsachse vorteilhaft sein. According to further embodiments, which may be combined with other embodiments described herein, a strain sensor for measuring a static bending moment, in particular a static torsional moment, may be provided. Thus, in generating a flutter warning signal and / or a signal for instability warning in a torsional-bending coupling, a dynamic signal of the acceleration sensor may be combined with a static signal of the strain sensor. For example, a strain sensor can be provided in the area of the blade root. For a combined measurement, an orientation of a strain sensor in a range of 30 ° to 60 °, in particular 45 °, relative to the torsion axis may be advantageous.
In einer Steuerung und/oder Regelung
Das faseroptische Sensorelement, wie zum Beispiel ein Faser-Bragg-Gitter (FBG) oder ein optischer Resonator, ist in eine Sensorfaser integriert bzw. an die Sensorfaser optisch angekoppelt. Das von den faseroptischen Sensorelementen zurückgeworfene Licht wird wiederum über den Faserkoppler
Durch den Kantenfilter
Insbesondere bei der Verwendung von mehreren FBGs können zusätzliche optische Filtereinrichtungen (nicht dargestellt) für die Filterung des optischen Signales bzw. Sekundärlichts verwendet werden. Eine optische Filtereinrichtung
Ein weiterer Aspekt bei der Überwachung von Windkraftanlagen, der mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen und Aspekten kombiniert werden kann, der jedoch auch unabhängig von weiteren Ausführungsformen, Aspekte und Details zur Verfügung gestellt ist, ist ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor. Gemäß einem solchen Aspekt bzw. einer solchen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage umfasst das Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius eines Rotorblatts der Windkraftanlage zur Verfügung gestellt ist und das Filtern eines Beschleunigungssignals des faseroptischen Beschleunigungssensors mit einem analogen Tiefpass-Filter bzw. einem analogen anti-aliasing Filter. Another aspect of wind turbine monitoring that may be combined with other embodiments and aspects described herein, but that is also provided independently of other embodiments, aspects, and details, is an improved method of monitoring a wind turbine with a fiber optic acceleration sensor. According to such aspect or embodiment, a method of monitoring a wind turbine is provided. The method of monitoring a wind turbine includes measuring an acceleration with a fiber optic acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is provided at a radial position in the area of the outer 70% of the radius of a rotor blade of the wind turbine and filtering an acceleration signal of the fiber optic acceleration sensor with an analog Low-pass filter or an analog anti-aliasing filter.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der Anti-Aliasing-Filter eine Grenzfrequenz von 1 kHz oder kleiner insbesondere von 500 Hz oder kleiner, weiterhin insbesondere von 100 Hz oder kleiner aufweisen. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, findet eine solche Filterung vor der Digitalisierung statt. Ferner findet für die hier beschriebenen Ausführungsformen keine spektrale Aufspaltung der Signale statt, wobei mit einem Spektrometer und einem Mehrkanaldetektor bereits eine optische Digitalisierung vorgenommen wird. According to some embodiments, which may be combined with other embodiments, the anti-aliasing filter may have a cut-off frequency of 1 kHz or less, in particular of 500 Hz or less, more particularly of 100 Hz or less. According to embodiments described herein, such filtering takes place prior to digitization. Furthermore, no spectral splitting of the signals takes place for the embodiments described here, an optical digitization already being carried out with a spectrometer and a multichannel detector.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen findet eine analoge Tiefpassfilterung vor einer Digitalisierung eines Signals eines faseroptischen Beschleunigungssensors statt. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der Tiefpassfilter auch als ein analoger anti-aliasing Filter bezeichnet werden. Hierbei wird im Rahmen eines Abtasttheorems die Nyquist-Frequenz berücksichtigt, und eine Tiefpassfilterung mit Signalanteilen kleiner der Nyquist-Frequenz mittels des analogen Tiefpass-Filters bzw. analogen anti-aliasing Filters zur Verfügung gestellt. According to embodiments described herein, analog low pass filtering occurs prior to digitizing a signal of a fiber optic acceleration sensor. According to embodiments described herein which may be combined with other embodiments, the low-pass filter may also be referred to as an analog anti-aliasing filter. In this case, the Nyquist frequency is taken into account in the context of a sampling theorem, and a low-pass filtering with signal portions smaller than the Nyquist frequency by means of the analog low-pass filter or analog anti-aliasing filter is made available.
Durch die hier beschriebenen Ausführungsformen mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor und einer analogen Tiefpassfilterung kann eine verbesserte Messung einer Beschleunigung zur Überwachung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt werden. By the embodiments described herein with a fiber optic acceleration sensor and analog low-pass filtering, an improved measurement of acceleration for monitoring a wind turbine can be provided.
Gemäß weiteren Ausführungsformen, kann die verbesserte Messung mit faseroptische Beschleunigungssensoren mit einer analogen Tiefpassfilterung vor einer Digitalisierung weiterhin vorteilhaft ausgestaltet werden, um eine digitale Auswertung in der digitalen Auswerteeinheit
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen ist eine stehende bzw. trudelnde Windkraftanlage eine Windkraftanlage bei lastfreiem Drehen des Rotors. Zum Beispiel kann die Windkraftanlage ohne Zuschaltung des Generators mit zurückgepitchten Rotorblättern frei drehen. Beispielsweise kann dieser Zustand durch eine Rotationsfrequenz des Rotors von 0,1 Hz oder weniger beschrieben werden. According to embodiments described herein, a standing or spinning wind turbine is a wind turbine with no load turning of the rotor. For example, the wind turbine can rotate freely without turning on the generator with zurückppitchten rotor blades. For example, this state may be described by a rotation frequency of the rotor of 0.1 Hz or less.
Gemäß weiteren Ausführungsformen, kann die Messung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor mit einer Temperaturmessung kombiniert werden. Die Temperatur beeinflusst die Eigenschaften des Rotorblatts. Somit kann die Temperaturmessung bei der Erkennung von Eisbildung und/oder Auswertung der Eigenwerte hinzugezogen werden. Zum Beispiel haben die Eigenwerte typischerweise eine funktionale Abhängigkeit von der Temperatur. Eine Abweichung bzw. Änderung der Eigenwerte kann somit relativ zu dem zu erwartenden Eigenwert bei einer vorgegebenen Temperatur ermittelt werden. Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann eine Berücksichtigung einer Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Rotorposition, Temperatur, Pitch-Winkel, Yaw-Beschleunigung, und Rotationsrate des Rotors, bei der Auswertung zur Verfügung gestellt werden. According to further embodiments, the measurement may be combined with a fiber optic acceleration sensor with a temperature measurement. The temperature affects the properties of the rotor blade. Thus, the temperature measurement in the detection of ice formation and / or evaluation of the eigenvalues can be consulted. For example, the eigenvalues typically have a functional dependence on temperature. A deviation or change in the eigenvalues can thus be determined relative to the expected eigenvalue at a predetermined temperature. According to still further embodiments that may be combined with embodiments described herein, consideration of a size selected from the group consisting of rotor position, temperature, pitch angle, yaw acceleration, and rotor rotation rate may be provided in the evaluation ,
Wie in Bezug auf
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen kann in einem Rotorblatt eine Beschleunigung optisch gemessen werden. Hierbei wird eine Anti-Aliasing-Filterung durchgeführt, insbesondere eine analoge Anti-Aliasingfilterung. Im Gegensatz zu anderen üblichen Mitteln der optischen Signalerkennung mittels Spektrometer oder dem auslesen mittels eines Scanning-Lasers, kann gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen eine Beschleunigung in einem Rotorblatt optisch gemessen werden. Es wird ein Aliasing-Effekt verhindert, im Gegensatz zu einer Glättung der Messwerte, wobei bei der Glättung der Messwerte lediglich ein besseres Regelsignal erzeugt wird. Die Anti-Aliasing-Filterung wird in den hier beschriebenen Ausführungen analog durchgeführt, d.h. es wird zum Beispiel eine Umsetzung des optischen Beschleunigungssignals in ein analoges elektrisches Messsignal verwendet, bevor eine analoge Anti-Aliasing-Filterung zur Verfügung gestellt wird. Das analoge elektrische Messsignal wird analog Tiefpass-gefiltert, wobei mindestens die halbe Nyquist Frequenz als Grenzwert verwendet wird. According to embodiments described herein, acceleration can be optically measured in a rotor blade. Here, an anti-aliasing filtering is performed, in particular an analog anti-aliasing filter. In contrast to other conventional means of optical signal detection by means of spectrometer or reading by means of a scanning laser, an acceleration in a rotor blade can be optically measured according to embodiments described here. An aliasing effect is prevented, in contrast to a smoothing of the measured values, whereby the smoothing of the measured values merely produces a better control signal. Anti-aliasing filtering is performed analogously in the embodiments described herein, i. For example, a conversion of the optical acceleration signal into an analog electrical measurement signal is used before analogue anti-aliasing filtering is provided. The analog electrical measurement signal is analogue low-pass filtered, with at least half the Nyquist frequency is used as a limit.
Gemäß weiteren hier beschriebenen Ausführungsformen, wird das mit einem analogen Anti-Aliasing-Filter gefilterte Signal mittels SSI (Stochastic Subspace Identification, Statistische Zeitbereichs-Systemidentifikationsverfahren) ausgewertet. Hiermit können Eisansatz und/oder sonstige frequenzabhängige Eigenschaften von Rotorblättern, zum Beispiel Alterung, Schädigung, etc., erkannt werden. According to other embodiments described herein, the signal filtered with an analog anti-aliasing filter is evaluated by SSI (Stochastic Subspace Identification). Hereby, ice accumulation and / or other frequency-dependent properties of rotor blades, for example aging, damage, etc., can be detected.
Gemäß weiteren hier beschriebenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zur Eiserkennung zur Verfügung gestellt werden. Das Verfahren beinhaltet das Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor, opto-elektronisches Wandeln eines Beschleunigungssignals des optischen Beschleunigungssensors, filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals mit einem analogen anti-aliasing-Filter, Auswerten des gefilterten Beschleunigungssignals mit Hilfe von Stochastic Subspace Identification zur Berechnung von Eigenwerten des Rotorblatts, und Detektieren von Eisbildung auf dem Rotorblatt mit Hilfe der Eigenwerte. Zum Beispiel können hierbei ein oder mehrere Eigenwerte mit zumindest einer gemessen Größe aus der Gruppe bestehend aus: einer Temperatur an einem Rotorblatt der Windkraftanlage, einer Windgeschwindigkeit, einer Leistung der Windkraftanlage, einer Rotationsrate eines Rotors der Windkraftanlage, und einem Pitchwinkel eines Rotorblatts, kompensiert werden. Eine Kompensation kann zum Beispiel anhand der folgenden Verfahren zur Kalibrierung durchgeführt werden. According to other embodiments described herein, a method of ice detection may be provided. The method includes measuring an acceleration with a fiber optic acceleration sensor, opto-electronically converting an acceleration signal of the optical acceleration sensor, filtering the opto-electronically converted acceleration signal with an analog anti-aliasing filter, evaluating the filtered acceleration signal using Stochastic Subspace Identification for calculation of eigenvalues of the rotor blade, and detecting ice formation on the rotor blade using the eigenvalues. For example, one or more eigenvalues may be compensated for with at least one measured quantity from the group consisting of: a temperature at a rotor blade of the wind turbine, a wind speed, a power of the wind turbine, a rotation rate of a rotor of the wind turbine, and a pitch angle of a rotor blade , Compensation may be performed, for example, by the following calibration procedures.
Eine Beschleunigung in einem Rotorblatt wird zum Beispiel mit einem hier beschriebenen faseroptischen Beschleunigungssensor gemessen. Dies kann in einem ersten Zeitintervall, zum Beispiel einem kurzen Zeitintervall von z.B. 5–30 Minuten erfolgen. Ferner können einer oder mehrere der zu kompensierenden Parameter gemessen werden. Diese Parameter können sein: eine Rotorblatttemperatur, ein Pitchwinkel, eine Windgeschwindigkeit, eine Leistung der Windkraftanlage (z.B. die erzeugte oder die ans Netz abgegebene Leistung), und/oder eine Rotationsrate des Rotors. Insbesondere kann die Temperatur des Rotorblatts als Einflussgröße auf die Eigenwerte des Rotorblatts gemessen werden. Die Eigenwerte des Rotorblatts können aus den Beschleunigungsdaten mittels SSI in dem ersten Zeitintervall ermittelt werden. Die Eigenwerte mit zugehörigem Parametersatz aus einem oder mehreren der zu kompensierenden Parameter können abgespeichert werden. Die oben beschriebene Messung mit der Bestimmung der Eigenwerte kann mehrfach wiederholt werden bis ein Datensatz erhalten ist, der einen Teil oder einen Großteil des Parameterraums beim Betrieb der jeweiligen Windkraftanlage repräsentiert. Dieser zweite Zeitraum kann sich zum Beispiel über mehrere Wochen erstrecken. Nach Ermittlung von Werten in einem Teil des Parameterraums kann das Verhaltens der Eigenwerte über dem Parameterraum bestimmt werden, zum Beispiel durch anfitten eines geeigneten Modells (Lineares Modell, Taylor Approximation, Lookup Tabelle). Die Koeffizienten des Kompensationsmodells bzw. die Lookup-Tabelle können in einer Recheneinheit auf der Windenergieanlage gespeichert werden. Es kann somit eine Kalibrierung der Eigenwerte in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern erfolgen. For example, acceleration in a rotor blade is measured with a fiber optic acceleration sensor described herein. This can be done in a first time interval, for example a short time interval of e.g. 5-30 minutes. Furthermore, one or more of the parameters to be compensated can be measured. These parameters may be: a blade temperature, a pitch angle, a wind speed, a wind turbine power (e.g., the power delivered or delivered to the grid), and / or a rotation rate of the rotor. In particular, the temperature of the rotor blade can be measured as an influencing variable on the eigenvalues of the rotor blade. The eigenvalues of the rotor blade can be determined from the acceleration data by means of SSI in the first time interval. The eigenvalues with associated parameter set from one or more of the parameters to be compensated can be stored. The above-described measurement with the determination of the eigenvalues can be repeated several times until a data set is obtained which represents part or all of the parameter space during operation of the respective wind turbine. This second period may, for example, extend over several weeks. After determining values in a part of the parameter space, the behavior of the eigenvalues above the parameter space can be determined, for example by applying a suitable model (linear model, Taylor approximation, lookup table). The coefficients of the compensation model or the lookup table can be stored in a computing unit on the wind turbine. It is thus possible to calibrate the eigenvalues as a function of one or more parameters.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann nach der Kalibrierung eine Messung mit kompensierten bzw. kalibrierten Parametern durchgeführt werden. Es können die Eigenwerte eines Rotorblatts mithilfe einer Beschleunigungsmessung, zum Beispiel mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor, ermittelt werden. Diese können mithilfe des Kalibrierungsmodells umgerechnet werden bzw. die Parameter, die während der Beschleunigungsmessung ermittelt werden, können für eine Kompensation der Eigenwerte herangezogen werden. Basierend auf den kompensierten Eigenwerten kann eine Abweichung der kompensierten Eigenwerte bestimmt werden. Zum Beispiel kann mittels einem oder mehrerer Schwellwerte die Ausgabe eines Warnsignals zur Verfügung gestellt werden. Alternativ können auch mehrere Schwellenwerte innerhalb des Parameterraums zur Verfügung gestellt werden, sodass die Ausgabe eines Warnsignals anhand der Eigenwerte im Parameterraum erfolgt, d.h. ohne vorherige Umrechnung der Eigenwerte. According to further embodiments, after the calibration, a measurement can be carried out with compensated or calibrated parameters. The eigenvalues of a rotor blade can be determined by means of an acceleration measurement, for example with a fiber optic acceleration sensor. These can be converted with the help of the calibration model or the parameters, which are determined during the acceleration measurement, can be used for a compensation of the eigenvalues. Based on the compensated eigenvalues, a deviation of the compensated eigenvalues can be determined. For example, the output of a warning signal can be made available by means of one or more threshold values. Alternatively, multiple thresholds within the Parameter space are provided so that the output of a warning signal based on the eigenvalues in the parameter space is done, ie without prior conversion of the eigenvalues.
Ein weiterer Aspekt bzw. eine weitere Ausführungsform, die unabhängig von anderen Ausführungsformen aber ebenso in Kombination mit anderen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt ist, ist eine Überwachung einer Windkraftanlage mit einem faseroptischen Dehnungssensor. Das Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage umfasst das messen einer Dehnung mit einem faseroptischen Dehnungssensor. Ein digitalisiertes Signal des Dehnungssensors wird zum Beispiel einer digitalen Auswertung in einer digitalen Auswerteeinheit unterzogen, wobei eine Auswertung mittels Stochastic Subspace Identification (SSI) verwendet wird. Auch hierbei können Eigenwerte des Rotorblatts, wobei die Eigenwerte insbesondere die Dämpfungen und die Frequenzen, d.h. die Eigenfrequenzen, eines Rotorblatts beinhalten können, berechnet werden. Die Eigenwerte können insbesondere zur Detektion von Eisbildung auf einem Rotorblatt verwendet werden. Auch dies ermöglicht eine zuverlässigere Erkennung von Eisbildung auf einem Rotorblatt. Auch andere Zustände, wie zum Beispiel Materialermüdung können mittels der Eigenwerte bestimmt werden. Another aspect or embodiment, independently of other embodiments but also provided in combination with other embodiments, is monitoring of a wind turbine with a fiber optic strain sensor. The method of monitoring a wind turbine includes measuring strain with a fiber optic strain sensor. A digitized signal of the strain sensor is subjected, for example, to a digital evaluation in a digital evaluation unit, using an evaluation by means of Stochastic Subspace Identification (SSI). Here, too, eigenvalues of the rotor blade, the eigenvalues in particular the attenuations and the frequencies, i. the natural frequencies of a rotor blade can be calculated. The eigenvalues can be used in particular for the detection of ice formation on a rotor blade. This also allows a more reliable detection of ice formation on a rotor blade. Other states, such as material fatigue, can also be determined by means of the eigenvalues.
Die so berechneten Eigenwerte können gegebenenfalls auch mit den Eigenwerten aus einem faseroptische Beschleunigungssensoren kombiniert werden bzw. mit diesen verglichen werden, um eine Redundanz in Bezug auf die Information der Eisbildung zu erhalten. Gemäß weiteren Ausführungsformen, kann die Messung mit einem faseroptischen Dehnungssensor mit einer Temperaturmessung kombiniert werden. Die Temperatur beeinflusst die Eigenschaften des Rotorblatts. Somit kann die Temperaturmessung bei der Erkennung von Eisbildung und/oder zur Auswertung der Eigenwerte hinzugezogen werden. Dies kann zum Beispiel durch eine hier beschriebene Kalibrierung geschehen. Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann eine Berücksichtigung einer Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Rotorposition, Temperatur, Pitch-Winkel, Yaw-Beschleunigung, und Rotationsrate des Rotors, bei der Auswertung zur Verfügung gestellt werden. If appropriate, the eigenvalues thus calculated may also be combined with or compared with the eigenvalues from a fiber-optic acceleration sensor in order to obtain redundancy with regard to the information of ice formation. According to further embodiments, the measurement may be combined with a fiber optic strain sensor with a temperature measurement. The temperature affects the properties of the rotor blade. Thus, the temperature measurement in the detection of ice formation and / or for the evaluation of the eigenvalues can be consulted. This can be done for example by a calibration described here. According to still further embodiments that may be combined with embodiments described herein, consideration of a size selected from the group consisting of rotor position, temperature, pitch angle, yaw acceleration, and rotor rotation rate may be provided in the evaluation ,
Der Beschleunigungssensor
Die in den hier beschriebenen Anordnung und Verfahren verwendeten Beschleunigungssensoren
Die Verwendung der Sensoren
Bei einer Rotation des Rotors der Windenergieanlage misst der Beschleunigungssensor
Die Steuerungen und/oder Regelungen moderner Windkraftanlagen beinhalten typischerweise eine sogenannte Pitch-Regelung, wobei das Rotorblatt um eine Längsachse des Rotorblatts gedreht wird. Demzufolge ändert sich in einem blattfesten Koordinationssystem die in
Gemäß typischen Ausführungsformen wird zur Korrektur des oder der Signale des Beschleunigungssensors und/oder der Dehnungssensoren, d.h. eines Signals in x-, y- und z-Richtung im blattfesten Koordinatensystem, eine Transformation in das ortsfeste Koordinatensystem durchgeführt, wobei die Rotation des Rotors, der Pitch-Winkel des Rotorblatts sowie die Neigung des Rotors, berücksichtigt werden. Im ortsfesten Koordinatensystem kann das Signal von der Gravitationsbeschleunigung bereinigt werden. Anschließend kann eine Rücktransformation in das Koordinatensystem, welches fest in Bezug auf die Rotornabe ist, durchgeführt werden. In diesem Koordinatensystem, welches fest in Bezug auf die Rotornabe ist, wird typischerweise eine Beschleunigung im Wesentlichen parallel zur Windrichtung oder im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Rotors ermittelt. According to typical embodiments, to correct the signal (s) of the acceleration sensor and / or the strain sensors, i. a signal in the x-, y- and z-direction in the sheet-fixed coordinate system, a transformation carried out in the stationary coordinate system, taking into account the rotation of the rotor, the pitch angle of the rotor blade and the inclination of the rotor. In the fixed coordinate system, the signal can be corrected for gravitational acceleration. Subsequently, a back transformation into the coordinate system, which is fixed with respect to the rotor hub, can be performed. In this coordinate system, which is fixed with respect to the rotor hub, typically an acceleration is determined substantially parallel to the wind direction or substantially parallel to the axis of rotation of the rotor.
Gemäß einigen hier beschriebenen Ausführungsformen, wird ein Beschleunigungssensor in den äußeren 70 % des Radius eines Rotorblatts insbesondere in einem Bereich von 60 bis 90 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt. Dabei kann zum Beispiel durch die Verwendung eines faseroptischen Beschleunigungssensors, wie zum Beispiel eines faseroptischen Beschleunigungssensors, eine optische Signalübertragung erfolgen. Die optische Signalübertragung reduziert das Risiko eines Blitzschadens. Durch die optische Signalübertragung kann eine bisher in der Praxis existierende Limitierung, Sensoren möglichst nahe an dem Blattflansch zur Verfügung zu stellen überwunden werden. According to some embodiments described herein, an acceleration sensor is provided in the outer 70% of the radius of a rotor blade, in particular in a range of 60 to 90% of the radius of the rotor blade. In this case, for example, by the use of a fiber-optic acceleration sensor, such as a fiber-optic acceleration sensor, carried an optical signal transmission. The optical signal transmission reduces the risk of lightning damage. By the optical signal transmission, a previously existing in practice limitation, sensors as close to the blade flange to be made available.
Die Verringerung des Risikos eines Blitzeinschlags bzw. eines Blitzschadens kann weiter dadurch reduziert werden, einen metallfreien bzw. einen im Wesentlichen metallfreien Beschleunigungssensor zur Verfügung zu stellen. Gemäß einer Ausführungsform, wird ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet das messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensoren einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, wobei der Beschleunigungssensoren zu weniger als 10 Gew.-% aus Metall besteht oder weniger als 20 g Metall enthält. The reduction in the risk of lightning or lightning damage can be further reduced by providing a metal-free or substantially metal-free acceleration sensor. According to one embodiment, a method for monitoring a wind turbine is provided. The method includes measuring an acceleration with a fiber optic acceleration sensor, wherein the acceleration sensors are provided at a radial position in the outer 70% radius of the rotor blade, the acceleration sensors being less than 10% by weight of metal or less than Contains 20 g of metal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Rotorblatt einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Rotorblatt beinhaltet einen faseroptischen Beschleunigungssensoren, wobei der faseroptische Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, und wobei der Beschleunigungssensor zu weniger als 10 Gew.-% aus Metall besteht oder weniger als 20 g Metall enthält. Zum Beispiel kann ein Lichtleiter von dem faseroptischen Beschleunigungssensor bis zu einer radialen Rotorblattposition geführt ist, an der das Rotorblatt begehbar ist. Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der faseroptische Beschleunigungssensoren eine maximale Ausdehnung von 10 mm in einem Querschnitt senkrecht zu einer Erstreckung des Lichtleiter haben. According to another embodiment, a rotor blade of a wind turbine is provided. The rotor blade includes a fiber optic acceleration sensor, wherein the fiber optic acceleration sensor is provided at a radial position in the range of the outer 70% of the radius of the rotor blade, and wherein the acceleration sensor is less than 10 wt .-% of metal or less than 20 g Contains metal. For example, an optical fiber may be routed from the fiber optic acceleration sensor to a radial rotor blade position where the rotor blade is passable. According to still further embodiments that may be combined with other embodiments, the fiber optic acceleration sensors may have a maximum extension of 10 mm in a cross section perpendicular to an extension of the light pipe.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen können Beschleunigungssensoren mit ausreichen wenig Metall oder metallfreien Beschleunigungssensoren zur Verfügung gestellt werden. Somit können zusätzlich zu existierenden Ideen einer kabellosen Signalübertragung, d.h. einer Signalübertragung ohne elektrische Kabel in einem Rotorblatt, metallfreie Beschleunigungssensoren zur Verfügung gestellt werden, die ein reduziertes Risiko eines Blitzschadens oder Blitzeinschlags zur Verfügung stellen. Durch ein blitzsicheres Design bzw. ein Design mit reduziertem Risiko eines Blitzschadens kann die erforderliche hohe Zuverlässigkeits- und Lebensdaueranforderung an Windkraftanlagen erfüllt werden. According to embodiments described herein, acceleration sensors may be provided with sufficient metal or metal-free acceleration sensors. Thus, in addition to existing ideas of wireless signal transmission, i. a signal transmission without electrical cables in a rotor blade, metal-free acceleration sensors are provided, which provide a reduced risk of lightning or lightning strike. A lightning-proof design or design with a reduced risk of lightning damage can meet the high reliability and service life requirements of wind turbines.
Zum Beispiel können für eine vorteilhafte Anbringung in der Blattspitze geringe Abmessungen und/oder Massen des Sensors vorteilhaft sein. Für die faseroptische Messung mittels Faser-Bragg-Gitter sind aber relative große Massen notwendig, da die Faser relativ steif ist. Hierbei kann ein Membransensor mittels Fabry Perot Interferometer zu noch weiteren Verbesserungen führen. For example, for an advantageous attachment in the blade tip small dimensions and / or masses of the sensor may be advantageous. For the fiber optic measurement by means of fiber Bragg gratings but relatively large masses are necessary because the fiber is relatively stiff. This can be a Membrane sensor using Fabry Perot interferometer lead to even further improvements.
Neben faseroptischen Beschleunigungssensoren, die ebenfalls im wesentlichen metallfrei zur Verfügung gestellt werden können, da die eigentliche Sensorik durch ein Faser-Bragg-Gitter zur Verfügung gestellt ist, kann gemäß einer Ausführungsform ein faseroptischer Beschleunigungssensoren wie folgt zur Verfügung gestellt werden. Der faseroptische Beschleunigungssensor beinhaltet einen Lichtleiter bzw. eine optische Faser mit einer Lichtaustrittsfläche. Ferner beinhaltet der faseroptische Beschleunigungssensor eine Membran und eine mit der Membran in Verbindung stehende Masse. Hierbei kann die Masse entweder zusätzlich zur Masse der Membran zur Verfügung gestellt werden oder die Membran kann mit einer geeigneten ausreichend großen Masse ausgestaltet sein. Der faseroptische Beschleunigungssensor beinhaltet einen optischen Resonator, der zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Membran ausgebildet ist. Zum Beispiel kann der Resonator ein Fabry-Perot-Resonator sein. Ferner beinhaltet der faseroptische Beschleunigungssensoren einen Spiegel, der im Strahlengang zwischen der Lichtaustrittsfläche und der Membran zur Verfügung gestellt ist, wobei der Spiegel in einem Winkel von 30° bis 60° relativ zu einer optischen Achse des Lichtleiter bzw. der optischen Faser ausgebildet ist. Zum Beispiel kann der Spiegel in einem Winkel von 45° ausgebildet sein. In addition to fiber-optic acceleration sensors, which can also be provided essentially metal-free, since the actual sensor system is provided by a fiber Bragg grating, according to one embodiment a fiber-optic acceleration sensor can be provided as follows. The fiber optic acceleration sensor includes a light guide or optical fiber having a light exit surface. Further, the fiber optic acceleration sensor includes a diaphragm and a mass in communication with the diaphragm. Here, the mass can be provided either in addition to the mass of the membrane available or the membrane can be designed with a suitable sufficiently large mass. The fiber optic acceleration sensor includes an optical resonator formed between the light exit surface and the diaphragm. For example, the resonator may be a Fabry-Perot resonator. Further, the fiber optic acceleration sensor includes a mirror provided in the beam path between the light exit surface and the diaphragm, the mirror being formed at an angle of 30 ° to 60 ° relative to an optical axis of the optical fiber. For example, the mirror may be formed at an angle of 45 °.
Die
Das primäre optische Signal wird wie durch den Pfeil
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein faseroptischer Beschleunigungssensor, d.h. zum Beispiel ein extrinsischer faseroptischer Beschleunigungssensor mit einem mittels der Faser oder angrenzend an die Faser zur Verfügung gestellten optischen Sensor, zum Beispiel mit einem optischen Resonator, oder ein intrinsischer faseroptische Beschleunigungssensor mit einem innerhalb der Faser zur Verfügung gestellten Sensor, an einer radialen Position der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt. Dies entspricht in manchen Fällen einem radialen Bereich des Rotorblatts, an dem es nicht möglich ist das Rotorblatt im fertigen Zustand zu begehen. Somit kann gemäß weiteren Ausführungsformen, die hier beschriebene radiale Position der Beschleunigungssensoren auch durch eine radiale Position, an der das Rotorblatt im fertigen Zustand nicht begehbar ist, beschrieben werden. Insbesondere kann der Beschleunigungssensoren in den äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts bzw. den äußeren 60 bis 90 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt werden. Durch die im Wesentlichen metallfreie Ausgestaltung des faseroptischen Beschleunigungssensors kann die Gefahr eines Blitzanschlages ausreichend reduziert werden, um einen Beschleunigungssensor an einer solchen radialen Position auch in der Praxis zu verwenden. Durch die nach außen verlagerte radiale Position des Beschleunigungssensors kann eine Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors erzielt werden, die eine Vielzahl von Überwachungen, Zustandsbestimmungen, und Steuerungsmöglichkeiten und/oder Regelungsmöglichkeiten erlaubt. Embodiments described herein which may be combined with other embodiments include a fiber optic acceleration sensor, eg, an extrinsic fiber optic acceleration sensor having an optical sensor provided by or adjacent the fiber, for example, an optical resonator intrinsic fiber optic accelerometer with a sensor provided within the fiber, provided at a radial position of the outer 70% of the radius of the rotor blade. This corresponds in some cases to a radial region of the rotor blade on which it is not possible to commit the rotor blade in the finished state. Thus, according to further embodiments, the radial position of the acceleration sensors described here can also be described by a radial position, at which the rotor blade in the finished state is not accessible. In particular, the acceleration sensors in the outer 50% of the radius of the rotor blade or the outer 60 to 90% of the radius of the rotor blade can be provided. Due to the substantially metal-free design of the fiber-optic acceleration sensor, the risk of lightning strike can be reduced sufficiently to use an acceleration sensor at such a radial position in practice. By the outside displaced radial position of the acceleration sensor, a sensitivity of the acceleration sensor can be achieved, which allows a variety of monitoring, state determinations, and control options and / or control options.
Die in den
Um einen faseroptischen Beschleunigungssensor, wie er zum Beispiel in den
Der in den
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, werden unterschiedliche Verfahren zur Überwachung und/oder Steuerung (bzw. Regelung) von Windkraftanlagen zur Verfügung gestellt. Ferner werden gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen verbesserte Beschleunigungssensoren, insbesondere intrinsische oder extrinsische faseroptische Beschleunigungssensoren, zur Verfügung gestellt. Hierbei sind intrinsische faseroptische Beschleunigungssensoren, Sensoren mit einer innerhalb der Faser zur Verfügung gestellten Sensoreinheit, wie zum Beispiel einem Faser-Bragg-Gitter. Extrinsische faseroptische Beschleunigungssensoren, haben eine mittels der Faser oder an der Faser zur Verfügung gestellten optischen Sensor. Somit können auch extrinsische faseroptische Beschleunigungssensoren mittels einer optischen Faser und einem optischen Sensor, d.h. einem nicht elektrischen Sensor, einen Beschleunigung ohne elektrische Komponenten messen. Hierbei können Beschleunigungssensoren zum Beispiel an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt werden, insbesondere im Bereich der äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts, wie zum Beispiel im Bereich von 60 % bis 95 % des Radius, wobei 0 % dem Flansch an der Blattwurzel entspricht. Weitere Ausgestaltungen zur Anbringung, Positionierung und zur Führung der Beschleunigungssignale vom Beschleunigungssensor zur Blattwurzel werden im Folgenden beschrieben. Diese Ausgestaltungen zur Anbringung, Positionierung und zur Führung der Beschleunigungssignale vom Beschleunigungssensor zur Blattwurzel können für alle hier beschriebenen Ausführungsformen vorteilhaft verwendet werden. According to embodiments described herein, different methods of monitoring and / or controlling wind turbines are provided. Furthermore, according to embodiments described here, improved acceleration sensors, in particular intrinsic or extrinsic fiber-optic acceleration sensors, are provided. Here are intrinsic fiber optic acceleration sensors, sensors with a provided within the fiber sensor unit, such as a fiber Bragg grating. Extrinsic fiber optic acceleration sensors have an optical sensor provided by the fiber or on the fiber. Thus, extrinsic fiber optic acceleration sensors can also be detected by means of an optical fiber and an optical sensor, i. a non-electrical sensor, measure acceleration without electrical components. In this case, acceleration sensors can be provided, for example, at a radial position in the area of the outer 70% of the radius of the rotor blade, in particular in the area of the outer 50% of the radius of the rotor blade, for example in the range of 60% to 95% of the radius, where 0% corresponds to the flange on the blade root. Further embodiments for mounting, positioning and guiding the acceleration signals from the acceleration sensor to the blade root are described below. These embodiments for mounting, positioning and guiding the acceleration signals from the acceleration sensor to the blade root can be used advantageously for all embodiments described here.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben es, Beschleunigungssensoren, insbesondere faseroptische Beschleunigungssensoren bzw. faseroptische Beschleunigungssensoren, nahe der Blattspitze, d.h. in hier beschriebenen radial äußeren Bereichen, in denen ein Rotorblatt nicht begehbar ist, einzusetzen, nachzurüsten und/oder im Reparaturfall entsprechende Wartungsmaßnahmen ergreifen zu können. Somit ergibt sich gemäß der hier vorliegenden Offenbarung eine detaillierte technische Lehre zur Ausführung und/oder zur Verfahrensweise für eine Messung der Beschleunigung in den hier beschriebenen radial außenliegenden Bereichen eines Rotorblatts. Diese technische Lehre bezieht sich zum einen auf die Montage, die Führung von Lichtleitern, redundante Verwendung von Komponente, und/oder eine Nachrüstung entsprechender Sensoren, zum anderen – alternative oder zusätzlich – zum anderen auf eine Messwerterfassung mittels eines analogen Anti-Aliasing-Filters bzw. einer SSI Auswertung der hier beschriebenen Beschleunigungssensoren. Somit wird über die rein theoretische Verwendung solcher Sensoren in radial außen liegenden Bereichen eines Rotorblatts hinaus, eine technische Lehre zur Verfügung gestellt, die einen praktischen Einsatz von faseroptischen Beschleunigungssensoren in einem radialen Bereich eines Rotorblatts, an dem das Rotorblatt nicht begehbar ist (zum Beispiel die äußeren 70%, insbesondere die äußeren 50%, weiterhin insbesondere die äußeren 30% des Radius), ermöglichen. Somit erlauben hier beschrieben Ausführungsformen durch die beschriebenen Anti-Aliasing-Filter eine gute Verwendung von Messsignalen. Darüber hinaus können alternativ oder zusätzlich die entsprechenden Komponenten technisch auch derart zur Verfügung gestellt werden, dass die verbesserten Regelungsstrategien bzw. Messstrategien auch über einen ausreichend lange Lebensdauer von zum Beispiel mehr als
Im Bereich der Blattwurzel ist durch die gepunktete Linie illustriert, dass gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen bei einer Kabelverlegung an der Hinterkante des Rotorblatts ein Durchstich in das Innere des Rotorblatts an einer radialen Position zur Verfügung gestellt wird, an der das Rotorblatt begehbar ist. Dies kann in der Nähe der Blattwurzel bzw. an der Blattwurzel sein. Es kann aber auch in einem anderen radialen Bereich des Rotorblatts sein, an dem das Rotorblatt begehbar ist. In the area of the blade root is illustrated by the dotted line that according to embodiments described here in a cable laying on the trailing edge of the rotor blade, a puncture is provided in the interior of the rotor blade at a radial position at which the rotor blade is accessible. This may be near the leaf root or at the leaf root. However, it can also be in another radial region of the rotor blade, on which the rotor blade can be walked on.
Bei der Herstellung von neuen Rotorblättern kann im Rahmen der Fertigung eine Verlegung des Signalkabels, wie zum Beispiel des Lichtleiters
Gemäß weiteren Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können ist bei einer Nachrüstung eines Sensors, zum Beispiel zur Eiserkennung, der Lichtleiter
Das Profil
Wie in
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Profil einen Leerkanal
Gemäß einem hier beschriebenen Aspekt wird ein Profil für die Hinterkante eines Rotorblatts einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Profil beinhaltet zumindest eine Befestigungsvorrichtung für einen Lichtleiter. Typischerweise ist das Profil ausgestaltet, um sich entlang zumindest 10% oder zumindest 30 % des Radius des Rotorblatts erstrecken. Gemäß weiteren Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die zumindest eine Befestigungsvorrichtung eine oder mehrere Klebestellen sein. Zum Beispiel kann ein Lichtleiter in das Profil eingeklebt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen, kann als Befestigungsvorrichtung eine Klemmvorrichtung für einen Lichtleiter oder ein Leerkanal zur Verfügung gestellt sein, durch den ein Lichtleiter hindurchgeführt werden kann. According to one aspect described herein, a profile for the trailing edge of a rotor blade of a wind turbine is provided. The profile includes at least one fastening device for a light guide. Typically, the profile is configured to extend along at least 10% or at least 30% of the radius of the rotor blade. According to further embodiments, which may be combined with other embodiments, the at least one fastening device may be one or more splices. For example, a light guide can be glued into the profile. According to further embodiments, a clamping device for a light guide or an empty channel can be provided as fastening device, through which a light guide can be passed.
Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann das Profil eine weitere Befestigungsvorrichtung für eine Beschleunigungssensor beinhalten. Die weitere Befestigungsvorrichtung kann als Klemmvorrichtung, Gewinde oder Schraube, und/oder durch ein oder mehrere Klebestellen zur Verfügung gestellt sein. Insbesondere Klemmvorrichtungen, Gewinde bzw. Schrauben sind bevorzugt aus einem nicht-metallische Material ausgebildet. Durch ein Profil gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, kann ein Nachrüsten für ein Rotorblatt mit einem Beschleunigungssensor und einer entsprechenden optischen Signalübertragung besonders einfach zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin kann durch die Verwendung von nicht-metallischen Materialien das Risiko eines Blitzschadens bzw. eines Blitzeinschlags reduziert werden. According to yet further embodiments, which may be combined with other embodiments described herein, the profile may include a further attachment device for an acceleration sensor. The further fastening device can be provided as a clamping device, thread or screw, and / or by one or more splices. In particular, clamping devices, threads or screws are preferably formed from a non-metallic material. By a profile according to embodiments described here, retrofitting for a rotor blade with an acceleration sensor and a corresponding optical signal transmission can be made particularly easy. Furthermore, the use of non-metallic materials can reduce the risk of lightning or lightning strikes.
In Bezug auf das Nachrüsten, die Wartung bzw. den Austausch von Komponenten sei vermerkt, dass faseroptische Beschleunigungssensoren, insbesondere faseroptische Beschleunigungssensoren einen relativ geringen Wartungsaufwand haben bzw. relativ robust sind. Für die Verwendung an Windkraftanlagen sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Betriebsbedingungen durch große Temperaturschwankungen und/oder große Beschleunigungen, die auf die Komponenten einwirken, insbesondere auch möglicherweise existierende Vibrationen, extremen sind. Somit ist bei der Verwendung in Windkraftanlagen eine Redundanz von Komponenten bzw. die vereinfachte Möglichkeit zum Austausch von Komponenten, insbesondere vorteilhaft. With regard to retrofitting, maintenance or replacement of components, it should be noted that fiber-optic acceleration sensors, in particular fiber-optic acceleration sensors, have relatively low maintenance requirements or are relatively robust. For use on wind turbines, however, it should be considered that the operating conditions are extreme due to large temperature fluctuations and / or large accelerations acting on the components, in particular also possibly existing vibrations. Thus, when used in wind turbines, a redundancy of components or the simplified possibility for the exchange of components, in particular advantageous.
Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann für eine Reparatur eines Lichtleiter ein im Inneren verlegter Lichtleiter aufgegeben werden und durch einen in einem Profil zur Verfügung gestellten Lichtleiter ersetzt werden. Weiterhin ist es möglich ein in einem Profil zur Verfügung gestellten Lichtleiter im Rahmen einer Reparatur aufzugeben und einen weiteren Lichtleiter mit einem weiteren Profil auf das erste Profil zu montieren. Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, kann sowohl innerhalb eines Rotorblatts und/oder innerhalb eines Profils ein Leerkanal zur Verfügung gestellt sein. In einem Leerkanal kann ein Lichtleiter nachträglich eingeführt werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft mit einer Steckverbindung
Die Verwendung eines Leerkanals in einem Profil bzw. auch im Inneren eines Rotorblatts kann ferner mit Ausführungsformen von Beschleunigungssensoren, die wie oben beschrieben eine geringe maximale Abmessung in einem Querschnitt senkrecht zur Lichtleiter-Achse vorteilhaft sein. Für faseroptische Beschleunigungssensoren mit kleinen Abmessungen im Querschnitt senkrecht zum Lichtleiter-Achse kann ein Ersatz-Lichtleiter gegebenenfalls auch mit einem Ersatz-Beschleunigungssensor in den Leerkanal eingebracht werden. The use of an empty channel in a profile or in the interior of a rotor blade may also be advantageous with embodiments of acceleration sensors which, as described above, have a small maximum dimension in a cross section perpendicular to the optical fiber axis. For fiber-optic acceleration sensors with small dimensions in cross-section perpendicular to the optical fiber axis, a replacement optical fiber may optionally be introduced into the empty channel with a replacement acceleration sensor.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen ist eine Mehrzahl an Verwendungsmöglichkeiten von Beschleunigungssensoren, insbesondere faseroptischen Beschleunigungssensoren, wie zum Beispiel faseroptische Beschleunigungssensoren, in Windkraftanlagen beschrieben, wobei Ausgestaltungen durch die radiale Positionierung, den Aufbau von faseroptischen Beschleunigungssensoren, sowie die Anbringung von Beschleunigungssensoren und/oder Anbringung von Lichtleitern zur Verfügung gestellt sind. According to embodiments described herein, a plurality of uses of acceleration sensors, in particular fiber optic acceleration sensors, such as fiber optic acceleration sensors, described in wind turbines, embodiments by the radial positioning, the structure of fiber optic acceleration sensors, as well as the attachment of acceleration sensors and / or attachment of optical fibers are provided.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verfahren zur Überwachung einer Torsionsinstabilität eines Rotorblatts einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Ein entsprechendes Ablaufdiagramm ist in
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Ein entsprechendes Ablaufdiagramm ist in
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Ein entsprechendes Ablaufdiagramm ist in
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur individuellen Pitchregelung von Rotorblättern einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Ein entsprechendes Ablaufdiagramm ist in
Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen wird aus dem Beschleunigungssignal eine zeitveränderliche, hochpassgefilterte Größe ermittelt, die unmittelbar für die individuelle Pitchregelung verwendet wird. Komplizierte Auswerteverfahren bzw. komplizierte Messmethoden einer Mehrzahl unterschiedlicher Größen können hierdurch entfallen. Für einen Regler werden nur zeitveränderliche, hochpassgefilterte Größen verwendet. Diese können gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen besonders einfach aus den Beschleunigungssignalen direkt bestimmt werden. Diese zeitveränderlichen Größen haben den Vorteil, dass sie auch bei Verwendung von faseroptischen Beschleunigungssignalen, die ans sich einen Drift unterliegen können, stabiler sind, keine Kalibrierung benötigen bzw. die Sensoren für die Messung technisch einfach sind. Hierbei kann unter anderem auf komplizierte Integrationsschritte, etc. verzichtet werden. Gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann das Hochpassfiltern durch Bildung einer zeitlichen Ableitung, durch Hochpassfilterung, und/oder mittels einer Fouriertransformation durchgeführt werden. Es ist hierbei anzumerken, dass eine zeitliche Ableitung, insbesondere bei der Wahl geeigneter Koeffizienten einer Hochpassfilterung bzw. einer Unterdrückung von Änderungen mit geringen Frequenzen relativ zu Signaländerungen mit hohen Frequenzen entspricht. Ein Hochpass kann signaltechnisch folglich als Differenzierglied betrachtet werden bzw. eine zeitliche Differenzierung kann als Hochpass betrachtet werden. Somit Zum Beispiel kann das Hochpassfiltern eine Grenzfrequenz für Signalanteile mit Frequenzen größer der Rotationsfrequenz des Rotors haben. Die Grenzfrequenz kann von 0,3 bis 0,5 Hz sein, insbesondere wobei das Hochpassfiltern eine Unterdrückung eines Signals von 0,2 Hz relativ zu einem Signal von 0,6 von mindestens einem Faktor 5 hat. According to the embodiments described here, a time-variable, high-pass filtered variable is determined from the acceleration signal, which variable is used directly for the individual pitch control. Complex evaluation methods or complicated measuring methods of a plurality of different sizes can be omitted hereby. For a controller, only time-varying, high-pass-filtered quantities are used. These can be determined particularly easily from the acceleration signals in accordance with embodiments described here. These time-variable sizes have the advantage that they are more stable even when using fiber-optic acceleration signals, which may be subject to drift, need calibration or the sensors for the measurement are technically simple. Among other things, complicated integration steps, etc. can be dispensed with here. According to some embodiments that may be combined with other embodiments described herein, the high pass filtering may be performed by forming a time derivative, by high pass filtering, and / or by a Fourier transform. It should be noted here that a time derivative, in particular when selecting suitable coefficients, corresponds to a high-pass filtering or a suppression of changes with low frequencies relative to signal changes with high frequencies. A high-pass signal can thus be regarded as a differentiator, or a time differentiation can be regarded as a high-pass. Thus, for example, the high pass filtering may have a cutoff frequency for signal portions having frequencies greater than the rotational frequency of the rotor. The cut-off frequency may be from 0.3 to 0.5 Hz, in particular wherein the high-pass filtering has a suppression of a signal of 0.2 Hz relative to a signal of 0.6 of at least a factor of 5.
Insbesondere bei einer Kombination mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor kann das Verfahren weiterhin ein opto-elektronisches Wandeln des Signals des faseroptischen Beschleunigungssensors und ein Filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals mit einem analogen Anti-aliasing-Filter beinhalten. Somit wird für die individuelle Pitchregelung eine Signal verwendet, das zum einen hochpassgefiltert ist und darüber hinaus einer analogen Anti-aliasing-Filterung unterzogen wurde. Weitere zeitveränderliche Größen werden somit für eine individuelle Pitchregelung nicht benötigt, auch wenn diese optional einer Regelgröße hinzugefügt werden könnten. Gemäß typischen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann das Filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals mit dem analogen Anti-aliasing-Filter eine Grenzfrequenz von 10 Hz bis 40 Hz hat, insbesondere von 15 Hz bis 25 Hz haben. In particular, when combined with a fiber optic acceleration sensor, the method may further include opto-electronically converting the signal of the fiber optic acceleration sensor and filtering the opto-electronically converted acceleration signal with an analog anti-aliasing filter. Thus, a signal is used for the individual pitch control, which is on the one hand high-pass filtered and has also been subjected to analog anti-aliasing filtering. Further time-variable quantities are thus not required for an individual pitch control, even if these could optionally be added to a controlled variable. According to typical embodiments that may be combined with other embodiments described herein, filtering the opto-electronically-converted acceleration signal with the analog anti-aliasing filter may have a cutoff frequency of 10 Hz to 40 Hz, more preferably 15 Hz to 25 Hz.
Verfahren zur individuellen Pitchregelung sind basierend auf einer Mehrzahl unterschiedlicher Steuer- oder Messgrößen bekannt. Durch die Verwendung von Beschleunigungssensoren in einem Rotorblatt, wobei der Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius zur Verfügung gestellt ist, kann mit einem Beschleunigungssensor ein für eine individuelle Pitchregelung bestens geeignetes Signal verwendet werden. Bei der Verwendung des Signals eines Beschleunigungssensors, der in einem radial äußeren Bereich des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, kann durch die Empfindlichkeit der Beschleunigungssensoren in diesem radialen Bereich eine verbesserte Pitchregelung erzielt werden. Hierbei kann durch die Messung einer Beschleunigung in jeweils einem Rotorblatt, für jedes Rotorblatt eine individuelle Pitchregelung erfolgen. Methods for individual pitch control are known based on a plurality of different control or measured variables. By using acceleration sensors in a rotor blade, wherein the acceleration sensor is provided at a radial position in the area of the outer 70% of the radius, an acceleration sensor can be used with a signal which is most suitable for individual pitch control. When using the signal of an acceleration sensor, which is provided in a radially outer region of the rotor blade, the sensitivity of the acceleration sensors in this radial region, a improved pitch control can be achieved. In this case, by measuring an acceleration in each case one rotor blade, an individual pitch control can be carried out for each rotor blade.
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen wird unter einer individuellen Pitchregelung eine Regelung verstanden, bei der jedes Rotorblatt einen eigenen Antrieb zur Pitchregelung hat. Zum Beispiel zeigt
Eine individuelle Pitchregelung kann insbesondere bei Ausführungsformen zur Verfügung gestellt werden, bei denen sich ein Beschleunigungssensor in den äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts, weiterhin insbesondere in einem Bereich von 60 % bis 90 % des Radius Rotorblatts befindet. Wie in
Gemäß weiteren Ausführungsformen, können insbesondere mehrere Beschleunigungssensoren an einem Rotorblatt an mehreren radialen Positionen verwendet werden. According to further embodiments, in particular a plurality of acceleration sensors can be used on a rotor blade at a plurality of radial positions.
Im Hinblick auf die individuelle Pitchregelung mit Beschleunigungssensoren, ist gemäß einer Ausführungsform einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Die Windkraftanlage beinhaltet ein erstes Rotorblatt, das an einer Nabe montiert ist, einen ersten Antrieb zu Rotation des ersten Rotorblatts für eine Pitchregelung des ersten Rotorblatts, zumindest ein zweites Rotorblatt das an der Nabe montiert ist, zumindest einen zweiten Antrieb zu Rotation des zweiten Rotorblatts für eine Pitchregelung des zweiten Rotorblatts, wobei der zweite Antrieb unabhängig vom ersten Antrieb an steuerbar ist, und eine Steuerung zum Ansteuern von zumindest dem ersten Antrieb. Die Windkraftanlage beinhaltet ferner einen Beschleunigungssensor wobei der Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius des ersten Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, und eine Messsignalleitung zum Führen des Messsignals des Beschleunigungssensor zu der Steuerung und/oder Regelung, wobei die Steuerung und/oder Regelung konfiguriert ist ein Pitchen des ersten Rotorblatts mittels einer ermittelten zeitveränderlichen Größe zu steuern. With regard to the individual pitch control with acceleration sensors, according to one embodiment of a wind turbine is provided. The wind turbine includes a first rotor blade mounted on a hub, a first drive for rotating the first rotor blade for pitch control of the first rotor blade, at least one second rotor blade mounted on the hub, at least one second driver for rotation of the second rotor blade for a pitch control of the second rotor blade, wherein the second drive is controllable independently of the first drive, and a controller for driving at least the first drive. The wind turbine further includes an acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is provided at a radial position in the area of the outer 70% of the radius of the first rotor blade, and a measurement signal line for guiding the measurement signal of the acceleration sensor to the controller, wherein the controller and is configured to control a pitching of the first rotor blade by means of a determined time-variable variable.
In solchen Ausführungsformen von Windkraftanlagen kann der Beschleunigungssensor insbesondere in den äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts, weiterhin insbesondere in einem Bereich von 60 % bis 90 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt sein. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Beschleunigungssensor zu weniger als 10 Gew.-% aus Metall besteht oder weniger als 20 g Metall enthält. Ein solcher Beschleunigungssensor kann insbesondere der faseroptische Beschleunigungssensor gemäß einer der Ausführungsformen sein, wie sie in Bezug auf die
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform, ist ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Ein entsprechendes Ablaufdiagramm ist in
Ein weiterer Aspekt von den hier beschriebenen Beschleunigungssensoren an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius eines Rotorblatts einer Windkraftanlage betrifft die Erzeugung eines Signals zur Blade-Clearance-Warnung bzw. zur Turmfreigangs-Warnung. Zur Erläuterung des Turmfreigangs kann auf
Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen kann zur Erzeugung eines Signals zur Turmfreigangs-Warnung ein Beschleunigungssensor verwendet werden, insbesondere wenn dieser in den äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts, weiterhin insbesondere in einem Bereich von 60 bis 90 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist. Bei Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Windkraftanlage gemäß diesen Ausführungsformen wird das Signal der Beschleunigung ausgewertet zu Erzeugung eines Signals zur Blade-Clearance-Warnung bzw. Turmfreigangs-Warnung. Hierbei kann das Signal des Beschleunigungssensors insbesondere über die Zeit integriert werden, zum Beispiel zweifach über die Zeit integriert werden. Darüber hinaus kann mittels einer Koordinatentransformation wie sie in Bezug auf die
Gemäß weiteren Ausführungsformen, die mit den hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die mit zumindest einem Beschleunigungssensor bestimmte dynamische Belastung bzw. die mit zumindest einem Beschleunigungssensor basierend auf dem dynamischen Verhalten des Rotorblatts errechnete Position mit einer statischen Belastung bzw. eines statischen Biegemoments kombiniert werden. Hierzu kann ein Signal eines Dehnungssensors, der zum Beispiel in der Blattwurzel zur Verfügung gestellt ist, verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Dehnungssensor, zum Beispiel ein faseroptischer Dehnungssensor, eine Dehnung in zumindest einer Richtung entlang des Radius des Rotorblatts messen. Durch die Kombination einer dynamischen Belastung und einer statischen Belastung kann ein verbessertes Signal zur Warnung bei nicht ausreichendem Turmfreigang eines Rotorblatts zur Verfügung gestellt werden. According to further embodiments, which can be combined with the embodiments described here, the dynamic load determined with at least one acceleration sensor or the position calculated with at least one acceleration sensor based on the dynamic behavior of the rotor blade can be combined with a static load or a static bending moment , For this purpose, a signal of a strain sensor, which is provided for example in the blade root, can be used. For example, a strain sensor, for example a fiber optic strain sensor, may measure strain in at least one direction along the radius of the rotor blade. By combining a dynamic load and a static load, an improved signal can be provided for warning in case of insufficient tower clearance of a rotor blade.
Gemäß weiteren Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann das Signal zur Warnung bei nicht ausreichendem Turmfreigang eines Rotorblatts zu einer Regelung der Windkraftanlage verwendet werden. Hierbei kann insbesondere die Regelung in einer Pitchregelung zumindest eines Rotorblatts, einer Anpassung einer Generator Trennlinie der Windkraftanlage und/oder einer Notausschaltung einer Windkraftanlage bestehen. According to further embodiments, which may be combined with other embodiments described herein, the signal may be used to alert if there is insufficient tower clearance of a rotor blade to control the wind turbine. In this case, in particular, the regulation may consist in a pitch regulation of at least one rotor blade, an adaptation of a generator dividing line of the wind turbine and / or an emergency shutdown of a wind turbine.
In Bezug auf die hier beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen können eine Mehrzahl von Ausführungsformen beschrieben werden. Eine erste Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Erfassung einer Torsionsinstabilität eines Rotorblatts einer Windkraftanlage. Das Verfahren beinhaltet ein Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist; und Auswerten der Beschleunigung zur Erzeugung eines Signals zur Erfassung einer Torsionsinstabilität, insbesondere Flattern, und/oder eines Signals zur Erfassung einer Torsions-Biege-Kopplung. Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform zur Verfügung gestellt, wobei das Signal mit einem Lichtleiter zur Blattwurzel des Rotorblatts geführt wird, insbesondere wobei das Signal mit einem Lichtleiter, der sich entlang der Hinterkante des Rotorblatts erstreckt, geführt wird. Gemäß einer dritten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Erfassung einer Torsionsinstabilität eines Rotorblatts einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor, wobei der Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, und wobei das Signal mit einem Lichtleiter zur Blattwurzel des Rotorblatts, der sich insbesondere entlang einer Hinterkante des Rotorblatts erstreckt, geführt wird; und Auswerten der Beschleunigung zur Erzeugung eines Signals zur Erfassung einer Torsionsinstabilität, insbesondere Flattern, und/oder eines Signals zur Erfassung einer Torsions-Biege-Kopplung. Gemäß einer vierten Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 2 bis 3 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter im Bereich der Blattwurzel über eine Spirale geführt wird, die eine Torsion des Lichtleiters erlaubt. Gemäß einer fünften Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 2 bis 4 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter an einem an einer Hinterkante des Rotorblatts zur Verfügung gestellten Profil zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer sechsten Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 5 zur Verfügung gestellt, wobei das Profil ein pultrudiertes Profil ist und/oder wobei das Profil eine aerodynamische Beeinflussung des Rotorblatts bewirkt. Gemäß einer siebten Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 2 bis 6 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter an einer radialen Position, an der das Rotorblatt begehbar ist, von außen in das Innere des Rotorblatts geführt wird. Gemäß einer achten Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 7 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter beim Führen von außen in das Innere oder im Inneren im Wesentlichen an der radialen Position mit einer Steckverbindung verbunden ist. Gemäß einer neunten Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 5 bis 8 zur Verfügung gestellt, wobei sich das Profil entlang zumindest 10 % oder zumindest 30% des Radius des Rotorblatts erstreckt, insbesondere wobei sich ein oder mehrere Segmente des Profils entlang zumindest 10 % oder zumindest 30 % des Radius des Rotorblatts erstrecken. Gemäß einer zehnten Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 5 bis 9 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor innerhalb des Profils oder an der Hinterkante zur Verfügung gestellt wird. Gemäß einer elften Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 10 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor in den äußeren 50% des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist und/oder wobei der Beschleunigungssensor einen Abstand von einer Torsionsachse von 10 cm oder mehr hat. Gemäß einer zwölften Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 11 zur Verfügung gestellt, wobei die gemessene Beschleunigung eine Richtungskomponente senkrecht zur Profilsehne des Rotorblatts hat. Gemäß einer 13. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 12, zur Verfügung gestellt das weiterhin ein Messen eines Schalldruckpegels am Rotorblatt beinhaltet. Gemäß einer 14. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 13, das weiterhin Messen einer Temperatur, insbesondere im Beschleunigungssensor und/oder in dem Lichtleiter beinhaltet. Gemäß einer 15. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14, das weiterhin zumindest einen Dehnungssensor zur Messung eines statischen Biegemoments, insbesondere eines statischen Torsionsmoments, beinhaltet, wobei die Dehnung in zumindest einer Richtung tangential zu der Torsionsachse gemessen wird. Gemäß einer 16. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 15 zur Verfügung gestellt, wobei das Signals zur Flatterwarnung und/oder eines Signals zur Instabilitätswarnung bei einer Torsions-Biege-Kopplung zu einer Regelung der Windkraftanlage verwendet wird, insbesondere wobei die Regelung in einer Pitchregelung des Rotorblatts, in einer Anpassung einer Generatorkennlinie, und/oder einer Ausschaltung der Windkraftanalage besteht. Gemäß einer 17. Ausführungsform wird ein Verfahren nach einer Ausführungsformen 1 bis 16 zur Verfügung gestellt, wobei das Rotorblatt Mittel für eine passive Last- oder Leistungsregelung, beinhaltet, die von dem ermittelten Torsionssignal überwacht wird. Gemäß einer 18. Ausführungsform wird ein Profil für die Hinterkante eines Rotorblatts einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Profil beinhaltet zumindest eine erste Befestigungsvorrichtung für einen Lichtleiter, insbesondere wobei das Profil ausgestaltet ist, um sich entlang zumindest 10 % oder zumindest 30% des Radius des Rotorblatts zu erstrecken, weiterhin insbesondere wobei sich ein oder mehrere Segmente des Profils entlang zumindest 10 % oder zumindest 30 % des Radius des Rotorblatts erstrecken. Gemäß einer 19. Ausführungsform wird das Profil gemäß Ausführungsform 18 zur Verfügung gestellt, wobei die Befestigungsvorrichtung eine oder mehrere Klebestellen und/oder eine oder mehrere Klemmvorrichtungen umfasst. Gemäß 21. Ausführungsform wird das Profil gemäß einer der Ausführungsformen 18 bis 19 zur Verfügung gestellt, wobei das Profil weiterhin eine weitere Befestigungsvorrichtung für einen Beschleunigungssensor beinhaltet. Gemäß einer 21. Ausführungsform wird das Profil gemäß einer der Ausführungsformen 18 bis 20 zur Verfügung gestellt, wobei das Profil weiterhin eine zweite Befestigungsvorrichtung für einen weiteren Lichtleiter, insbesondere wobei die weitere Befestigungsvorrichtung ein Leerkanal ist, beinhaltet. With respect to the examples and embodiments described herein, a plurality of embodiments may be described. A first embodiment includes a method for detecting a torsional instability of a rotor blade of a wind turbine. The method includes measuring acceleration with a fiber optic acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is provided at a radial position in the range of the outer 70% of the radius of the rotor blade; and evaluating the acceleration to generate a signal for detecting a torsional instability, in particular flutter, and / or a signal for detecting a torsional-bending coupling. According to a second embodiment, a method according to the first embodiment is provided, wherein the signal is guided with an optical fiber to the blade root of the rotor blade, in particular wherein the signal with a light guide, which extends along the trailing edge of the rotor blade is guided. According to a third embodiment, a method for detecting torsional instability of a rotor blade of a wind turbine is provided. The method includes measuring acceleration with a fiber optic acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is provided at a radial position in the range of the outer 70% of the radius of the rotor blade, and wherein the signal with an optical fiber to the blade root of the rotor blade, in particular along a trailing edge of the rotor blade extends, is guided; and evaluating the acceleration to generate a signal for detecting a torsional instability, in particular flutter, and / or a signal for detecting a torsional-bending coupling. According to a fourth embodiment, a method according to one of the embodiments 2 to 3 is provided, wherein the light guide is guided in the region of the blade root via a spiral which allows a torsion of the light guide. According to a fifth embodiment, a method according to any one of embodiments 2 to 4 is provided, wherein the light guide is provided on a profile provided at a trailing edge of the rotor blade. According to a sixth Embodiment, a method according to
Gemäß einer zweiten 20. Ausführungsform wird ein Verfahren zur Überwachung einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor in einem Rotorblatt der Windkraftanlage; ein opto-elektronisches Wandeln eines Beschleunigungssignals des faseroptischen Beschleunigungssensors; und ein Filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals mit einem analogen Anti-aliasing-Filter. Gemäß einer 21. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 20 zur Verfügung gestellt, wobei der faseroptische Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius des Rotorblatts, insbesondere im Bereich der äußeren 50% des Radius des Rotorblatts, zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer 22. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 20 bis 21 zur Verfügung gestellt, wobei ein Signal des faseroptischen Beschleunigungssensors mit einem Lichtleiter zur Nabe geführt wird, insbesondere wobei der Lichtleiter im Bereich der Blattwurzel über eine Spirale geführt wird, die eine Torsion des Lichtleiters erlaubt. Gemäß einer 23. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 22 zur Verfügung gestellt, wobei ein Verteiler, insbesondere ein an einem Blattschott zur Verfügung gestellten Verteiler, eine Steckverbindung mit dem Lichtleiter zur Verfügung stellt. Gemäß einer 24. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 22 bis 23 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter an der Hinterkante des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, insbesondere wobei der Lichtleiter an einem an einer Hinterkante des Rotorblatts zur Verfügung gestellten Profil zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer 25. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 24 zur Verfügung gestellt, wobei das Profil ein pultrudiertes Profil ist und/oder wobei das Profil eine aerodynamische Beeinflussung des Rotorblatts bewirkt. Gemäß einer 26. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 24 bis 25, wobei sich das Profil entlang zumindest 10% oder zumindest 30% des Radius des Rotorblatts erstreckt, insbesondere wobei sich ein oder mehrere Segmente des Profils entlang zumindest 10% oder zumindest 30 % des Radius des Rotorblatts erstrecken. Gemäß einer 27. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 24 bis 26 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor innerhalb des Profils zur Verfügung gestellt wird. Gemäß einer 28. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 22 bis 27 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter an einer radialen Position, an der das Rotorblatt begehbar ist, von außen in das Innere des Rotorblatts geführt wird. Gemäß einer 29. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 20 bis 28, wobei das Verfahren weiterhin ein Auswerten des Beschleunigungssignals mit Hilfe von Stochastic Subspace Identification zur Berechnung von Eigenwerten des Rotorblatts beinhaltet. Gemäß 30. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 29 zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren weiterhin ein Detektieren von Eisbildung auf dem Rotorblatt mit Hilfe der Eigenwerte beinhaltet. Gemäß einer 31. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 20 bis 30 zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren weiterhin ein Messen eines Schalldruckpegels am Rotorblatt beinhaltet. Gemäß einer 32. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 31 zur Verfügung gestellt, wobei das Messen der Beschleunigung bei einer stehenden oder lastfrei drehenden Windkraftanlage erfolgt. Gemäß einer 33. Ausführungsform wird ein Verfahren zur Eiserkennung an einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren beinhaltet: ein Messen einer Beschleunigung mit einem faseroptischen Beschleunigungssensor in einem Rotorblatt der Windkraftanlage; ein opto-elektronisches Wandeln eines Beschleunigungssignals des faseroptischen Beschleunigungssensors; ein Filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals mit einem analogen Anti-aliasing-Filter; ein Auswerten des gefilterten Beschleunigungssignals mit Hilfe von Stochastic Subspace Identification zur Berechnung von Eigenwerten des Rotorblatts; und ein Detektieren von Eisbildung auf dem Rotorblatt mit Hilfe der Eigenwerte. Gemäß einer 34. Ausführungsform wird ein Verfahren nach Ausführungsform 33 zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren weiterhin beinhaltet: eine Kompensation der Eigenwerte mit zumindest einer gemessen Größe aus der Gruppe bestehend aus: einer Temperatur an dem Rotorblatt der Windkraftanlage, einer Windgeschwindigkeit, einer Leistung der Windkraftanlage, einer Rotationsrate eines Rotors der Windkraftanlage, und einem Pitchwinkel des Rotorblatts. Gemäß einer 35. Ausführungsform wird ein Rotor einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Der Rotor beinhaltet einen faseroptischen Beschleunigungssensor in einem Rotorblatt der Windkraftanlage; einen opto-elektronischer Wandler zum Wandel eines Beschleunigungssignals des faseroptischen Beschleunigungssensors; und einen analoger Anti-aliasing-Filter konfiguriert zum Filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals. Gemäß einer 36. Ausführungsform wird ein Rotor gemäß Ausführungsform 35 zur Verfügung gestellt, wobei der faseroptische Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius des Rotorblatts, insbesondere im Bereich der äußeren 50% des Radius des Rotorblatts, zur Verfügung gestellt ist, und wobei ein Lichtleiter vom faseroptischen Beschleunigungssensor bis zu einer radialen Rotorblattposition geführt ist, an der das Rotorblatt begehbar ist. Gemäß einer 37. Ausführungsform wird ein Rotor gemäß einer der Ausführungsformen 35 bis 36 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor eine maximale Ausdehnung von 10 mm in einem Querschnitt senkrecht zu einer Achse des Lichtleiters hat. According to a second 20th embodiment, a method for monitoring a wind turbine is provided. The method includes measuring acceleration with a fiber optic acceleration sensor in a rotor blade of the wind turbine; opto-electronic conversion of an acceleration signal of the fiber optic acceleration sensor; and filtering the opto-electronically-converted acceleration signal with an analog anti-aliasing filter. According to a 21st embodiment, a method according to
Gemäß einer 38. Ausführungsform wird ein Verfahren zur individuellen Pitchregelung von Rotorblättern einer Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Messen einer Beschleunigung mit einem Beschleunigungssensor in einem Rotorblatt der Windkraftanlage; ein Hochpassfiltern eines Signals des Beschleunigungssensors zur Ermittlung einer zeitveränderlichen Größe, und ein Pitchen des ersten Rotorblatts der Windkraftanlage mittels der zeitveränderlichen Größe, wobei das Pitchen im Rahmen einer individuellen Pitchregelung erfolgt. Gemäß einer 39. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 38 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius eines ersten Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, insbesondere wobei der Beschleunigungssensor in den äußeren 50% des Radius des Rotorblatts, weiterhin insbesondere in einem Bereich von 60% bis 90% des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer 40. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 38 bis 39 zur Verfügung gestellt, wobei das Hochpassfiltern durch Bildung einer zeitlichen Ableitung, durch Hochpassfilterung, und/oder mittels einer Fouriertransformation durchgeführt wird. Gemäß einer 41. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 38 bis 40, wobei das Hochpassfiltern eine Grenzfrequenz von 0,3 bis 0,5 Hz hat, insbesondere wobei das Hochpassfiltern eine Unterdrückung eines Signals von 0,2 Hz relativ zu einem Signal von 0,6 von mindestens einem Faktor 5 hat. Gemäß einer 42. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 38 bis 41 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor ein faseroptischer Beschleunigungssensor ist; und wobei das Verfahren weiterhin beinhaltet: ein opto-elektronisches Wandeln des Signals des faseroptischen Beschleunigungssensors; und Filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals mit einem analogen Anti-aliasing-Filter. Gemäß einer 43. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 42 zur Verfügung gestellt, wobei das Filtern des opto-elektronisch gewandelten Beschleunigungssignals mit dem analogen Anti-aliasing-Filter eine Grenzfrequenz von 10 Hz bis 40 Hz hat, insbesondere von 15 Hz bis 25 Hz hat. Gemäß einer 44. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 42 bis 43 zur Verfügung gestellt, wobei das Signal mit einem Lichtleiter zur Nabe geführt wird, insbesondere wobei der Lichtleiter Im Bereich der Blattwurzel über eine Spirale geführt wird, die eine Torsion des Lichtleiters erlaubt. Gemäß einer 45. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 44 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter an der Hinterkante des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, insbesondere wobei der Lichtleiter an einem an einer Hinterkante des Rotorblatts zur Verfügung gestellten Profil zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer 46. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß Ausführungsform 45 zur Verfügung gestellt, wobei das Profil ein pultrudiertes Profil ist und/oder wobei das Profil eine aerodynamische Beeinflussung des Rotorblatts bewirkt. Gemäß einer 47. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 45 bis 46 zur Verfügung gestellt, wobei sich das Profil entlang zumindest 30% des Radius des Rotorblatts erstreckt, insbesondere wobei sich ein oder mehrere Segmente des Profils entlang zumindest 30 % des Radius des Rotorblatts erstrecken. Gemäß einer 48. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 45 bis 47 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor innerhalb des Profils zur Verfügung gestellt wird. Gemäß einer 49. Ausführungsform wird ein Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 44 bis 48 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter an einer radialen Position, an der das Rotorblatt begehbar ist, von außen in das Innere des Rotorblatts geführt wird. Gemäß einer 50. Ausführungsform wird eine Windkraftanlage zur Verfügung gestellt. Die Windkraftanlage beinhaltet ein erstes Rotorblatt, das an einer Nabe montiert ist; ein erster Antrieb zur Rotation des ersten Rotorblatts für eine Pitchregelung des ersten Rotorblatts; zumindest ein zweites Rotorblatt, das an der Nabe montiert ist; zumindest ein zweiter Antrieb zur Rotation des zweiten Rotorblatts für eine Pitchregelung des zweiten Rotorblatts, wobei der zweite Antrieb unabhängig vom ersten Antrieb ansteuerbar ist; eine Steuerung zum Ansteuern von zumindest dem ersten Antrieb; einen erster Beschleunigungssensor in dem ersten Rotorblatt der Windkraftanlage; Mittel zum Hochpassfiltern eines Signals des ersten Beschleunigungssensors zur Ermittlung einer zeitveränderlichen Größe; und eine Steuerung, wobei die Steuerung konfiguriert ist ein Pitchen des ersten Rotorblatts mittels der zeitveränderlichen Größe zu steuern. Gemäß einer 51. Ausführungsform wird eine Windkraftanlage gemäß Ausführungsform 50 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70% des Radius eines ersten Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, insbesondere wobei der erste Beschleunigungssensor in den äußeren 50% des Radius des Rotorblatts, weiterhin insbesondere in einem Bereich von 60% bis 90% des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer 52. Ausführungsform wird die Windkraftanlage gemäß einer der Ausführungsformen 50 bis 51, wobei der Beschleunigungssensor zu weniger als 10 Gew.-% aus Metall besteht oder weniger als 20 g Metall enthält. Gemäß einer 53. Ausführungsform wird die Windkraftanlage gemäß einer der Ausführungsformen 50 bis 52 zur Verfügung gestellt, wobei die Windkraftanlage weiterhin beinhaltet: einen Lichtleiter, wobei der Beschleunigungssensor ein faseroptischer Beschleunigungssensor ist und der Lichtleiter vom Beschleunigungssensor bis zu einer radialen Rotorblattposition geführt ist, an der das Rotorblatt begehbar ist. Gemäß einer 54. Ausführungsform wird eine Windkraftanlage gemäß Ausführungsform 53 zur Verfügung gestellt, wobei der Beschleunigungssensor eine maximale Ausdehnung von 10 mm in einem Querschnitt senkrecht zu einer Achse des Lichtleiters hat. Gemäß einer 55. Ausführungsform wird eine Windkraftanlage gemäß einer der Ausführungsformen 53 bis 54 zur Verfügung gestellt, wobei der Lichtleiter an der Hinterkante des Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist, insbesondere wobei der Lichtleiter an einem an einer Hinterkante des Rotorblatts zur Verfügung gestellten Profil zur Verfügung gestellt ist. Gemäß einer 56. Ausführungsform wird eine Windkraftanlage gemäß Ausführungsform 55 zur Verfügung gestellt, wobei das Profil ein pultrudiertes Profil ist und/oder wobei das Profil konfiguriert ist, eine aerodynamische Beeinflussung des Rotorblatts zu bewirken. Gemäß einer 57. Ausführungsform wird eine Windkraftanlage gemäß Ausführungsformen 55 bis 56 zur Verfügung gestellt, wobei sich das Profil entlang zumindest 30% des Radius des Rotorblatts erstreckt, insbesondere wobei sich ein oder mehrere Segmente des Profils entlang zumindest 30 % des Radius des Rotorblatts erstrecken. Gemäß einer 58. Ausführungsform wird eine Windkraftanlage gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 57 zur Verfügung gestellt, wobei der erste Beschleunigungssensor innerhalb des Profils zur Verfügung gestellt ist. According to a 38th embodiment, a method for individual pitch control of rotor blades of a wind turbine is provided. The method includes measuring acceleration with an acceleration sensor in a rotor blade of the wind turbine; a high-pass filtering of a signal of the acceleration sensor for determining a time-variable variable, and pitching of the first rotor blade of the wind turbine by means of the time-variable variable, wherein the pitching takes place in the context of an individual pitch control. According to a 39th embodiment, a method according to embodiment 38 is provided, wherein the acceleration sensor is provided at a radial position in the area of the outer 70% of the radius of a first rotor blade, in particular wherein the acceleration sensor in the outer 50% of the radius of the Rotor blade, further provided in particular in a range of 60% to 90% of the radius of the rotor blade. According to a 40th embodiment, a method according to any one of embodiments 38 to 39 is provided, wherein the High pass filtering is performed by forming a time derivative, by high-pass filtering, and / or by means of a Fourier transform. According to a 41st embodiment, a method according to any of embodiments 38 to 40, wherein the high-pass filtering has a cut-off frequency of 0.3 to 0.5 Hz, in particular wherein the high-pass filtering is a suppression of a signal of 0.2 Hz relative to a signal of Has 0.6 of at least a factor of 5. According to a 42nd embodiment, a method according to any one of Embodiments 38 to 41 is provided, wherein the acceleration sensor is a fiber-optic acceleration sensor; and wherein the method further includes: opto-electronically converting the signal of the fiber optic acceleration sensor; and filtering the opto-electronically-converted acceleration signal with an analog anti-aliasing filter. According to a 43rd embodiment, a method according to
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand typischer Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt. Although the present invention has been described above by means of typical embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in many ways. Also, the invention is not limited to the applications mentioned.
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