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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stabilisieren eines Triebstrangs einer Windenergieanlage, eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Triebstrangs einer Windenergieanlage sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Windenergieanlagen (WEA) werden auf einen maximalen Ertrag aus der Windkraft gesteuert. Dabei werden die maximalen Belastungen der Komponenten teilweise überschritten, sodass es zu Verschleißschäden kommt, die nicht immer rechtzeitig erkannt werden können. Das Gesamtsystem Windkraftanlage ist besonders schwingungsempfindlich. Dies betrifft zum einen eine Anregung der Eigenfrequenzen der Anlage und des Triebstrangs, zum Anderen werden diese Schwingungen insbesondere durch turbulente Windfelder und die Wandlung der Windenergie in Rotationsenergie an den Rotorblättern verursacht. Durch die immer größer werdenden Anlagen werden typischerweise Höhen zwischen 40 m bis 180 m oder höher überstrichen. Das Windfeld ist in diesem Bereich durch einen Gradienten in der Geschwindigkeit entsprechend der Höhe über dem Boden/Wasser geprägt und kann zusätzliche Turbulenzen aufweisen. Die aerodynamischen Kräfte werden zum einen als Rotationsbewegung auf dem Antriebsstrang abgebildet, zum anderen kommt es aber auch zu Querkräften, die in einem Querversatz der auf Gummilagern montierten Triebstrangkomponenten einer Windenergieanlage resultieren. Diese Querkräfte führen zu verschleißintensiven Betriebszuständen und müssen nach Möglichkeit vermieden werden. Bisher sind keine Systeme bekannt, die diesem Anspruch gerecht werden.
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In der Offenbarungsschrift
DE 10 2011 117 468 A1 wird ein Verfahren, eine Recheneinheit und eine Einrichtung zur Überwachung eines Antriebstrangs beschrieben.
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Vor diesem Hintergrund wird mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Stabilisieren eines Triebstrangs einer Windenergieanlage, eine Vorrichtung zum Stabilisieren eines Triebstrangs einer Windenergieanlage sowie ein entsprechendes Computer-Programmprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Stabilisieren eines Triebstrangs einer Windenergieanlage, wobei die Windenergieanlage zumindest ein Rotorblatt und einen Maschinenträger und ein Lager, ein Getriebe und ein Generator als Hauptkomponenten auf dem Maschinenträger aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Beschleunigungssignals und eines Referenzsignals, wobei das Referenzsignal zumindest eine Beschleunigung am Maschinenträger repräsentiert, wobei das Beschleunigungssignal zumindest eine Beschleunigung an einer Hauptkomponente repräsentiert;
Wandeln des Beschleunigungssignals unter Verwendung des Referenzsignals, um ein angepasstes Beschleunigungssignal zu erhalten;
Bestimmen einer auf die Hauptkomponente wirkenden Kraft unter Verwendung des angepassten Beschleunigungssignals, wobei die Kraft eine Art und/oder eine Richtung und/oder einen Absolutwert einer Beschleunigungseinwirkung repräsentiert;
Ermitteln einer die Kraft kompensierenden Gegenkraft unter Verwendung der Kraft; und
Bestimmen einer Regelgröße unter Verwendung der Gegenkraft, um den Triebstrang der Windenergieanlage zu stabilisieren, wobei die Regelgröße einen Pitchwinkel des zumindest einen Rotorblatts repräsentiert und/oder die Regelgröße eine Stellgröße zur Azimutverstellung repräsentiert.
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Eine Windenergieanlage kann als Windkraftanlage oder Windrad bezeichnet werden. Eine Gondel, auch als Maschinenhaus bezeichnet, kann auf einem Turm angeordnet sein. In der Gondel, die wegen der notwendigen Windrichtungsnachführung drehbar auf dem Turm gelagert sein kann, können die Hauptkomponenten der Windeenergieanlage, die auch als Maschinensatz oder Triebstrang bezeichnet werden können, angeordnet sein. Als Triebstrang der Windenergieanlage können die leistungsübertragenden drehenden Komponenten vom Rotor bis zum Generator der Windenergieanlage bezeichnet werden. Der Triebstrang kann weiterhin zumindest eine Bremse und gleichzeitig oder alternativ zumindest eine Kupplung aufweisen. Letztere können auch als Hauptkomponenten bezeichnet werden. Die Hauptkomponenten beziehungsweise der Triebstrang können auf einem Maschinenträger angeordnet sein. Als Anschluss der Gondel an den Turm der Windenergieanlage kann zwischen dem Turm und dem Maschinenträger ein Turmdrehkranz oder ein Azimutgetriebe vorgesehen sein. Ein Rotor der Windenergieanlage kann eine Mehrzahl von Rotorblättern und eine Nabe aufweisen. Insbesondere kann der Rotor drei Rotorblätter umfassen. Unter dem Pitchwinkel kann dabei ein Anstellwinkel des Rotors oder eines Rotorblatts verstanden werden.
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Das Beschleunigungssignal kann von einem Sensor, insbesondere einem Beschleunigungssensor erfasst werden. Der Sensor kann an einer der Hauptkomponenten angeordnet sein. Das Beschleunigungssignal kann zumindest eine Beschleunigung in zumindest eine Raumrichtung oder Achse repräsentieren. Das Referenzsignal kann von einem Referenz-Sensor, insbesondere einem Referenz-Beschleunigungssensor erfasst werden. Der Referenz-Sensor kann an dem Maschinenträger, insbesondere in einer Nähe zu dem Turmdrehkranz oder dem Azimutgetriebe, angeordnet sein. Das Referenzsignal kann zumindest eine Beschleunigung in zumindest eine Raumrichtung oder Achse repräsentieren.
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Ein unerwünschter Querversatz von zumindest einer Hauptkomponente in Bezug auf den Maschinenträger kann erkannt werden und eine Regelgröße ermittelt werden, um dem Querversatz entgegen zu wirken. Dabei kann eine Gegenkraft die den Querversatz verursachende Kraft kompensieren. Hierzu können zwei Beschleunigungssignale in Bezug zueinander gesetzt werden, wobei das eine Signal eine Beschleunigung am Maschinenträger und das andere Signal der zwei Beschleunigungssignale eine Beschleunigung am Triebstrang (Antriebstrang) der Windenergieanlage repräsentiert. Dabei kann das eine Beschleunigung am Maschinenträger repräsentierende Signal als Referenzsignal bezeichnet werden. Es kann ein Regel- oder Steuersignal gewonnen werden, welches geeignet ist, durch Ansteuern des Anstellwinkels der Rotorblätter oder durch Verstellen von Parametern des Generators eine Belastung der Windenergieanlage zu verringern. Die Azimutstellung kann ebenfalls angepasst werden.
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Das im Schritt des Einlesens eingelesene Beschleunigungssignal kann zumindest eine weitere Beschleunigung einer weiteren Hauptkomponente repräsentieren. Es kann auf einer Mehrzahl von Hauptkomponenten zumindest je ein Sensor angeordnet sein, der ein Beschleunigungssignal bereitstellt. Dabei können eine Mehrzahl von unterschiedlichen Beschleunigungssignalen zu einem Beschleunigungssignal zusammengefasst werden. Vorteilhaft kann dadurch eine Belastung auf eine Mehrzahl von Hauptkomponenten beobachtet oder überwacht werden.
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Ferner kann im Schritt des Einlesens das Beschleunigungssignal Beschleunigungen in zumindest zwei Raumrichtungen, insbesondere in drei Raumrichtungen, repräsentieren. Bei den Sensoren kann es sich um Sensorcluster oder 3D-Beschleunigungssensoren handeln. Die erfassten Beschleunigungen können senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Vorteilhaft kann eine Belastung in jede Raumrichtung überwacht werden. Dabei kann im Schritt des Wandelns das Beschleunigungssignal unter Verwendung des Referenzsignals gefiltert werden. Das angepasste Beschleunigungssignal kann dadurch eine Beschleunigung der Hauptkomponente oder der Hauptkomponenten in Bezug zur Beschleunigung der Gondel repräsentieren.
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Günstig ist es auch, wenn im Schritt des Einlesens das Beschleunigungssignal eine Information über zumindest eine Drehrate in zumindest einer Achsenrichtung umfasst. Ferner kann im Schritt des Einlesens das Beschleunigungssignal eine Information über zumindest eine Drehrate in den drei Achsenrichtungen umfassen oder repräsentieren.
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Die im Schritt des Bestimmens bestimmte Regelgröße kann eine Erregung und gleichzeitig oder alternativ eine Last des Generators repräsentieren. Vorteilhaft kann eine im Triebstrang wirkende Kraft durch eine Regelung der Erregung des Generators oder durch eine Regelung der Last des Generators oder durch eine Regelung der Azimutposition derart beeinflusst werden, dass der Triebstrang stabilisiert wird und schädliche Kräfte, die die Lebensdauer einer Windenergieanlage negativ beeinflussen, verringert oder vermieden werden können.
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In einem dem Schritt des Einlesens vorausgehenden Schritt des Erfassens kann das Beschleunigungssignal und gleichzeitig oder alternativ das Referenzsignal erfasst werden. Vorteilhaft können alle benötigten Informationen und Signale von dem Verfahren einfach erhoben und verarbeitet werden, um ein Regelsignal beziehungsweise eine Regelgröße bereitzustellen.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Vorrichtung zum Stabilisieren des Triebstrangs einer Windenergieanlage, wobei die Windenergieanlage zumindest ein Rotorblatt und einen Maschinenträger und ein Lager, ein Getriebe und ein Generator als Hauptkomponenten auf dem Maschinenträger aufweist, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:
eine Schnittstelle zum Einlesen eines Beschleunigungssignals und eines Referenzsignals, wobei das Referenzsignal zumindest eine Beschleunigung am Maschinenträger repräsentiert, wobei das Beschleunigungssignal zumindest eine Beschleunigung an einer Hauptkomponente repräsentiert;
eine Einrichtung zum Wandeln des Beschleunigungssignals unter Verwendung des Referenzsignals, um ein angepasstes Beschleunigungssignal zu erhalten;
eine Einrichtung zum Bestimmen einer auf die Hauptkomponente wirkenden Kraft unter Verwendung des angepassten Beschleunigungssignals, wobei die Kraft eine Art und/oder eine Richtung und/oder einen Absolutwert einer Beschleunigungseinwirkung repräsentiert;
eine Einrichtung zum Ermitteln einer die Kraft kompensierenden Gegenkraft unter Verwendung der Kraft; und
eine Einrichtung zum Bestimmen einer Regelgröße unter Verwendung der Gegenkraft, um den Triebstrang der Windenergieanlage zu stabilisieren, wobei die Regelgröße einen Pitchwinkel des zumindest einen Rotorblatts repräsentiert und/oder die Regelgröße eine Stellgröße zur Azimutverstellung repräsentiert.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Vorrichtung zum Stabilisieren des Triebstrangs einer Windenergieanlage, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine Detaildarstellung einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Stabilisieren des Triebstrangs einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Stabilisieren des Triebstrangs einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102, eine Gondel 104, eine Rotorwelle 106 und einen Rotor 108 auf. Zwischen dem Turm 102 und der Gondel 104 ist ein Turmdrehkranz 110 angeordnet. Über den Turmdrehkranz 110 ist die Gondel 104 der Windrichtung nachführbar. Die Gondel 104 hat die Funktion eines Maschinenhauses. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Rotor 108 drei Rotorblätter 112, deren Pitchwinkel 114 einstellbar ist. Der Pitchwinkel 114 wird auch als Anstellwinkel 114 bezeichnet. In der Gondel 104 sind die Hauptkomponenten des Triebstrangs 116 wie die leistungsübertragenden drehenden Komponenten von dem Rotor 108 über ein Lager 118, ein Getriebe 120 und ein Generator 122 angeordnet. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Triebstrang 116 weiterhin eine Bremse und eine Kupplung sowie weitere Lager.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an den Hauptkomponenten 118, 120, 122 je ein Beschleunigungssensor 124 angeordnet. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Beschleunigungssensoren 124 als Sensorcluster 124 ausgebildet. Die Beschleunigungssensoren 124 sind ausgebildet, eine Beschleunigung in den drei Bewegungsrichtungen X, Y, Z zu erfassen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sensorcluster 124 ausgebildet, eine Drehrate in den drei Achsenrichtungen zu messen und eine so gewonnene Sensorinformation als Sensorsignal bereitzustellen. Ein weiterer Beschleunigungssensor 126, auch als Referenzsensor 126 bezeichnet, ist an einem Maschinenträger 128, auf dem die Hauptkomponenten 118, 120, 122 angeordnet sind, angeordnet. Der Referenzsensor 126 ist ausgebildet, ein Referenzsignal bereitzustellen, welches eine Beschleunigung in zumindest einer Raumrichtung bzw. in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in den drei Raumrichtungen bzw. Bewegungsrichtungen X, Y, Z repräsentiert.
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Die Windenergieanlage 100 umfasst weiterhin eine Vorrichtung 130 zum Stabilisieren des Triebstrangs der Windenergieanlage 100, welche mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung der Windenergieanlage 100 verbunden ist. Die Steuereinrichtung ist unter anderem ausgebildet, den Pitchwinkel 114 der Rotorblätter 112 einzustellen bzw. ein entsprechendes Steuersignal bereitzustellen, sowie die Erregung oder die Last des Generators 122 zu regeln. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 130 eine Erfassungsschnittstelle auf, die ausgebildet ist, die von den Sensoren 124, 126 bereitgestellten Sensorsignale zu erfassen und einzulesen, wie beispielsweise zu digitalisieren. Die Vorrichtung 130 zum Stabilisieren der Triebstrangachse der Windenergieanlage 100 ist ausgebildet, das beschriebene Beschleunigungssignal und das beschriebene Referenzsignal zu empfangen, weiter zu verarbeiten und ein entsprechendes Regelsignal bereitzustellen. Die Vorrichtung 130 zum Stabilisieren der Triebstrangachse wird in 4 näher beschrieben.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Windenergieanlage 100 ausschließlich einen Beschleunigungssensor 124 auf, der an einer der Hauptkomponenten 118, 120, 122 angeordnet ist, sowie einen Sensor 126, der am Maschinenträger angeordnet ist.
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Mit anderen Worten sind an den Komponenten 118, 120, 122 eines Antriebsstrangs einer Windenergieanlage 100 Beschleunigungssensoren 124 angebracht. Ein Beschleunigungssensor 126 am Maschinenträger 128 der Gondel 104 dient als Referenz. Schwingungen oder ungünstige Belastungszustände der Komponenten 118, 120, 122 werden anhand der Beschleunigungssignale erkannt. Die Anlagensteuerung verringert mittels einer Modifikation des Betriebszustands den ungünstigen Belastungszustand.
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2 zeigt eine Detaildarstellung einer Windenergieanlage 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Windenergieanlage 100 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 dargestellten und beschriebenen Windenergieanlage 100 handeln. Die Windenergieanlage 100 weist einen Rotor 108 mit drei Rotorblättern 112 auf, deren Pitchwinkel 114 einstellbar ist. An einem Lager 118, welches hier als ein Hauptlager 118 ausgebildet ist, ist ein Sensorcluster 124 angeordnet. Ein weiterer Sensorcluster 124 ist an einem Getriebe 120 angeordnet. Ein dritter Sensorcluster 124 ist an einem Generator 122 angeordnet. Das Hauptlager 118, das Getriebe 120 und der Generator 122 stellen Hauptkomponenten 118, 120, 122 der Windenergieanlage 100 dar. Die Hauptkomponenten 118, 120, 122 bilden den Triebstrang 116 der Windenergieanlage 100. Ein Referenzsensor 126 ist an dem Maschinenträger 128 der Windenergieanlage 100 angeordnet. Der Referenzsensor 126 schafft eine Referenz, das heißt, das Sensorsignal des Referenzsensors 126 repräsentiert die Gesamtschwingung der Gondel 104 der Windenergieanlage 100. Das Hauptlager 118, das Getriebe 120 und der Generator 122 sind auf dem Maschinenträger 128 angeordnet. Der Maschinenträger 128 ist über einen Turmdrehkranz 110 mit dem Turm 102 der Windenergieanlage 100 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel der in 2 dargestellten Windenergieanlage 100 ist der Turmdrehkranz 110 als Azimutgetriebe 110 ausgebildet. Die Sensorsignale der drei Sensorcluster 124 sowie des Referenzsensors 126 laufen in einem Steuergerät 130 zusammen. Bei dem Steuergerät 130 handelt es sich um die in 1 erwähnte und in 4 detaillierte beschriebene Vorrichtung 130 zum Stabilisieren eines Triebstrangs der Windenergieanlage 100. Die Vorrichtung 130 ist über eine Steuerleitung zur Regelung der Generatorlast mit dem Generator 122 verbunden. Zur individuellen Regelung der Pitchwinkel 114 ist die Vorrichtung 130 mit dem Rotor 108 verbunden. Weiterhin weist die Vorrichtung 130 einen CMS-Ausgang auf. Der CMS-Ausgang stellt Informationen für eine Zustandsüberwachung („Condition Monitoring System“) bereit.
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Als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird durch Messung der Beschleunigungen auf den Hauptkomponenten Hauptlager 118, Getriebe 120 und Generator 122 und am Maschinenträger 128 mit 3D-Beschleunigungssensoren 124 (ax, ay, az), vorzugsweise ergänzt um die Messung der Drehrate in den drei Achsrichtungen die Beschleunigungen der Hauptkomponenten 118, 120, 123 gegeneinander und in Bezug zur Beschleunigung der Gondel 104 (Schwingungen durch Windanregung) gesetzt. Ein Algorithmus in der Vorrichtung 130 errechnet die Art und Richtung der Beschleunigung und stellt eine Regelgröße bereit, mit deren Hilfe der Pitch 114 (Anstellwinkel der Rotorblätter) der einzelnen Rotorblätter 112 angepasst („Individual Pitch Control“) bzw. im Fall von Torsionsschwingungen entlang der Triebstrangachse über die Nachführung der Erregung und damit der Last des Generators 122 eine gleichmäßige Rotation erreicht wird. In einem Ausführungsbeispiel ist die Regelgröße ausgebildet, eine Azimutverstellung zu regeln. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Azimutgetriebe um eine regelbare Aktorik.
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Die vorgestellte Vorrichtung 130 hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln und gegebenenfalls Datenfusion mit ohnehin vorhandenen Signalen wie Drehzahl, Windgeschwindigkeit etc. eine robuste Regelgröße für das Lastmanagement einer Windenergieanlage 100 zur Regelung auf stabile Betriebsbedingungen zur Verfügung steht. Am Antriebsstrang der Windenergieanlage 100 können durch diese Komponente des Lastmanagements Querkräfte und Torsionsschwingungen und damit Verschleiß deutlich reduziert werden. Dies führt zu höherer Verfügbarkeit und Lebensdauer der Windenergieanlage 100 sowie zu einem höheren Ertrag.
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Der Aufbau einer Windenergieanlage 100 mit einer Vorrichtung 130 zur Stabilisierung der Betriebsbedingungen ist der 2 zu entnehmen. Es besteht aus Sensorclustern 124 mit Beschleunigungsaufnehmern, die Signale von mindestens zwei, vorteilhaft drei Achsen, sowie vorzugsweise drei Drehraten in allen drei Raumrichtungen ermitteln. Ein Sensorcluster 126 ist am Maschinenträger 128, vorzugsweise in der Nähe des Azimutgetriebes 110 befestigt und liefert die Schwingungen des gesamten Aufbaus als Referenzsignal. Die mindestens zwei, vorzugsweise drei Sensorcluster 124 auf den Hauptkomponenten 118, 120, 122 sind in gleicher Art ausgeführt. Mithilfe der gemessenen Signale können Eigenschwingungszustände sowie Anregungen über das höhenabhängige Windfeld beziehungsweise turbulente Windfelder erkannt werden. Dies geschieht, indem die gemessenen Signale zunächst um die an allen Hauptkomponenten gleichermaßen auftretenden Referenzbeschleunigungen / Referenzdrehraten (am Maschinenträger 128 gemessen) korrigiert werden. Danach werden die Beschleunigungssignale und Drehratensignale der Hauptkomponenten 118, 120, 122 gegenseitig in Beziehung gesetzt und Art, Richtung und Absolutwert der Beschleunigungseinwirkungen auf die Hauptkomponenten 118, 120, 122 ermittelt. Das Verfahren, in 3 detaillierter beschrieben, sieht weiter vor, die Gegenkräfte zu ermitteln, die den Antriebsstrang insgesamt frei von Querkräften stellen. Diese Informationen werden von der Anlagensteuerung 130 als Stellgröße an die individuelle Pitchverstellung eines jeden Rotorblattes 112 bzw. an den Generator 122 weitergegeben (Erregerlast nachführen). Das Verfahren kann auf einem separaten Steuergerät/lndustrie-PC appliziert oder in die Anlagensteuerung integriert sein. Vorteilhaft ist die Vernetzung des Systems über ein Bussystem wie beispielsweise CAN, CANopen, Profibus, etc. Über einen zweiten Ausgang („Condition Monitoring“-Ausgang oder Zustandsüberwachungsausgang) werden die gemessenen Signale und Querkräfte zur Weiterverarbeitung an eine zentrale Monitoringstelle beispielsweise Servicecenter übertragen. Daraus können Aussagen über die erlebte Last über Lebensdauer generiert werden, die für die Bewertung des Anlagenzustandes und zur vorausschauenden bzw. zustandsorientierten Wartung von großer Bedeutung sind.
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3 zeigt ein Ablaufplan eines Verfahrens 340 zum Stabilisieren des Triebstrangs einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Windenergieanlage kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 oder 2 beschriebenen Windenergieanlage 100 handeln. Die Windenergieanlage umfasst einen Rotor mit zumindest einem Rotorblatt und einen Maschinenträger mit darauf als Hauptkomponenten angeordnetem Lager, Getriebe sowie Generator. Das Verfahren 340 umfasst einen Schritt 342 des Einlesens eines Beschleunigungssignals und eines Referenzsignals, einen Schritt 344 des Wandelns des Beschleunigungssignals unter Verwendung des Referenzsignals, um ein angepasstes Beschleunigungssignal zu erhalten, einen Schritt 346 des Bestimmens einer auf die Hauptkomponente wirkenden Kraft unter Verwendung des angepassten Beschleunigungssignals, einen Schritt 348 Ermittelns einer die Kraft kompensierenden Gegenkraft unter Verwendung der Kraft sowie einen Schritt 350 des Bestimmens einer Regelgröße unter Verwendung der Gegenkraft, um den Triebstrang der Windenergieanlage zu stabilisieren, wobei die Regelgröße einen Pitchwinkel des zumindest einen Rotorblatts repräsentiert. Dabei repräsentiert das Referenzsignal zumindest eine Beschleunigung am Maschinenträger. Das Beschleunigungssignal repräsentiert zumindest eine Beschleunigung an einer Hauptkomponente. Die Kraft repräsentiert eine Art, eine Richtung und gleichzeitig oder alternativ einen Absolutwert einer Beschleunigungseinwirkung auf die entsprechende Hauptkomponente.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel repräsentiert das im Schritt des Einlesens 342 eingelesene Beschleunigungssignal zumindest eine weitere Beschleunigung einer weiteren Hauptkomponenten. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel repräsentiert das im Schritt 342 des Einlesens eingelesene Beschleunigungssignal eine Beschleunigung einer Hauptkomponenten, eine eine zweite Beschleunigung einer zweiten Hauptkomponenten sowie eine dritte Beschleunigung einer dritten Hauptkomponente.
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In einem Ausführungsbeispiel repräsentiert das im Schritt 342 des Einlesens eingelesene Beschleunigungssignal Beschleunigungen in zumindest zwei Raumrichtungen, insbesondere in drei Raumrichtungen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, an einer Mehrzahl von Hauptkomponenten eine Mehrzahl von Beschleunigungen zu erfassen und im Schritt 342 des Einlesens als Beschleunigungssignal einzulesen.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst im Schritt 342 des Einlesens das Beschleunigungssignal eine Information über zumindest eine Drehrate in zumindest einer Achsenrichtung. Vorzugsweise umfasst das im Schritt 342 des Einlesens eingelesene Beschleunigungssignal eine Information über eine oder eine Mehrzahl von Drehraten in den drei Achsenrichtungen.
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In einem optionalen Ausführungsbeispiel repräsentiert im Schritt 350 des Bestimmens die Regelgröße eine Erregung und ergänzend oder alternativ eine Last des Generators. Dabei kann im Schritt 348 des Bestimmens eine Phasenlage eines Status des Generators zu einer Phasenlage eines Rotors des Generators als Regelgröße für den Generator bestimmt werden.
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In einem optionalen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 340 einen zusätzlichen Schritt des Erfassens auf, der im Schritt des 342 des Einlesens vorangeht. In dem optionalen Schritt des Erfassens kann das Beschleunigungssignal und ergänzend oder alternativ das Referenzsignal erfasst werden.
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4 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 130 zum Stabilisieren des Triebstrangs einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Windenergieanlage kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 oder 2 beschriebenen Windenergieanlage 100 handeln. Bei der Vorrichtung 130 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 oder 2 beschriebenen Vorrichtung 130 zum Stabilisieren der Triebstrangachse der Windenergieanlage handeln. Die Vorrichtung 130 umfasst eine Schnittstelle 460 zum Einlesen eines Beschleunigungssignals 462 und eines Referenzsignals 464, wie diese bereits in den vorangegangenen Figuren beschriebenen sind. In einer Einrichtung 466 zum Wandeln des Beschleunigungssignals 462 unter Verwendung des Referenzsignals 464 wird ein angepasstes Beschleunigungssignal 468 durch Filtern des Beschleunigungssignals 462 erzeugt, wobei das Filtern unter Einbeziehen des Referenzsignals 464 geschieht. In einer Einrichtung 470 zum Bestimmen einer auf die Hauptkomponente wirkenden Kraft 472 unter Verwendung des angepassten Beschleunigungssignals 468 wird die auf die Hauptkomponente oder auf die Hauptkomponenten wirkende Kraft 472 bestimmt. Dabei repräsentiert die Kraft 472 eine Art und ergänzend oder alternativ eine Richtung und ergänzend oder alternativ einen Absolutwert einer Beschleunigungseinwirkung repräsentiert. In einer Einrichtung 474 des Ermittelns wird eine die Kraft 472 kompensierende Gegenkraft 476 unter Verwendung der Kraft 472 ermittelt oder bestimmt. Eine einen Pitchwinkel zumindest eines Rotorblatts repräsentierende Regelgröße 478 wird in einer Einrichtung 480 zum Bestimmen der Regelgröße unter Verwendung der Gegenkraft bestimmt.
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Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Windenergieanklage
- 102
- Turm
- 104
- Gondel
- 106
- Rotorwelle
- 108
- Rotor
- 110
- Turmdrehkranz
- 112
- Rotorblatt
- 114
- Pitchwinkel
- 116
- Triebstrang
- 118
- Lager
- 120
- Getriebe
- 122
- Generator
- 124
- Beschleunigungssensor
- 126
- Beschleunigungssensor, Referenzsensor
- 128
- Maschinenträger
- 130
- Vorrichtung
- 340
- Verfahren
- 342
- Schritt des Einlesens
- 344
- Schritt des Wandelns
- 346
- Schritt des Bestimmens
- 348
- Schritt Ermittelns
- 350
- Schritt des Bestimmens
- 460
- Schnittstelle zum Einlesen
- 462
- Beschleunigungssignal
- 464
- Referenzsignal
- 466
- Einrichtung zum Wandeln
- 468
- angepasstes Beschleunigungssignal
- 470
- Einrichtung zum Bestimmen
- 472
- Kraft
- 474
- Einrichtung zum Ermitteln
- 476
- Gegenkraft
- 478
- Regelgröße
- 480
- Einrichtung zum Bestimmen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011117468 A1 [0003]
