DE102014225637A1 - Method and device for monitoring a wind energy plant - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage (100), wobei die Windenergieanlage (100) einen einen Antriebsstrang (112) antreibenden Rotor (106) mit einem ersten Rotorblatt (108a) und zumindest einem zweiten Rotorblatt (108b) aufweist, wobei das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer eine Unwucht der Windenergieanlage (100) repräsentierenden Unwuchtinformation (126) unter Verwendung eines Drehsignals (124), um die Windenergieanlage (100) zu überwachen, wobei das Drehsignal (124) eine Winkelgeschwindigkeit und/oder ein Drehmoment an der Antriebswelle (110) repräsentiert.A method is provided for monitoring a wind turbine (100), the wind turbine (100) having a rotor (106) driving a driveline (112) with a first rotor blade (108a) and at least one second rotor blade (108b) A step of determining an imbalance information (126) representing an imbalance of the wind turbine (100) using a rotation signal (124) to monitor the wind turbine (100), the rotation signal (124) including angular velocity and / or torque at the drive shaft (100). 110).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage, auf eine entsprechende Vorrichtung zum Überwachen einer Windenergieanlage, auf eine entsprechende Windenergieanlage sowie ein entsprechendes Computerprogramm. The present invention relates to a method for monitoring a wind turbine, to a corresponding device for monitoring a wind turbine, to a corresponding wind turbine and a corresponding computer program.

Windenergieanlagen werden höher gebaut und sind dadurch stärkeren Belastungen ausgesetzt. Teilweise wird nach dem Aufbau einer Windkraftanlage der Rotor gewuchtet. Hierzu werden die Blätter getrimmt, in dem in ihnen Ausgleichsmassen angebracht werden, welche eine Massenunwucht eliminieren. Weiterhin können aerodynamische Unwuchten eine Belastung für Komponenten der Windenergieanlage darstellen. Später kann eine Offline-Vermessung durch Personal vor Ort in bestimmten Intervallen erfolgen. Alternativ wird eine Minimierung von aerodynamischen Unwuchten durch Angleichungsverfahren der Biegemomente während einer Umdrehung der Windenergieanlagen durchgeführt. Wind turbines are built higher and are therefore exposed to heavier loads. In part, after the construction of a wind turbine, the rotor is balanced. For this purpose, the leaves are trimmed, are placed in them in the balancing weights, which eliminate mass imbalance. Furthermore, aerodynamic imbalances can be a burden on components of the wind turbine. Later, an offline survey can be done by on-site staff at specific intervals. Alternatively, a minimization of aerodynamic imbalances is performed by adjusting the bending moments during one revolution of the wind turbines.

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage, eine entsprechende Vorrichtung, die dieses Verfahren nutzt, eine Windenergieanlage sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, with the approach presented here, a method for monitoring a wind turbine, a corresponding device that uses this method, a wind turbine and finally a corresponding computer program according to the main claims are presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Dem vorgestellten Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter Verwendung zweier Drehwinkelsignale, die den Verlauf des Drehwinkels von zwei Rotorblättern repräsentieren, eine Unwucht im Rotor einer Windenergieanlage ermittelt werden kann. The presented approach is based on the finding that an imbalance in the rotor of a wind energy plant can be determined by using two rotational angle signals, which represent the profile of the rotational angle of two rotor blades.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage, wobei die Windenergieanlage einen einen Antriebsstrang antreibenden Rotor mit einem ersten Rotorblatt und zumindest einem zweiten Rotorblatt aufweist, wobei das Verfahren zumindest den folgenden Schritt aufweist:
Ermitteln einer eine Unwucht der Windenergieanlage repräsentierenden Unwuchtinformation unter Verwendung eines Drehsignals, um die Windenergieanlage zu überwachen, wobei das Drehsignal eine Winkelgeschwindigkeit und/oder ein Drehmoment an der Antriebswelle repräsentiert.
The approach presented here provides a method for monitoring a wind turbine, the wind turbine having a driveline driving rotor having a first rotor blade and at least a second rotor blade, the method comprising at least the following step:
Determining an imbalance information representing an imbalance of the wind turbine using a rotation signal to monitor the wind turbine, wherein the rotation signal represents an angular velocity and / or torque on the drive shaft.

Unter einer Windenergieanlage kann eine Windkraftanlage beziehungsweise eine Windturbine verstanden werden. Dabei wird ein Rotor der Windenergieanlage durch Wind oder Windenergie in Rotation versetzt und mit dem Rotor ein elektrischer Generator angetrieben. Der Rotor kann zumindest zwei Rotorblätter, insbesondere drei Rotorblätter, aber auch 4 oder mehr Blätter aufweisen. Das Drehsignal kann eine Drehfrequenz, ein Drehmoment, einen Drehwinkel oder eine Beschleunigung um eine Rotationsachse repräsentieren. Ein Verlauf eines Drehwinkels oder die Winkelgeschwindigkeit eines Rotorblatts oder das Drehmoment der Antriebswelle kann von einem Sensor wie beispielsweise einem Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor oder Gyroskop, einen Drehwinkelsensor oder Inclinometer oder einem Dehnmessstreifen erfasst werden oder von einem entsprechenden Sensorsignal abgeleitet werden. Dabei kann der Sensor an einem Referenzpunkt eines Rotorblatts der Windenergieanlage angeordnet sein. Die Unwucht kann eine Hauptträgheitsachse des Rotors charakterisieren, die nicht einer Rotationsachse des Rotors entspricht. Eine Unwucht des Rotors kann zu Vibrationen und erhöhtem Verschleiß an der Windenergieanlage führen. So kann eine Massenunwucht oder eine aerodynamische Unwucht der Windenergieanlage ermittelt werden. A wind turbine can be understood as meaning a wind turbine or a wind turbine. In this case, a rotor of the wind turbine is rotated by wind or wind energy in rotation and driven with the rotor, an electric generator. The rotor may have at least two rotor blades, in particular three rotor blades, but also four or more blades. The rotation signal may represent a rotation frequency, a torque, a rotation angle or an acceleration about an axis of rotation. A profile of a rotation angle or the angular velocity of a rotor blade or the torque of the drive shaft can be detected by a sensor such as an acceleration sensor, a rotation rate sensor or gyroscope, a rotation angle sensor or Inclinometer or a strain gauge or derived from a corresponding sensor signal. In this case, the sensor can be arranged at a reference point of a rotor blade of the wind energy plant. The imbalance may characterize a principal axis of inertia of the rotor which does not correspond to a rotational axis of the rotor. An imbalance of the rotor can lead to vibrations and increased wear on the wind turbine. Thus, a mass imbalance or aerodynamic imbalance of the wind turbine can be determined.

Ferner kann eine Phasenlage des Drehsignals zu einem Referenz-Nullpunkt ermittelt werden. Dabei kann die Unwuchtinformation unter Verwendung der Phasenlage ermittelt werden. So kann sich ein Nulldurchgang des Drehsignals von dem erwarteten Referenz-Nullpunkt unterscheiden. Aus der Phasenlage, die auch eine Verschiebung des Drehsignals zu einem Referenz-Drehsignal oder einem erwarteten Drehsignal aufzeigen kann, kann eine Unwuchtinformation gewonnen werden. Eine Phasenverschiebung kann einer Winkellage einer Massenunwucht entsprechen. Furthermore, a phase angle of the rotary signal can be determined to a reference zero point. In this case, the unbalance information can be determined using the phase position. Thus, a zero crossing of the rotation signal may differ from the expected reference zero point. From the phase position, which can also show a shift of the rotational signal to a reference rotational signal or an expected rotational signal, an imbalance information can be obtained. A phase shift can correspond to an angular position of a mass imbalance.

Im Schritt des Ermittelns können eine erste Blattpassierfrequenz für das erste Rotorblatt und eine zweite Blattpassierfrequenz für das zweite Rotorblatt unter Verwendung des Drehsignals ermittelt werden. Im Schritt des Ermittelns kann eine Blattpassierfrequenz je Rotorblatt des Rotors unter Verwendung des Drehsignals ermittelt werden. Dabei kann die Unwuchtinformation unter Verwendung einer Phasenlage zwischen der ersten Blattpassierfrequenz und der zweiten Blattpassierfrequenz ermittelt werden. So kann eine Phasenlage zwischen zumindest zwei Blattpassierfrequenzen ermittelt werden. Die Unwuchtinformation kann unter Verwendung der Phasenlage zwischen den Blattpassierfrequenzen ermittelt werden. In the step of determining, a first blade passing frequency for the first rotor blade and a second blade passing frequency for the second rotor blade may be detected using the rotation signal. In the step of determining, a blade passing frequency per rotor blade of the rotor can be determined using the rotation signal. In this case, the imbalance information can be determined using a phase angle between the first sheet passing frequency and the second sheet passing frequency. Thus, a phase angle between at least two Blattpassierfrequenzen be determined. The imbalance information may be determined using the phase relationship between the sheet passing frequencies.

Das Drehsignal kann ein erstes Drehwinkelsignal als Verlauf eines ersten Referenzpunkts an der Antriebswelle und ein zweites Drehwinkelsignal als Verlauf eines zweiten Referenzpunkts an der Antriebswelle umfassen. Der erste Referenzpunkt am ersten Rotorblatt und der zweite Referenzpunkt am zweiten Rotorblatt können sich von der Position in Bezug auf das Rotorblatt entsprechen. So kann aus einem Winkel zwischen den beiden Referenzpunkten oder aus einem Winkel zwischen den beiden Drehwinkelsignalen auf einen Winkel zwischen den beiden Rotorblättern geschlossen werden. Das erste Drehwinkelsignal kann eine Phasenlage einer ersten Rotordrehfrequenz des ersten Rotorblatts repräsentieren. Das zweite Drehwinkelsignal kann eine zweite Phasenlage einer zweiten Rotordrehfrequenz des zweiten Rotorblatts repräsentieren. So kann einfach eine Differenz der Phasenlage der ersten Rotordrehfrequenz und der Phasenlage der zweiten Rotordrehfrequenz gebildet werden. The rotation signal may comprise a first rotation angle signal as the course of a first reference point on the drive shaft and a second rotation angle signal as the course of a second reference point on the drive shaft. The first reference point on the first rotor blade and the second reference point on the second rotor blade may correspond to the position with respect to the rotor blade. So can out an angle between the two reference points or from an angle between the two rotational angle signals are closed at an angle between the two rotor blades. The first rotational angle signal may represent a phase angle of a first rotor rotational frequency of the first rotor blade. The second rotational angle signal may represent a second phase position of a second rotor rotational frequency of the second rotor blade. Thus, simply a difference of the phase position of the first rotor rotational frequency and the phase position of the second rotor rotational frequency can be formed.

Das erste Drehwinkelsignal kann ein von einem an dem ersten Referenzpunkt an dem ersten Rotorblatt angeordneten ersten Sensor bereitgestelltes erstes Signal repräsentieren und das zweite Drehwinkelsignal kann ein von einem an dem zweiten Referenzpunkt an dem zweiten Rotorblatt angeordneten zweiten Sensor bereitgestelltes zweites Signal repräsentieren. So kann ein Differenzwinkel zwischen den zwei Referenzpunkten bestimmt werden. Der Differenzwinkel kann mit einem Sollwinkel verglichen werden. Eine Abweichung des Differenzwinkels von dem Sollwinkel kann eine Unwucht aufzeigen. The first rotational angle signal may represent a first signal provided by a first sensor located at the first reference point on the first rotor blade, and the second rotational angle signal may represent a second signal provided by a second sensor disposed at the second reference point on the second rotor blade. Thus, a difference angle between the two reference points can be determined. The difference angle can be compared with a desired angle. A deviation of the difference angle from the target angle may indicate an imbalance.

Der erste Sensor kann als ein erster Beschleunigungssensor oder ein erster Magnetsensor ausgeführt sein. Der zweite Sensor kann als ein zweiter Beschleunigungssensor oder ein zweiter Magnetsensor ausgeführt sein. Die Unwuchtinformation kann unter Verwendung eines von den Sensoren bereitgestellten Drehpositionsverlaufs des jeweiligen Rotorblatts ermittelt werden. Dabei kann der Drehpositionsverlauf jeweils eine Drehposition eines Rotorblatts der Windenergieanlage über die Zeit repräsentieren. The first sensor may be embodied as a first acceleration sensor or a first magnetic sensor. The second sensor may be designed as a second acceleration sensor or a second magnetic sensor. The imbalance information can be determined using a rotational position curve of the respective rotor blade provided by the sensors. In this case, the rotational position course in each case represent a rotational position of a rotor blade of the wind turbine over time.

Günstig ist es auch, wenn das Verfahren in einer Ausführungsform einen Schritt des Einlesens des ersten Drehwinkelsignals und/oder des zweiten Drehwinkelsignals und/oder der Drehzahl der Komponente des Antriebsstrangs und/oder einer Rotordrehzahl des Rotors als Drehzahl der Komponente des Antriebsstrangs aufweist. So können die im Schritt des Ermittelns verwendeten Signale dem Verfahren zugeführt werden. It is also favorable if, in one embodiment, the method has a step of reading in the first rotational angle signal and / or the second rotational angle signal and / or the rotational speed of the component of the driveline and / or a rotor rotational speed of the component of the driveline. Thus, the signals used in the step of determining can be fed to the process.

Günstig ist es auch, wenn das Verfahren in einer Ausführungsform einen Schritt des Bereitstellens eines Steuersignals umfasst. Im Schritt des Bereitstellens kann ein Steuersignal zur Ansteuerung zumindest eines Pitchwinkels des zumindest einen Rotorblatts des Rotors bereitgestellt werden. So kann das Steuersignal ausgebildet sein, den Pitchwinkel für jedes Rotorblatt des Rotors individuell einzustellen beziehungsweise eine Steuergröße zum Einstellen der individuellen Pitchwinkel der Rotorblätter bereitstellen. Ferner kann im Schritt des Bereitstellens ein weiteres Steuersignal zur Ansteuerung eines Drehwinkels des Rotors bereitgestellt werden, um eine aerodynamische Unwucht zu korrigieren. It is also advantageous if, in one embodiment, the method comprises a step of providing a control signal. In the step of providing, a control signal for controlling at least one pitch angle of the at least one rotor blade of the rotor can be provided. Thus, the control signal can be designed to set the pitch angle for each rotor blade of the rotor individually or to provide a control variable for setting the individual pitch angles of the rotor blades. Furthermore, in the step of providing, a further control signal for controlling a rotational angle of the rotor can be provided in order to correct an aerodynamic imbalance.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Überwachen einer Windenergieanlage, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Schritte einer Ausführungsform eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen beziehungsweise umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsform der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The present invention further provides an apparatus for monitoring a wind turbine, wherein the apparatus is configured to implement or implement the steps of an embodiment of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

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. In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.

Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Es wird eine Windenergieanlage mit einem Turm, einer auf dem Turm angeordneten Gondel, einem an der Gondel angeordneten Rotor mit einer Mehrzahl Rotorblättern und mit einer Variante einer hier beschriebenen Vorrichtung zum Überwachen der Windenergieanlage vorgestellt. Dabei kann vorteilhaft die Vorrichtung in die Windenergieanlage integriert sein. Eine Windenergieanlage kann einen Rotor umfassen, der angetrieben durch auf den Rotor treffenden Wind in Bewegung gesetzt werden kann. Die Bewegungsenergie kann unter Verwendung eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Rotorwelle kann ein Getriebe mit zumindest einer Getriebestufe umfassen. Der Rotor kann um eine Rotorwelle rotieren und dabei einen Generator antreiben, um elektrische Energie zu erzeugen. A wind energy plant with a tower, a nacelle arranged on the tower, a rotor arranged on the nacelle with a plurality of rotor blades and with a variant of a device for monitoring the wind energy plant described here are presented. In this case, advantageously, the device can be integrated into the wind energy plant. A wind turbine may include a rotor which may be driven by wind impinging on the rotor. The kinetic energy can be converted into electrical energy using a generator. The rotor shaft may comprise a transmission with at least one gear stage. The rotor can rotate about a rotor shaft while driving a generator to generate electrical energy.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program product is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a wind turbine according to an embodiment of the present invention;

2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a block diagram of a device according to an embodiment of the present invention;

3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention;

4 eine vereinfachte Darstellung einer Phasenlage der Rotordrehfrequenz zwischen zwei Rotorblättern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a simplified representation of a phase angle of the rotor rotational frequency between two rotor blades according to an embodiment of the present invention;

5 eine vereinfachte Darstellung eines Frequenzsignals mit einer charakteristischen Frequenz bei der doppelten Rotordrehfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a simplified representation of a frequency signal having a characteristic frequency at twice the rotor rotational frequency according to an embodiment of the present invention;

6 eine vereinfachte Darstellung eines Frequenzsignals mit einer Zahneingriffsfrequenz als charakteristische Frequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 6 a simplified representation of a frequency signal with a meshing frequency as the characteristic frequency according to an embodiment of the present invention; and

7 eine vereinfachte Darstellung einer Amplitude der Zahneingriffsfrequenz über eine Rotorumdrehung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 7 a simplified representation of an amplitude of the meshing frequency over a rotor rotation according to an embodiment of the present invention.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Windenergieanlage 100 umfasst einen Turm 102, eine auf dem Turm 102 drehbar angeordnete Gondel 104 sowie einen an der Gondel 104 angeordneten Rotor 106. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Rotor 106 drei Rotorblätter 108, die auch als erstes Rotorblatt 108a, zweites Rotorblatt 108b und drittes Rotorblatt 108c bezeichnet werden. Die Rotorblätter 108 sind über eine Rotornabe 109 verbunden. Der Rotor 106 rotiert um die Rotornabe 109, beziehungsweise eine Rotorwelle 110 oder Rotorachse 110. Dabei treibt der Rotor 106 einen Antriebsstrang 112 an. Der Antriebsstrang 112 kann ein Getriebe 114 mit einer Getriebestufe 116 aufweisen sowie einen Generator 118 auf. Weiterhin umfasst die Windenergieanlage 100 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung 120 zum Überwachen der Windenergieanlage 100 sowie zumindest einen Sensor 122. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Sensor 122 an der Getriebestufe 116 sowie an dem Generator 118 angeordnet. Weiterhin ist jeweils ein Sensor 122 an den Rotorblättern 108 angeordnet. Ein Sensor 122 kann an der Rotorwelle 110m die einer Antriebswelle der Windenergieanlage 100 entspricht, angeordnet sein. Der Sensor 122 ist in einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, eine auf ihn wirkende Beschleunigung, Drehrate, Blattpassierfrequenz oder Drehmoment zu erfassen und als ein Sensorsignal 124 beziehungsweise als ein Drehsignal 124 bereitzustellen. 1 shows a schematic representation of a wind turbine 100 according to an embodiment of the present invention. The wind turbine 100 includes a tower 102 one on the tower 102 rotatably arranged gondola 104 and one at the gondola 104 arranged rotor 106 , In the in 1 illustrated embodiment, the rotor comprises 106 three rotor blades 108 , which is also the first rotor blade 108a , second rotor blade 108b and third rotor blade 108c be designated. The rotor blades 108 are over a rotor hub 109 connected. The rotor 106 rotates around the rotor hub 109 , or a rotor shaft 110 or rotor axis 110 , It drives the rotor 106 a drive train 112 at. The powertrain 112 can a gearbox 114 with a gear stage 116 have as well as a generator 118 on. Furthermore, the wind turbine includes 100 in the illustrated embodiment, a device 120 for monitoring the wind turbine 100 and at least one sensor 122 , In the in 1 illustrated embodiment is a sensor 122 at the gear stage 116 as well as on the generator 118 arranged. Furthermore, each is a sensor 122 on the rotor blades 108 arranged. A sensor 122 can be on the rotor shaft 110m that of a drive shaft of the wind turbine 100 corresponds to be arranged. The sensor 122 In one embodiment, it is designed to detect an acceleration, yaw rate, blade passing frequency or torque acting on it and as a sensor signal 124 or as a rotation signal 124 provide.

Eine Unwucht des Rotors 106 führt in der Regel zu einer Schwingung des Turms 102 der Windenergieanlage 100 quer zur Rotorachse 110 und quer zum Turm 102, wenn es sich um eine Massenunwucht handelt. Eine aerodynamische Unwucht ist insbesondere zu erkennen, wenn das entsprechende Rotorblatt 108 nach oben weist. An imbalance of the rotor 106 usually leads to a vibration of the tower 102 the wind turbine 100 transverse to the rotor axis 110 and across the tower 102 if it is a mass imbalance. An aerodynamic imbalance can be seen in particular, if the corresponding rotor blade 108 points upwards.

Die Vorrichtung 120 ist ausgebildet, unter Verwendung des Drehsignals eine eine Unwucht der Windenergieanlage repräsentierende Unwuchtinformation 126 zu ermitteln, um die Windenergieanlage 100 zu überwachen. Dabei repräsentiert das Drehsignal 124 eine Winkelgeschwindigkeit oder ein Drehmoment. Die Vorrichtung 120 ist in einem optionalen Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, aus dem Drehsignal 124 eine Blattpassierfrequenz je Rotorblatt zu bestimmen. In einem optionalen Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 120 ausgebildet, eine Phasenlage des Drehsignals 124 zu bestimmen, um darüber die Windenergieanlage 100 zu überwachen. Als Antriebswelle werden die um die Rotorachse rotierenden Komponenten der Windenergieanlage, das heißt der Rotor 106 mit den Rotorblättern 108 sowie Elemente des Antriebsstrangs 112 bezeichnet. The device 120 is formed, using the rotation signal representing an imbalance of the wind turbine unbalance information 126 to determine the wind turbine 100 to monitor. This represents the rotation signal 124 an angular velocity or torque. The device 120 is formed in an optional embodiment, from the rotation signal 124 to determine a sheet passing frequency per rotor blade. In an optional embodiment, the device is 120 designed, a phase angle of the rotary signal 124 to determine about it the wind turbine 100 to monitor. As the drive shaft to rotate about the rotor axis components of the wind turbine, that is, the rotor 106 with the rotor blades 108 as well as powertrain elements 112 designated.

In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 120 ausgebildet, eine Unwucht eines Rotorblatts 108 durch Messung der Phasenlage der Drehwinkelsignale zwischen den Rotorblättern 108 zu ermitteln. Die dazu nötigen Drehwinkelsignale oder Drehwinkelpositionssignale werden entweder aus dem Drehsignal 124 gewonnen oder alternativ durch Detektoren 122 wie beispielsweise Beschleunigungssensoren 122 oder Magnetsensoren 122 in den Rotorblättern 108 ermittelt. Die ermittelte Unwucht kann mittels der Einzelblatt-Pitchsteuerung (Individual Pitch Control) ausgeglichen werden, soweit es sich um eine aerodynamische Unwucht handelt. Ein Regelziel wäre die Phasendifferenz einer vorbestimmten Frequenz wie beispielsweise die harmonische Drehfrequenz 1p auf einen festen Wert (beispielsweise 120° bei drei Rotorblättern) zu stellen. In a particular embodiment, the device 120 formed, an imbalance of a rotor blade 108 by measuring the phase angle of the rotational angle signals between the rotor blades 108 to investigate. The necessary rotation angle signals or rotational angular position signals are either from the rotation signal 124 obtained or alternatively by detectors 122 such as acceleration sensors 122 or magnetic sensors 122 in the rotor blades 108 determined. The determined imbalance can be compensated by means of the single-sheet pitch control (individual pitch control), as far as it is an aerodynamic imbalance. A rule goal would be the phase difference of a predetermined frequency such as the harmonic rotational frequency 1p to a fixed value (for example, 120 ° for three rotor blades) to make.

Aufgrund unterschiedlicher Abweichungen kann es an Windenergieanlagen 100 zum Auftreten von Unwuchten kommen. Einige typische Ursachen von Massenunwucht und aerodynamischer Unwucht sind: eine ungleiche Masse der Rotorblätter 108, eine ungleiche Verteilung der Rotorblattmasse, eine Unwucht der Nabe, eine Exzentrizität des Rotors, eine verbogene Hauptwelle, ein Teilungsfehler der Nabe (≠ 120°), Rotorblattversatz in Umfangrichtung, ein Blattwinkelfehler, Abweichungen im Profil unter den drei Rotorblättern, eine fehlerhafte Pitchwinkeleinstellung (Einzelblatt) oder ein Rotorblattversatz in axialer Richtung. Weiterhin kann eine Unwucht temporär durch Umwelteinflüsse bedingt sein. Eine Massenunwucht kann sich durch eine Schwingung des Turmkopfes oder der Gondel 104 im Wesentlichen quer zur Antriebswelle und quer zur Haupterstreckung des Turms 102 zeigen. Eine aerodynamische Unwucht kann sich durch eine charakteristische Signaländerung zeigen, wenn das betreffende Rotorblatt senkrecht nach oben zeigt. Due to different deviations, it may be due to wind turbines 100 come to the occurrence of imbalances. Some typical causes of mass imbalance and aerodynamic imbalance are: an uneven mass of rotor blades 108 , an uneven distribution of the rotor blade mass, an unbalance of the hub, an eccentricity of the rotor, a bent main shaft, a pitch error of the hub (≠ 120 °), rotor blade offset in the circumferential direction, a blade angle error, deviations in the profile among the three rotor blades, a faulty pitch angle setting ( Single sheet) or a rotor blade offset in the axial direction. Furthermore, an imbalance may be temporarily caused by environmental influences. A mass imbalance may be due to a vibration of the tower head or the gondola 104 essentially transverse to the drive shaft and transverse to the main extension of the tower 102 demonstrate. An aerodynamic imbalance can be manifested by a characteristic signal change if the rotor blade concerned points vertically upwards.

Es hat sich gezeigt, dass Unwuchten an Windenergieanlagen 100 zu unterschiedlichen Merkmalen in diversen Sensormessdaten führen. Sowohl Massenunwuchten als auch aerodynamische Unwuchten führen zu Veränderungen der Amplituden und/oder Phasenlage und/oder Frequenzen signifikanter Schwingungen der Windenergieanlagen 100. Mittels Sensoren 122 in den Rotorblättern 108 lassen sich zum Beispiel die Amplitude/Phasenlage und der Frequenzwert der Zahneingriffsfrequenzen der einzelnen Getriebestufen 116, der Turmeigenfrequenzen, der Rotordrehfrequenz (1p) sowie der doppelten Rotordrehfrequenz (2p) ermitteln. Als Sensoren 122 kommen hierfür beispielsweise Beschleunigungssensoren, Drehratensensoren (Gyroskope), Drehwinkelsensoren (Inclinometer) und Dehnmessstreifen in Betracht. Mittels Sensorik 122 in der Gondel 104 der Windenergieanlagen 100 lassen sich beispielsweise die Generatordrehzahl, Rotordrehzahl sowie das übertragene Drehmoment ermitteln. Als Sensoren 122 kommen hierfür beispielsweise Beschleunigungssensoren, Inkrementalwinkelmesser, Winkelmesser, Drehgeber, Hallsensoren und Dehnmessstreifen in Betracht. Anhand der Amplitude und/oder Phasenlage und/oder Frequenz der Zahneingriffsfrequenzen der einzelnen Getriebestufen, der Turmeigenfrequenzen, der Rotordrehfrequenz (1p) sowie der doppelten Rotordrehfrequenz (2p) lassen sich Unwuchten detektieren. It has been shown that imbalances on wind turbines 100 lead to different characteristics in various sensor measurement data. Both mass imbalances and aerodynamic imbalances lead to changes in the amplitudes and / or phase position and / or frequencies of significant oscillations of the wind turbines 100 , By means of sensors 122 in the rotor blades 108 can be, for example, the amplitude / phase position and the frequency value of the meshing frequencies of the individual gear stages 116 , which determine tower natural frequencies, the rotor rotational frequency (1p) as well as the double rotor rotational frequency (2p). As sensors 122 For example, acceleration sensors, yaw rate sensors (gyroscopes), rotational angle sensors (inclinometers) and strain gages are considered. By means of sensors 122 in the gondola 104 the wind turbines 100 For example, the generator speed, rotor speed and transmitted torque can be determined. As sensors 122 For example, acceleration sensors, incremental angle meters, protractors, rotary encoders, Hall sensors and strain gauges can be considered. On the basis of the amplitude and / or phase angle and / or frequency of the meshing frequencies of the individual gear stages, the tower natural frequencies, the rotor rotational frequency (1p) and twice the rotor rotational frequency (2p) can be detected imbalances.

Die Kombination der Auswertung der einzelnen Sensordaten ermöglicht eine Einordnung der Unwuchten hinsichtlich Ihrer Ursachen und Ihrer Intensität. Der Vergleich der verschiedenen Merkmale mehrerer Windenergieanlagen 100 erlaubt eine qualitative Aussage hinsichtlich Kritikalität. Es lässt sich damit beispielsweise die Priorität hinsichtlich der geplanten Reparaturmaßnahmen einschätzen. The combination of the evaluation of the individual sensor data makes it possible to classify the imbalances with regard to their causes and their intensity. The comparison of the different features of several wind turbines 100 allows a qualitative statement regarding criticality. For example, it can be used to assess the priority with regard to the planned repair measures.

Aerodynamische Unwuchten können z.B. mittels Steuerung des Pitchwinkels der einzelnen Blätter korrigiert werden, sofern jedes Blatt mit einem eigenen Pitchantrieb ausgerüstet ist. Aerodynamic imbalances can e.g. be corrected by controlling the pitch angle of the individual sheets, provided that each sheet is equipped with its own pitch drive.

Dabei wird der Pitchwinkel jedes Blattes 108 individuell geändert, um so die individuellen Pitchwinkel zu erfassen, für die die Rotordrehfrequenz (1p) und/oder die doppelte Rotordrehfrequenz (2p) in den Blättern 108 und/oder im Triebstrang minimal auftreten. Nach diesem Angleichen der aerodynamischen Eigenschaften der Blätter 108 zueinander erfolgt über eine kollektive Verstellung aller Pitchwinkel eine Maximierung der Leistung der Windenergieanlagen 100. This will be the pitch angle of each leaf 108 individually adjusted to capture the individual pitch angles for which the rotor rotational frequency (1p) and / or twice the rotor rotational frequency (2p) in the blades 108 and / or occur minimally in the drive train. After aligning the aerodynamic properties of the leaves 108 to each other via a collective adjustment of all pitch angles maximizing the performance of the wind turbines 100 ,

Die Vorrichtung 120 schafft eine Detektion und Ursachenanalyse von Unwuchten an Windenergieanlagen (WEA) 100 durch Auswertung eines oder mehrerer Sensorsignale 124 und Verfahren zur Minimierung der detektierten aerodynamischen Unwuchten. So wird eine Detektion von aerodynamischen Unwuchten und Massenunwuchten an Windenergieanlagen 100 und Minimierung von aerodynamischen Unwuchten ermöglicht. The device 120 Creates a detection and root cause analysis of unbalances in wind turbines (WTG) 100 by evaluation of one or more sensor signals 124 and methods for minimizing the detected aerodynamic imbalances. This is how to detect aerodynamic imbalances and mass imbalances on wind turbines 100 and minimizing aerodynamic imbalances.

Vorteilhaft kann eine Veränderung, beispielsweise durch Alterung hervorgerufen, erkannt werden. Die Vorrichtung 120 kann vorteilhaft eine Windenergieanlage 100 permanent und bei jedem Betriebszustand überwachen und somit schnellere und genauere Aussagen über den Zustand treffen. Vorteilhaft ist eine Trennung zwischen aerodynamischer Unwucht und Massenunwucht möglich. Insbesondere kann eine Automatisierung eines bislang aufwendigen manuellen Prozesses erfolgen. Dabei kann eine Minimierung aerodynamischer Unwuchten mittels unterschiedlicher Sensorsignale 124 möglich sein. Advantageously, a change, caused for example by aging, can be detected. The device 120 can be advantageous a wind turbine 100 Monitor permanently and in any operating condition and thus make faster and more accurate statements about the condition. Advantageously, a separation between aerodynamic imbalance and mass imbalance is possible. In particular, automation of a hitherto complex manual process can take place. In this case, a minimization of aerodynamic imbalances by means of different sensor signals 124 to be possible.

Mittels Sensoren 122 in den Rotorblättern 108 und/oder in der Gondel 104 lassen sich beispielsweise Frequenz, Amplitude und/oder Phasenlage diverser Schwingungen ermitteln und daraus eine Massenunwucht und/oder aerodynamische Unwucht ermitteln. Diese Schwingungen sind unter anderem die Drehfrequenz des Rotors 106, das Doppelte der Drehfrequenz des Rotors, die Zahneingriffsfrequenzen der Getriebestufen 116, die Turmeigenfrequenz sowie die Generatordrehzahl. Eine erkannte aerodynamische Unwucht wird in einem Ausführungsbeispiel durch ein Verfahren der Einzelblattverstellung minimiert. Dabei kann der Pitchwinkel der Rotorblätter 108 angepasst werden. By means of sensors 122 in the rotor blades 108 and / or in the gondola 104 For example, it is possible to determine the frequency, amplitude and / or phase position of various vibrations and to determine therefrom a mass imbalance and / or aerodynamic imbalance. These vibrations include the rotational frequency of the rotor 106 , twice the rotational frequency of the rotor, the gear teeth meshing frequencies 116 , the tower natural frequency and the generator speed. A detected aerodynamic imbalance is minimized in one embodiment by a method of single blade adjustment. In this case, the pitch angle of the rotor blades 108 be adjusted.

Durch Reduktion einer aerodynamischen Unwucht mittels individueller Pitchwinkelverstellung lassen sich die Ursachen hinsichtlich Massenunwucht beziehungsweise aerodynamischer Unwucht klar trennen. By reducing an aerodynamic imbalance by means of individual pitch angle adjustment The causes of mass imbalance or aerodynamic unbalance can be clearly separated.

Vorteilhaft schafft die Vorrichtung 120 eine sofortige Erkennung eines Problems, eine quantitative Einschätzung zur Korrektur und eine Automatisierung des Messprozesses. Advantageously, the device provides 120 an immediate detection of a problem, a quantitative assessment for the correction and an automation of the measurement process.

2 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorrichtung 120 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 gezeigten Vorrichtung 120 zum Überwachen einer Windenergieanlage 100 handeln. Die Vorrichtung 120 umfasst zumindest eine Einrichtung 230 zum Ermitteln. Dabei ist die Einrichtung 230 zum Ermitteln ausgebildet, eine Unwuchtinformation 126 unter Verwendung eines Drehsignals 124 zu ermitteln, um die Windenergieanlage zu überwachen 126. Dabei repräsentiert die Unwuchtinformation 126 eine Unwucht der Windenergieanlage. Das Drehsignal 124 repräsentiert je nach Ausführungsbeispiel eine Winkelgeschwindigkeit einer Antriebswelle der Windenergieanlage oder alternativ ein Drehmoment an der Antriebswelle. 2 shows a block diagram of a device 120 according to an embodiment of the present invention. In the device 120 it may be an embodiment of an in 1 shown device 120 for monitoring a wind turbine 100 act. The device 120 includes at least one device 230 to determine. Here is the device 230 trained to determine an imbalance information 126 using a rotation signal 124 to monitor to monitor the wind turbine 126 , The unbalance information represents this 126 an imbalance of the wind turbine. The turn signal 124 Depending on the embodiment, an angular velocity of a drive shaft of the wind power plant or, alternatively, a torque on the drive shaft.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 230 zum Ermitteln ausgebildet, eine Phasenlage des Drehsignals zu einem Referenz-Nullpunkt zu ermitteln, wobei die Unwuchtinformation unter Verwendung der Phasenlage ermittelt wird. Dabei zeigt eine Phasenlage ungleich Null eine Unwucht auf, wobei unter Verwendung der Phasenlage eine Bezugslage für die Unwucht ermittelt werden kann. In one embodiment, the device is 230 designed to determine, to determine a phase angle of the rotational signal to a reference zero point, wherein the imbalance information is determined using the phase angle. In this case, a phase position not equal to zero indicates an imbalance, wherein a reference position for the imbalance can be determined using the phase position.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 230 zum Ermitteln ausgebildet, eine erste Blattpassierfrequenz für das erste Rotorblatt und eine zweite Blattpassierfrequenz für das zweite Rotorblatt unter Verwendung des Drehsignals zu ermitteln. In diesem Fall wird die Unwuchtinformation unter Verwendung einer Phasenlage zwischen der ersten Blattpassierfrequenz und der zweiten Blattpassierfrequenz ermittelt. In one embodiment, the device is 230 designed to determine, to determine a first Blattpassierfrequenz for the first rotor blade and a second Blattpassierfrequenz for the second rotor blade using the rotation signal. In this case, the imbalance information is determined using a phase relationship between the first sheet passing frequency and the second sheet passing frequency.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Drehsignal ein erstes Drehwinkelsignal als Verlauf eines ersten Referenzpunkts an der Antriebswelle und ein zweites Drehwinkelsignal als Verlauf eines zweiten Referenzpunkts an der Antriebswelle. Dabei repräsentiert das erste Drehwinkelsignal eine Phasenlage einer ersten Rotordrehfrequenz des ersten Rotorblatts. In one embodiment, the rotation signal comprises a first rotation angle signal as the course of a first reference point on the drive shaft and a second rotation angle signal as the course of a second reference point on the drive shaft. In this case, the first rotational angle signal represents a phase position of a first rotor rotational frequency of the first rotor blade.

Das zweite Drehwinkelsignal repräsentiert eine zweite Phasenlage einer zweiten Rotordrehfrequenz des zweiten Rotorblatts. The second rotational angle signal represents a second phase position of a second rotor rotational frequency of the second rotor blade.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel repräsentiert das erste Drehwinkelsignal ein von einem an dem ersten Referenzpunkt an dem ersten Rotorblatt angeordneten ersten Sensor bereitgestelltes erstes Signal und das zweite Drehwinkelsignal ein von einem an dem zweiten Referenzpunkt an dem zweiten Rotorblatt angeordneten zweiten Sensor bereitgestelltes zweites Signal. In an alternative embodiment, the first rotational angle signal represents a first signal provided by a first sensor disposed on the first rotor blade at the first rotor blade and the second rotational angle signal comprises a second signal provided by a second sensor disposed on the second rotor blade at the second reference point.

In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 120 zum Überwachen der Windenergieanlage weitere optionale Schnittstellen und Einrichtungen auf. Eine Schnittstelle 234 zum Einlesen ist ausgebildet, ein Drehsignal 124 einzulesen. Optional ist die Schnittstelle 234 zum Einlesen weiterhin ausgebildet, eine Drehzahl 236 einer Komponente der Windenergieanlage einzulesen. Optional ist die Schnittstelle 234 zum Einlesen weiterhin ausgebildet, eine ein Drehmomentsignal, ein erstes Drehwinkelsignal und ein zweites Drehwinkelsignal oder eine Rotordrehzahl des Rotors als Drehzahl der Komponente des Antriebsstrangs einzulesen. In the in 2 illustrated embodiment, the device 120 for monitoring the wind turbine further optional interfaces and facilities. An interface 234 for reading is formed, a rotation signal 124 read. Optional is the interface 234 for reading further trained, a speed 236 a component of the wind turbine read. Optional is the interface 234 configured to read in a read-in a torque signal, a first rotation angle signal and a second rotation angle signal or a rotor speed of the rotor as a rotational speed of the component of the drive train for reading.

Optional umfasst die Vorrichtung 120 zum Überwachen der Windenergieanlage eine Transformationseinrichtung 238, die ausgebildet ist, unter Verwendung des Drehsignals 124 ein Frequenzsignal 240 bereitzustellen. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorrichtung 120 eine Transformationseinrichtung 238 umfasst, ist die Einrichtung 230 zum Ermitteln ausgebildet, die Unwuchtinformation 126 unter Verwendung des Frequenzsignals 240 zu ermitteln. Dabei wird eine Amplitude bei zumindest einer Frequenz oder in einem Frequenzbereich mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Optionally, the device comprises 120 for monitoring the wind turbine, a transformation device 238 , which is formed using the rotation signal 124 a frequency signal 240 provide. In an embodiment in which the device 120 a transformation device 238 includes, is the device 230 trained to determine the imbalance information 126 using the frequency signal 240 to investigate. In this case, an amplitude at at least one frequency or in a frequency range is compared with a predetermined threshold value.

In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 120 zum Überwachen der Windenergieanlage weiterhin eine optionale Steuereinrichtung 242 auf, die ausgebildet ist, ein Steuersignal 244 zur Ansteuerung zumindest eines Pitchwinkels des zumindest eines Rotorblatts oder zur Ansteuerung eines Drehwinkels des Rotors der Windenergieanlage bereitzustellen. In the in 2 illustrated embodiment, the device 120 for monitoring the wind turbine further an optional control device 242 formed, a control signal 244 to provide at least one pitch angle of the at least one rotor blade or to control a rotational angle of the rotor of the wind turbine.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung 230 zum Ermitteln ausgebildet, die Unwuchtinformation 126 unter Verwendung der Drehzahl 236 zu bestimmen. So ist die Einrichtung 230 zum Ermitteln optional ausgebildet, die Rotordrehzahl des Rotors, die doppelte Rotordrehzahl des Rotors oder eine Zahneingriffsfrequenz einer Getriebestufe des Antriebsstrangs zu bestimmen und zum Ermitteln der Unwuchtinformation 126 zu verwenden. In one embodiment, the device is 230 trained to determine the imbalance information 126 using the speed 236 to determine. That's the device 230 for determining optionally designed to determine the rotor speed of the rotor, the double rotor speed of the rotor or a meshing frequency of a gear stage of the drive train and to determine the unbalance information 126 to use.

Optional bestimmt die Einrichtung 230 zum Ermitteln als Eigenschaft des Frequenzsignals 236 eine Amplitude bei einer charakteristischen Frequenz. Optionally, the device determines 230 for determining as a property of the frequency signal 236 an amplitude at a characteristic frequency.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 360 zum Überwachen einer Windenergieanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Windenergieanlage kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in 1 gezeigten Windenergieanlage 100 handeln. Das Verfahren 360 umfasst zumindest einen Schritt 362 des Ermittelns einer eine Unwucht der Windenergieanlage repräsentierenden Unwuchtinformation unter Verwendung eines Drehsignals, um die Windenergieanlage zu überwachen, wobei das Drehsignal eine Winkelgeschwindigkeit und/oder ein Drehmoment an der Antriebswelle repräsentiert. 3 shows a flowchart of a method 360 for monitoring a wind turbine according to an embodiment of the present invention. The wind turbine can be an embodiment of an in 1 shown wind turbine 100 act. The procedure 360 includes at least one step 362 determining an imbalance information representing an imbalance of the wind turbine using a rotation signal to monitor the wind turbine, the rotation signal representing an angular velocity and / or a torque on the drive shaft.

4 zeigt eine vereinfachte grafische Darstellung einer Phasenlage 470 zweier Signale 472, 474 zwischen zwei Rotorblättern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Signale 472, 474 repräsentieren je nach Ausführungsbeispiel eine Rotordrehfrequenz, eine Blattpassierfrequenz, einen Drehwinkel oder ein Drehmoment eines zugeordneten Rotorblatts. Dabei ist in dem in 4 links dargestellten kartesischen Koordinatensystem ein Signal 472 eines ersten Rotorblatts und ein Signal 472 eines zweiten Rotorblatts über die Zeit dargestellt. Der Abstand 470 repräsentiert die Phasenlage 470 zwischen dem ersten Signal 472 des ersten Rotorblatts und dem zweiten Signal 474 des zweiten Rotorblatts. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann dies beispielsweise noch um ein drittes Signal eines dritten Rotorblatts erweitert werden, wenn es sich um eine Windenergieanlage mit einem drei Rotorblättern umfassenden Rotor handelt. Wenn die Rotorblätter in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind, so beträgt die Phasenlage 470 zwischen zwei Rotordrehfrequenzen ohne Unwucht oder Montagefehler auch 120°. In dem in 4 rechts dargestellten kartesischen Koordinatensystem ist auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Phasenlage dargestellt. Der dargestellte Kurvenverlauf 476 zeigt beispielsweise die Phasenlage zwischen einem ersten Rotorblatt und einem zweiten Rotorblatt. Bei einer Frequenz, die der Rotordrehfrequenz entspricht, weist das Signal 476 eine signifikante Amplitude auf. Weitere charakteristische Frequenzen, wie beispielsweise die doppelte Rotordrehfrequenz oder die Zahneingriffsfrequenz, beziehungsweise einen Frequenzbereich um die charakteristischen Frequenzen, zeigt der Kurvenverlauf 476 Amplituden, deren Höhe ausgewertet werden kann. Die Amplitude entspricht dabei der Phasenlage. 4 shows a simplified graphical representation of a phase angle 470 two signals 472 . 474 between two rotor blades according to an embodiment of the present invention. The signals 472 . 474 Depending on the exemplary embodiment, they represent a rotor rotational frequency, a blade passing frequency, a rotational angle or a torque of an associated rotor blade. It is in the in 4 On the left shown Cartesian coordinate system a signal 472 a first rotor blade and a signal 472 of a second rotor blade over time. The distance 470 represents the phase position 470 between the first signal 472 of the first rotor blade and the second signal 474 of the second rotor blade. In an exemplary embodiment which is not illustrated, this can be extended, for example, by a third signal of a third rotor blade, if it is a wind energy plant with a rotor comprising three rotor blades. If the rotor blades are arranged at an angle of 120 ° to each other, then the phase angle is 470 between two rotor speeds without imbalance or assembly error also 120 °. In the in 4 On the right of the Cartesian coordinate system, the abscissa represents the frequency and the ordinate represents the phase position. The illustrated curve 476 shows, for example, the phase angle between a first rotor blade and a second rotor blade. At a frequency that corresponds to the rotor's rotational frequency, the signal points 476 a significant amplitude. Other characteristic frequencies, such as twice the rotor rotational frequency or the meshing frequency, or a frequency range around the characteristic frequencies, shows the curve 476 Amplitudes whose height can be evaluated. The amplitude corresponds to the phase position.

Eine aerodynamische Unwucht und/oder eine Massenunwucht bewirkt unter anderem eine von 120° verschiedene Phasenlage der Rotordrehfrequenz (1p) der Rotorblätter untereinander. So zeigt 4 eine Phasenlage der 1p-Frequenz zwischen den Rotorblättern. Die Phasenlage ist entsprechend von der Anzahl der Rotorblätter des Rotors oder dem Winkel der Rotorblätter zueinander abhängig. An aerodynamic imbalance and / or a mass imbalance causes inter alia a different phase position of the rotor rotational frequency (1p) of the rotor blades from one another than 120 °. So shows 4 a phase angle of the 1p frequency between the rotor blades. The phase angle is accordingly dependent on the number of rotor blades of the rotor or the angle of the rotor blades to each other.

5 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Frequenzsignals 236, 536 mit einer charakteristischen Frequenz 238 bei der doppelten Rotordrehfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Frequenzsignal 236 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 2 beschriebenen Frequenzsignals 236 handeln. In einem kartesischen Koordinatensystem ist auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Amplitude dargestellt. Als Signalverlauf sind zwei Frequenzsignale 236, 536 in dem kartesischen Koordinatensystem dargestellt. Dabei zeigt das erste Frequenzsignal 236 eine Unwucht und das zweite Frequenzsignal 536 zeigt keine Unwucht. Auf der Abszisse sind drei charakteristische Frequenzen 238 markiert: die Rotordrehfrequenz p oder 1p, die doppelte Rotordrehfrequenz 2p sowie eine Zahneingriffsfrequenz fz. Die Signalverläufe der zwei Frequenzsignale 236, 536 weisen jeweils einen Ausschlag im Bereich der drei genannten charakteristischen Frequenzen 238 auf. Dabei ist die höchste Amplitude im Bereich der Rotordrehfrequenz p zu beobachten. Im Bereich der doppelten Rotordrehfrequenz 2p weisen die Signalverläufe der zwei Frequenzsignale 236, 536 einen signifikanten Unterschied der Amplitude auf. Dies zeigt, dass diese Eigenschaft genutzt werden kann, um eine Unwucht bei der Windenergieanlage zu detektieren. 5 shows a simplified representation of a frequency signal 236 . 536 with a characteristic frequency 238 at twice the rotor rotational frequency according to an embodiment of the present invention. At the frequency signal 236 it may be an embodiment of an in 2 described frequency signal 236 act. In a Cartesian coordinate system, the abscissa shows the frequency and the ordinate the amplitude. As a waveform are two frequency signals 236 . 536 represented in the Cartesian coordinate system. This shows the first frequency signal 236 an imbalance and the second frequency signal 536 shows no imbalance. On the abscissa are three characteristic frequencies 238 marked: the rotor rotational frequency p or 1p, the double rotor rotational frequency 2p and a meshing frequency f z . The waveforms of the two frequency signals 236 . 536 each have a rash in the range of the three mentioned characteristic frequencies 238 on. In this case, the highest amplitude in the range of the rotor rotational frequency p is observed. In the region of twice the rotor rotational frequency 2p, the signal characteristics of the two frequency signals 236 . 536 a significant difference in amplitude. This shows that this property can be used to detect an imbalance in the wind turbine.

Eine Massenunwucht bewirkt unter anderem eine Schwingung des Turmes rechtwinklig zur Windrichtung. Anhand der Phasenlage dieser Schwingung lässt sich auf die Lage des Schwerpunktes in Bezug zur Drehachse schließen, sodass die Positionierung der Ausgleichsmassen ermittelt werden kann. A mass imbalance causes, inter alia, a vibration of the tower at right angles to the wind direction. Based on the phase position of this vibration can be close to the position of the center of gravity with respect to the axis of rotation, so that the positioning of the balancing weights can be determined.

Eine aerodynamische Unwucht bewirkt unter anderem eine Schwingung mit einfacher Rotordrehfrequenz. Anhand der Amplitude dieser Schwingung lässt sich beispielsweise auf die Ausprägung einer Pitchwinkelverstellung eines Rotorblattes schließen. An aerodynamic imbalance causes, inter alia, a vibration with a simple rotor rotational frequency. On the basis of the amplitude of this oscillation, it is possible to conclude, for example, the expression of a pitch angle adjustment of a rotor blade.

6 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Frequenzsignals 236 mit einer Zahneingriffsfrequenz fz als charakteristische Frequenz 238 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Frequenzsignal 236 kann es sich um ein Ausführungsbeispiel eines in 2 beschriebenen Frequenzsignals 236 handeln. Als Beispiel für eine charakteristische Frequenz 238 wird die Zahneingriffsfrequenz fz ausgewählt. Das Frequenzsignal 236 weist im Bereich der Zahneingriffsfrequenz fz eine sich über die Zeit verändernde Amplitude auf. Die Varianz der Amplitude ist in 6 mit ΔA bezeichnet. 6 shows a simplified representation of a frequency signal 236 with a meshing frequency f z as a characteristic frequency 238 according to an embodiment of the present invention. At the frequency signal 236 it may be an embodiment of an in 2 described frequency signal 236 act. As an example of a characteristic frequency 238 the meshing frequency f z is selected. The frequency signal 236 has in the region of the meshing frequency f z on a time varying amplitude. The variance of the amplitude is in 6 denoted by ΔA.

Eine Massenunwucht bewirkt unter anderem eine zyklische Änderung der Amplitude der Zahneingriffsfrequenz während einer Umdrehung. 6 zeigt eine Veränderung ΔA der Amplitude der Zahneingriffsfrequenz fz während einer Umdrehung. Among other things, a mass imbalance causes a cyclic change in the amplitude of the meshing frequency during one revolution. 6 shows a change ΔA in the amplitude of the meshing frequency f z during one revolution.

7 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Amplitude der Zahneingriffsfrequenz fz über eine Rotorumdrehung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Zahneingriffsfrequenz fz kann es sich um ein Ausführungsbeispiel einer in den vorangegangenen Figuren beschriebenen Zahneingriffsfrequenz fz handeln. In einem kartesischen Koordinatensystem ist auf der Abszisse eine Drehposition Ω des Rotors einer Windenergieanlage und auf der Ordinate eine Amplitude eines Frequenzsignals bei einer charakteristischen Frequenz dargestellt. In dem kartesischen Koordinatensystem ist ein Signalverlauf einer Zahneingriffsfrequenz fz über die Drehposition Ω des Rotors der Windenergieanlage dargestellt. Das Maximum der Amplitude während einer Umdrehung des Rotors gibt Aufschluss darüber, an welchem Blatt sich die Zusatzmasse befindet. 7 shows a simplified representation of an amplitude of the meshing frequency f z via a rotor rotation according to an embodiment of the present invention. The tooth engagement frequency f z may be an exemplary embodiment of a tooth engagement frequency f z described in the preceding figures. In a Cartesian coordinate system, a rotational position Ω of the rotor of a wind turbine is shown on the abscissa and an amplitude of a frequency signal at a characteristic frequency on the ordinate. In the Cartesian coordinate system, a waveform of a tooth meshing frequency f z is shown via the rotational position Ω of the rotor of the wind turbine. The maximum of the amplitude during one revolution of the rotor provides information about which blade the additional mass is located on.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100
Windenergieanlage Wind turbine
102 102
Turm tower
104 104
Gondel gondola
106 106
Rotor rotor
108 108
Rotorblatt rotor blade
109 109
Rotornabe rotor hub
110 110
Rotorwelle, Rotorachse, Antriebswelle Rotor shaft, rotor axle, drive shaft
112 112
Antriebsstrang powertrain
114 114
Getriebe transmission
116 116
Getriebestufe gear stage
118 118
Generator generator
120 120
Vorrichtung zum Überwachen Device for monitoring
122 122
Sensor sensor
124 124
Drehsignal, Sensorinformation, Verlauf der Drehwinkel Rotary signal, sensor information, course of the rotation angle
126 126
Unwuchtinformation unbalance information
230 230
Einrichtung zum Ermitteln Device for determining
234 234
Schnittstelle zum Einlesen Interface for reading
236 236
Drehzahl rotation speed
238 238
Transformationseinrichtung transformation means
240 240
Frequenzsignal frequency signal
242 242
Steuereinrichtung control device
244 244
Steuersignal control signal
360 360
Verfahren zum Überwachen Method of monitoring
362 362
Schritt des Ermittelns Step of determining
470 470
Phasenlage phasing
472 472
erstes Signal first signal
474 474
zweites Signal second signal
476 476
Signal, Kurvenverlauf Signal, waveform
p p
Rotordrehfrequenz Rotor rotational frequency
536 536
Frequenzsignal frequency signal
2p 2p
doppelte Rotordrehfrequenz double rotor speed
fz fz
Zahneingriffsfrequenz Meshing frequency
Ω Ω
Drehposition rotary position

Claims (12)

Verfahren (360) zum Überwachen einer Windenergieanlage (100), wobei die Windenergieanlage (100) einen einen Antriebsstrang (112) antreibenden Rotor (106) mit einem ersten Rotorblatt (108a) und zumindest einem zweiten Rotorblatt (108b) aufweist, wobei das Verfahren (360) zumindest den folgenden Schritt aufweist: Ermitteln (362) einer eine Unwucht der Windenergieanlage (100) repräsentierenden Unwuchtinformation (126) unter Verwendung eines Drehsignals (124), um die Windenergieanlage (100) zu überwachen, wobei das Drehsignal (124) eine Winkelgeschwindigkeit und/oder ein Drehmoment an der Antriebswelle (110) repräsentiert. Procedure ( 360 ) for monitoring a wind turbine ( 100 ), whereby the wind energy plant ( 100 ) a drive train ( 112 ) driving rotor ( 106 ) with a first rotor blade ( 108a ) and at least one second rotor blade ( 108b ), the method ( 360 ) comprises at least the following step: determining ( 362 ) one of an imbalance of the wind turbine ( 100 ) imbalance information ( 126 ) using a rotation signal ( 124 ) to the wind turbine ( 100 ), the rotation signal ( 124 ) an angular velocity and / or a torque on the drive shaft ( 110 ). Verfahren (360) gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt (362) des Ermittelns eine Phasenlage (470) des Drehsignals (124) zu einem Referenz-Nullpunkt ermittelt wird, wobei die Unwuchtinformation (126) unter Verwendung der Phasenlage (470) ermittelt wird. Procedure ( 360 ) according to claim 1, wherein in step ( 362 ) of determining a phase position ( 470 ) of the rotary signal ( 124 ) is determined to a reference zero point, the unbalance information ( 126 ) using the phase position ( 470 ) is determined. Verfahren (360) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (362) des Ermittelns eine erste Blattpassierfrequenz für das erste Rotorblatt (108a) und eine zweite Blattpassierfrequenz für das zweite Rotorblatt (108b) unter Verwendung des Drehsignals (124) ermittelt wird, wobei die Unwuchtinformation (126) unter Verwendung einer Phasenlage (470) zwischen der ersten Blattpassierfrequenz und der zweiten Blattpassierfrequenz ermittelt wird. Procedure ( 360 ) according to one of the preceding claims, wherein in step ( 362 ) of determining a first blade passing frequency for the first rotor blade ( 108a ) and a second Blattpassierfrequenz for the second rotor blade ( 108b ) using the rotation signal ( 124 ), the unbalance information ( 126 ) using a phase relationship ( 470 ) between the first sheet passing frequency and the second sheet passing frequency. Verfahren (360) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Drehsignal (124) ein erstes Drehwinkelsignal (472) als Verlauf eines ersten Referenzpunkts an der Antriebswelle (110) und ein zweites Drehwinkelsignal (474) als Verlauf eines zweiten Referenzpunkts an der Antriebswelle (110) umfasst, wobei das erste Drehwinkelsignal (472) eine Phasenlage (470) einer ersten Rotordrehfrequenz des ersten Rotorblatts (108a) repräsentiert und das zweite Drehwinkelsignal (474) eine zweite Phasenlage (470) einer zweiten Rotordrehfrequenz des zweiten Rotorblatts (108b) repräsentiert. Procedure ( 360 ) according to one of the preceding claims, in which the rotation signal ( 124 ) a first rotation angle signal ( 472 ) as the course of a first reference point on the drive shaft ( 110 ) and a second rotation angle signal ( 474 ) as the course of a second reference point on the drive shaft ( 110 ), wherein the first rotation angle signal ( 472 ) a phase position ( 470 ) of a first rotor rotational frequency of the first rotor blade ( 108a ) and the second rotation angle signal ( 474 ) a second phase position ( 470 ) a second rotor rotational frequency of the second rotor blade ( 108b ). Verfahren (360) gemäß Anspruch 4, bei dem das erste Drehwinkelsignal (472) ein von einem an dem ersten Referenzpunkt an dem ersten Rotorblatt (108a) angeordneten ersten Sensor (122) bereitgestelltes erstes Signal (472) repräsentiert und das zweite Drehwinkelsignal (474) ein von einem an dem zweiten Referenzpunkt an dem zweiten Rotorblatt (108b) angeordneten zweiten Sensor (122) bereitgestelltes zweites Signal (474) repräsentiert. Procedure ( 360 ) according to claim 4, wherein the first rotation angle signal ( 472 ) one of a at the first reference point on the first rotor blade ( 108a ) arranged first sensor ( 122 ) provided first signal ( 472 ) and the second rotation angle signal ( 474 ) one of the at the second reference point on the second rotor blade ( 108b ) arranged second sensor ( 122 ) provided second signal ( 474 ). Verfahren (360) gemäß Anspruch 5, bei dem der erste Sensor (122) als ein erster Drehmomentsensor und/oder ein erster Drehwinkelsensor und/oder ein erster Beschleunigungssensor und/oder ein erster Magnetsensor ausgebildet ist und/oder der zweite Sensor (122) als ein zweiter Drehmomentsensor und/oder ein zweiter Drehwinkelsensor und/oder ein zweiter Beschleunigungssensor und/oder ein zweiter Magnetsensor ausgebildet ist. Procedure ( 360 ) according to claim 5, wherein the first sensor ( 122 ) as a first Torque sensor and / or a first rotation angle sensor and / or a first acceleration sensor and / or a first magnetic sensor is formed and / or the second sensor ( 122 ) is formed as a second torque sensor and / or a second rotation angle sensor and / or a second acceleration sensor and / or a second magnetic sensor. Verfahren (360) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Einlesens des Drehsignals (124) und/oder des Drehmomentsignals und/oder des ersten Drehwinkelsignals und/oder des zweiten Drehwinkelsignals und/oder der Drehzahl der Komponente des Antriebsstrangs (112) und/oder einer Rotordrehzahl des Rotors (106) als Drehzahl der Komponente des Antriebsstrangs (112). Procedure ( 360 ) according to one of the preceding claims, with a step of reading the rotary signal ( 124 ) and / or the torque signal and / or the first rotational angle signal and / or the second rotational angle signal and / or the rotational speed of the component of the drive train ( 112 ) and / or a rotor speed of the rotor ( 106 ) as the speed of the component of the drive train ( 112 ). Verfahren (360) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Bereitstellens eines Steuersignals (250) zur Ansteuerung zumindest eines Pitchwinkels des zumindest einen Rotorblatts (108) des Rotors (106) und/oder Bereitstellen eines weiteren Steuersignals zur Ansteuerung eines Drehwinkels des Rotors (106), um eine aerodynamische Unwucht zu korrigieren. Procedure ( 360 ) according to one of the preceding claims, comprising a step of providing a control signal ( 250 ) for controlling at least one pitch angle of the at least one rotor blade ( 108 ) of the rotor ( 106 ) and / or providing a further control signal for controlling a rotational angle of the rotor ( 106 ) to correct an aerodynamic imbalance. Vorrichtung (120) zum Überwachen einer Windenergieanlage (100), wobei die Vorrichtung (120) Einrichtungen zum Ausführen eines Verfahrens (360) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche umfasst. Contraption ( 120 ) for monitoring a wind turbine ( 100 ), the device ( 120 ) Facilities for carrying out a method ( 360 ) according to one of the preceding claims. Windenergieanlage (100) mit einem Turm (102), einer auf dem Turm (102) angeordneten Gondel (104), einem an der Gondel (104) angeordneten Rotor (106) mit einer Mehrzahl von Rotorblättern (108) und mit einer Vorrichtung (120) gemäß Anspruch 9, wobei die Vorrichtung (120) in die Windenergieanlage (100) integriert ist. Wind energy plant ( 100 ) with a tower ( 102 ), one on the tower ( 102 ) arranged gondola ( 104 ), one at the gondola ( 104 ) arranged rotor ( 106 ) with a plurality of rotor blades ( 108 ) and with a device ( 120 ) according to claim 9, wherein the device ( 120 ) in the wind energy plant ( 100 ) is integrated. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (360) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen. Computer program adapted to perform all steps of a procedure ( 360 ) according to one of the preceding claims. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.  Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 11.
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