DE102015112594A1

DE102015112594A1 - System und Verfahren für den verbesserten Betrieb von Windparks

Info

Publication number: DE102015112594A1
Application number: DE102015112594.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas HERRIG; Sara Simone Louisa Delport; Benoit Philippe Petitjean; Nathan Charles Schneider
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: GENERAL ELECTRIC RENOVABLES ESPANA, S.L., ES
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2016-02-04
Also published as: CA2898931A1; FR3024502A1; US20160032893A1; US9347432B2; CA2898931C; FR3024502B1

Abstract

Ein Windpark (300) weist mehrere Windkraftanlagen (301) einschließlich einer in Betrieb befindlichen Windkraftanlage und ein Mikrofon (350) auf, das in der Nähe des Windparks positioniert ist. Der Windpark weist auch eine Rechenvorrichtung (105; 215; 804) auf, die mit dem Mikrofon verbunden ist. Die Rechenvorrichtung weist einen Prozessor (115; 816; 826) und eine mit dem Prozessor verbundene Speichervorrichtung (110) auf. Die Rechenvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine Schallaufzeichnung erstellt (604), indem sie mehrere Schalldruckmessungen für den Windpark über das Mikrofon aufzeichnet, und Werte für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale berechnet (606). Die Rechenvorrichtung ist außerdem so konfiguriert, dass sie mit Hilfe der Rechenvorrichtung eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell (500) des Windparks ermittelt (612). Die Rechenvorrichtung ist ferner so konfiguriert, dass sie einen ersten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der von der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, auf der Grundlage der ermittelten Beziehung unterscheidet (614).

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Das Gebiet der Offenbarung betrifft allgemein Windenergieanlagen und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Betreiben von Windparks durch verbesserte akustische Messwerte.
Die meisten bekannten Windenergieanlagen weisen einen Rotor mit mehreren Blättern auf. Der Rotor ist manchmal mit einem Gehäuse oder einer Gondel verbunden, das/ die oben auf einer Basis, beispielsweise einem röhrenförmigen Turm, positioniert ist. Zumindest manche bekannten industriellen Windkraftanlagen, d.h. Windkraftanlagen, die für das Bereitstellen von elektrischem Strom für ein Versorgungsnetz ausgelegt sind, weisen Rotorblätter mit vorgegebenen Formen und Abmessungen auf. Die Rotorblätter wandeln mechanische Windenergie in entsprechende Blattauftriebskräfte um, die ferner ein mechanisches Drehmoment bewirken, welches eine oder mehrere Anlagen antreibt, die daraufhin elektrischen Strom erzeugen. Mehrere in einer örtlichen geografischen Matrix angeordnete Windenergieanlagen werden in der Regel als Windfarm oder Windpark bezeichnet.
Beim Betrieb solcher bekannten Windparks entstehen durch das Drehen der Rotorblätter in der Luft aerodynamische Schallemissionen beziehungsweise Lärm. Folglich werden zumindest manche dieser bekannten Windparks in ihrer Nähe mit Lärmrezeptorvorrichtungen ausgestattet, die den Gesamtlärmpegel messen. Zumindest manche dieser gemessenen Geräusche können einen Dezibelpegel (dB) aufweisen, der nahe an örtlichen Grenzwerten liegt. Um die Grenzwerte einzuhalten, müssen zumindest manche der Windkraftanlagen für einen Zeitraum in einen schallreduzierten Betriebsmodus (SRB-Modus) versetzt werden. Die Lärmreduzierung beeinträchtigt im Grunde den Jahresenergieertrag (JEE). Daher ist es notwendig, für die kürzestmögliche Zeit und für die erforderliche Mindestanzahl Turbinen, mit der die Lärmsollpegel erzielt werden, SRB im Windpark anzuwenden, die die Lärmpegel am effizientesten reduzieren.
Zu bekannten Verfahren, mit denen das Einhalten gesetzlicher Grenzwerte erreicht wird, gehören der Einsatz von Fernfeld-Schallausbreitungsmodellen auf der Grundlage bestimmter Standortparameter, z.B. Abstände zwischen Turbine und Rezeptor, Bodenabsorption, Windscherung und Wärmegradienten sowie ein Modell für den Turbinenlärm. Es können jedoch konservative Parameter gewählt werden, die den Ertrag unnötig beschneiden.
Ein weiteres bekanntes Verfahren umfasst das unmittelbare Messen der akustischen Umgebung in der Nähe des Windparks und den Einsatz von Regelungstechnik zum Einstellen und Abstellen des SRB-Modus der Windkraftanlagen unter Berücksichtigung zeitabhängiger Änderungen des Turbinenlärmpegels, z.B. Luftdichte, Blattverunreinigung, Windscherung und der Ausbreitungseigenschaften. Einer derartigen messwertbasierten Regelung fehlen jedoch Merkmale, anhand derer sich unterscheiden lässt, ob der gemessene Lärm tatsächlich von den Windkraftanlagen stammt oder mit Umgebungsgeräuschen kontaminiert ist und möglicherweise davon dominiert wird. Letzteres führt in der Regel zu einem verfälschten Schätzwert für den Schalldruckpegel (SDP), und die Regelungsmerkmale würden dann versuchen, den Windkraftanlagenlärm durch SRB zu reduzieren, obwohl sich der Windkraftanlagenlärmpegel weit innerhalb der festgelegten Parameter befindet. Daher sind für Regelungskonfigurationen (sowie Bearbeitungszertifizierungsmessungen) Überprüfungen umfangreiche akustische Messungen erforderlich, damit akustische Aufzeichnungen identifiziert und verworfen werden, die durch externe Geräuscheinflüsse, wie z.B. Autos, Flugzeuge und Vögel, kontaminiert sind. Zu diesen Aktivitäten gehören in der Regel umfangreiche Hörtests und das manuelle Entfernen der kontaminierten Segmente. Die höchsten Schallausreißer lassen sich im Grunde durch Inspizieren der dB-Differenz zwischen dem gemessenen Lärm und dem Spitzenwert der erwarteten Windkraftanlagenlärmkurve oder, sofern die Windgeschwindigkeit/ Drehzahl bekannt ist, der Gesamtkurve problemlos identifizieren und verwerfen. Die auf Ausbreitungseffekte zurückzuführenden SDP-Schwankungen bei großen Abständen bringen eine beträchtliche Messunsicherheit mit sich, wenn nur diese Art Filterung angewendet wird, so dass sich die Brauchbarkeit der Daten verringert.
KURZDARSTELLUNG
Unter einem Aspekt wird ein per Computer implementiertes Verfahren zum Betreiben eines Windparks bereitgestellt. Das Verfahren benutzt eine Rechenvorrichtung mit mindestens einem Prozessor, der mit einer Speichervorrichtung verbunden ist, und zu dem Windpark gehört mindestens eine in Betrieb befindliche Windkraftanlage. Das Verfahren umfasst das Aufzeichnen mehrerer Schalldruckmessungen für den Windpark, wodurch eine Schallaufzeichnung entsteht. Das Verfahren umfasst außerdem das Berechnen von Werten für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale. Das Verfahren umfasst ferner das Ermitteln einer Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem Wahrscheinlichkeitsmodell des Windparks. Das Verfahren umfasst außerdem das Unterscheiden eines ersten Beitrags auf die Schallaufzeichnung, der von der mindestens einen in Betrieb befindlichen Windkraftanlage stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, auf der Grundlage der ermittelten Beziehung.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren ferner das Erstellen des akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells für den Windpark einschließlich eines mit der mindestens einen in Betrieb befindlichen Windkraftanlage verknüpften ersten Beitrags und eines mit anderen Quellen als einer Windkraftanlage verknüpften zweiten Beitrag s umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Berechnen von Werten für mehrere akustische Merkmale das Ausführen mehrerer statistischer und nichtstatistischer Algorithmen in zumindest einem Teil eines vorgegebenen Frequenzbereichs umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Verfahren ferner das Erstellen einer Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung für die mehreren Schalldruckmessungen umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass die Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung amplitudenmodulierte Wellenformen mit einer Trägerfrequenzkomponente und einer Modulationshüllkurvenkomponente enthält, wobei das Ausführen mehrerer statistischer und nichtstatistischer Algorithmen das Analysieren der Trägerfrequenzkomponente oder/ und der Modulationshüllkurvenkomponente umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Unterscheiden eines ersten Beitrags auf die Schallaufzeichnung das Herausfiltern des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung aus der Schallaufzeichnung für den Windpark umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Herausfiltern des zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung das Markieren von Teilen der Schallaufzeichnung umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Unterscheiden eines ersten Beitrag auf die Schallaufzeichnung das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung für mehrere Zeiträume umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung das Analysieren des zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung für einen vorgegebenen Zeitraum nach dem Erstellen der Schallaufzeichnung umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung Folgendes umfasst: Berechnen der Einflüsse des zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung auf Differenzen bei Gesamtschalldruckmessungen (Schalldruck-Δ) und Erstellen statistischer Schätzungen der Schalldruck-Δ.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung das Verwenden bekannter Quellen des zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung zum Trainieren des akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells für den Windpark umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dass das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrag auf die Schallaufzeichnung das Zuordnen von Änderungen bei den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale zu akustischen Signaturen umfasst, die mit bekannten Lärmquellen in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell für den Windpark verknüpft sind.
Unter einem weiteren Aspekt wird ein Windpark bereitgestellt. Der Windpark weist mehrere Windkraftanlagen einschließlich einer in Betrieb befindlichen Windkraftanlage auf. Der Windpark weist auch ein Mikrofon auf, das in der Nähe des Windparks positioniert ist, und eine mit dem Mikrofon verbundene Rechenvorrichtung. Die Rechenvorrichtung weist einen Prozessor und eine mit dem Prozessor verbundene Speichervorrichtung auf. Die Rechenvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine Schallaufzeichnung erstellt, indem sie über das Mikrofon mehrere Schalldruckmessungen für den Windpark aufzeichnet. Die Rechenvorrichtung ist außerdem so konfiguriert, dass sie Werte für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale berechnet. Die Rechenvorrichtung ist ferner so konfiguriert, dass sie mit Hilfe der Rechenvorrichtung eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale aus der Schallaufzeichnung und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell des Windparks ermittelt. Die Rechenvorrichtung ist außerdem so konfiguriert, dass sie einen ersten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der von der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, auf der Grundlage der ermittelten Beziehung unterscheidet.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Windparks kann es vorteilhaft sein, dass das Mikrofon eine Mikrofonstation umfasst, die zumindest einen Teil der Rechenvorrichtung umfasst.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Windparks kann es vorteilhaft sein, dass das Mikrofon mehrere Mikrofone umfasst, die innerhalb einer äußeren Begrenzung, an der äußeren Begrenzung oder/ und außerhalb der äußeren Begrenzung des Windparks positioniert sind.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Windparks kann es vorteilhaft sein, dass das Mikrofon in Bezug auf die in Betrieb befindliche Windkraftanlage ausgerichtet ist, was eine Doppler-Verschiebungsanalyse zumindest eines Teils der Schallaufzeichnung ermöglicht.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Windparks kann es vorteilhaft sein, dass das Mikrofon kabellos und für die uni- oder bidirektionale Kommunikation konfiguriert ist.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Windparks kann es vorteilhaft sein, dass die Rechenvorrichtung eine Lärmüberwachungs- und -regelstation umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie den Betrieb der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage zumindest teilweise auf der Grundlage der ermittelten Beziehung reguliert.
Bei einer beliebigen Ausführungsform des Windparks kann es vorteilhaft sein, dass die Rechenvorrichtung ferner so konfiguriert ist, dass sie das akustische Wahrscheinlichkeitsmodell für den Windpark einschließlich eines mit der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage verknüpften ersten Beitrag und eines mit anderen Quellen als einer Windkraftanlage verknüpften zweiten Beitrag erstellt.
Unter einem weiteren Aspekt werden ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit darauf enthaltenen per Computer ausführbaren Anweisungen bereitgestellt. Wenn die per Computer ausführbaren Anweisungen von mindestens einem Prozessor ausgeführt werden, veranlassen sie den mindestens einen Prozessor dazu, durch Aufzeichnen mehrerer Schalldruckmessungen für den Windpark eine Schallaufzeichnung zu erstellen. Die per Computer ausführbaren Anweisungen veranlassen den mindestens einen Prozessor außerdem dazu, Werte für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale zu berechnen. Die per Computer ausführbaren Anweisungen veranlassen den mindestens einen Prozessor ferner dazu, eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem Wahrscheinlichkeitsmodell des Windparks zu ermitteln. Die per Computer ausführbaren Anweisungen veranlassen den mindestens einen Prozessor außerdem dazu, einen ersten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der von einer in Betrieb befindlichen Windkraftanlage stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, auf der Grundlage der ermittelten Beziehung zu unterscheiden.
ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die Lektüre der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche Teile bezeichnen:
1 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Rechenvorrichtung,
2 ist ein Blockdiagramm eines Teils eines beispielhaften Windpark-Regelsystems, zu dem die in 1 gezeigte Rechenvorrichtung gehören kann,
3 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Windenergieanlage, die in einem Windpark eingesetzt werden kann, wobei beide über das in 2 gezeigte Windpark-Regelsystem überwacht und geregelt werden können,
4 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Windparks, zu dem die in 3 gezeigte Windenergieanlage gehören kann,
5 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystems, das mit dem in 2 gezeigten Windpark-Regelsystem eingesetzt werden kann,
6 ist eine beispielhafte Ansicht von Änderungen beim Lärmpegel, der mit dem in 4 gezeigten Windpark verknüpft sein kann,
7 ist eine beispielhafte Ansicht eines akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells zum Ermitteln zulässiger und unzulässiger Aufzeichnungen unter Einsatz des in 5 gezeigten Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystems,
8 ist ein Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des in 3 gezeigten Windparks unter Einsatz des in 5 gezeigten Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystems,
9 ist eine beispielhafte grafische Ansicht einer Beurteilung von Lärmdaten in Abhängigkeit von durchschnittlicher Schiefe und durchschnittlicher Schwankung unter Einsatz einer in 5 gezeigten alternativen Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystemarchitektur,
10 ist eine beispielhafte grafische Ansicht einer Beurteilungen von Lärmdaten in Abhängigkeit von Standardabweichungen des Flusses und durchschnittlicher Schwankung unter Einsatz einer in 5 gezeigten alternativen Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystemarchitektur,
11 ist eine beispielhafte grafische Ansicht von Vergleichen verschiedener Verfahren zum Ermitteln zulässiger und unzulässiger Aufzeichnungen unter Einsatz der in 5 gezeigten Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystemarchitektur,
12 ist eine beispielhafte Konfiguration einer Datenbank in der in 1 gezeigten Rechenvorrichtung zusammen mit anderen verwandten Rechenkomponenten, die wie hier beschrieben zum Ermitteln zulässiger und unzulässiger Aufzeichnungen eingesetzt werden können.
Sofern nichts anders angegeben ist, sollen die hier bereitgestellten Zeichnungen Merkmale von Ausführungsformen dieser Offenbarung veranschaulichen. Es wird davon ausgegangen, dass diese Merkmale bei einer Vielzahl von Systemen anwendbar sind, die eine oder mehrere Ausführungsformen dieser Offenbarung umfassen. Die Zeichnungen enthalten im Grunde nicht alle üblichen Merkmale, von denen Durchschnittsfachleute wissen, dass sie für das Ausüben der hier offenbarten Ausführungsformen erforderlich sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen werden verschiedene Begriffe benutzt, die laut Definition die folgenden Bedeutungen haben.
Die Singularformen der bestimmten und unbestimmten Artikel schließen Pluralbezüge mit ein, es sei denn, der Kontext schreibt eindeutig anderes vor.
„Wahlweise“ bedeutet, dass der nachfolgend beschriebene Vorgang oder Sachverhalt auftreten kann oder nicht und dass die Beschreibung Beispiele enthält, bei denen der Vorgang auftritt, und Beispiele, wo dies nicht der Fall ist.
Hier in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeter, in etwa übereinstimmender Wortgebrauch kann zum Modifizieren einer quantitativen Darstellung angewendet werden, die zulässigerweise variieren kann, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion zu führen, die sie betrifft. Dementsprechend soll ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „etwa“, „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ modifiziert wird, nicht auf genau den angegebenen Wert beschränkt sein. Zumindest in manchen Fällen kann der in etwa übereinstimmende Wortgebrauch der Präzision eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der gesamten Beschreibung sowie den Ansprüchen sind Bereichsgrenzen kombinier- und/ oder austauschbar, solche Bereiche werden identifiziert, und dazu gehören alle darin enthaltenen Teilbereiche, es sei denn, der Kontext oder Wortgebrauch gibt etwas anderes an.
Die Begriffe „Prozessor“ und „Computer“ und verwandte Begriffe, wie beispielsweise „Verarbeitungsvorrichtung“, „Rechenvorrichtung“ und „Regelung“ beziehungsweise „Steuerung“, sind nicht auf die integrierten Schaltungen beschränkt, die in der Technik als Computer bezeichnet werden, sondern bezeichnen im weiteren Sinne einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und andere programmierbare Schaltungen, und diese Begriffe werden hier synonym verwendet. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen kann zu dem Speicher unter anderem ein computerlesbares Medium, wie Schreiblesespeicher (RAM), und ein computerlesbares nichtflüchtiges Medium, wie Flash-Speicher, gehören. Alternativ dazu kann auch eine Diskette, eine CD-ROM (Compact-Disk-Nurlesespeicher), eine MOD (magnetooptische Diskette) und/ oder eine DVD (digitale vielseitige Diskette) verwendet werden. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen können unter anderem auch mit einer Benutzerschnittstelle wie einer Maus und einer Tastatur verknüpfte Computerperipheriegeräte zusätzliche Eingangskanäle darstellen. Alternativ dazu können auch andere Computerperipheriegeräte benutzt werden, zu denen unter anderem ein Scanner gehören kann. Darüber hinaus kann bei dem Ausführungsbeispiel unter anderem ein Benutzerschnittstellenmonitor zu zusätzlichen Ausgangskanälen gehören.
Ferner werden die Begriffe „Software“ und „Firmware“ hier synonym benutzt, und sie umfassen jedes im Speicher gespeicherte Computerprogramm, das von Personalcomputern, Workstations, Clients und Servern ausgeführt werden soll.
Der Begriff „nichtflüchtige computerlesbare Medien“ soll hier für alle materiellen computerbasierten Vorrichtungen stehen, die in einem Verfahren oder einer Technologie für die Kurz- und Langzeitspeicherung von Informationen implementiert sind, wie beispielsweise computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule und Teilmodule oder andere Daten in einer Vorrichtung. Daher können die hier beschriebenen Verfahren als ausführbare Anweisungen codiert sein, die in einem materiellen nichtflüchtigen, computerlesbaren Medium wie unter anderem einem Datenspeicher und/ oder einer Speichervorrichtung enthalten sind. Wenn solche Anweisungen von einem Prozessor ausgeführt werden, veranlassen sie diesen dazu, zumindest einen Teil der hier beschriebenen Verfahren durchzuführen. Darüber hinaus umfasst der Begriff „nichtflüchtige computerlesbare Medien“ hier alle materiellen computerlesbaren Medien, einschließlich unter anderem nichtflüchtige Computerdatenspeichervorrichtungen, einschließlich unter anderem flüchtige und nichtflüchtige Medien und entnehmbare und nicht entnehmbare Medien wie Firmware, physischen und virtuellen Speicher, CD-ROMs, DVDs und beliebige andere digitale Quellen, wie ein Netzwerk oder das Internet, sowie noch zu entwickelnde digitale Mittel, wobei die einzige Ausnahme ein sich ausbreitendes flüchtiges Signal ist.
Darüber hinaus bezieht sich der Begriff „Echtzeit“ hier auf die Zeit des Auftretens der zugehörigen Vorgänge, die Zeit der Messung oder/ und des Erfassens vorgegebener Daten, die Zeit zum Verarbeiten der Daten und die Zeit einer Systemreaktion auf die Vorgänge und die Umgebung. Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen treten diese Aktivitäten und Vorgänge im Wesentlichen sofort auf.
Das hier beschriebene Windpark-Regelsystem ermöglicht anhand akustischer Merkmale gemessener Schalldrücke eines Windparks ein Unterscheiden zwischen von Windkraftanlagen ausgehendem Lärm und von anderen Quellen ausgehendem Lärm. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren nutzen insbesondere historische Daten zum Konstruieren eines Wahrscheinlichkeitsmodells für das Unterscheiden zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm. Die historischen Daten enthalten Segmente von Schallaufzeichnungen verschiedener Länge, die die aufgezeichneten Schalldrücke in Abhängigkeit von der Zeit enthalten. Manche der Schallsegmente werden Schalldrücke enthalten, bei denen es sich im Wesentlichen hauptsächlich um von Windkraftanlagen erzeugten Lärm mit nur einer geringen Kontamination durch nicht von einer Windkraftanlage stammende Umgebungsgeräusche handelt, d.h., solche Schallsegmente sind „im Wesentlichen nicht kontaminiert“ („nicht kontaminiert“ und „störungsfrei“ werden nachfolgend synonym verwendet). Alternativ dazu werden manche Schallsegmente Schalldrücke enthalten, die ein beträchtliches Ausmaß an Kontamination durch nicht von einer Windkraftanlage stammende Umgebungsgeräusche enthalten und somit im Wesentlichen „kontaminiert“ sind („kontaminiert“ und „gestört“ werden nachfolgend synonym verwendet). Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind im Grunde so konfiguriert, dass sie über ein konstruiertes Wahrscheinlichkeitsmodell, welches Änderungen von Lärmmerkmalen dem Schalldruck zuordnet, eine verbesserte Unterscheidung zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm ermöglichen. Solche Änderungen bei Schalldruckmessungen können Änderungen beim Gesamtlärmpegel und Verschiebungen bei den Beitragsanteilen von Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm sein, während die Änderungen beim Gesamtlärmpegel relativ konstant sein können. Somit sind die hier beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert, dass sie eine Klassifikation der gemessenen Schalldrücke in kontaminierte und nicht kontaminierte Schallsegmente ermöglichen. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind insbesondere so konfiguriert, dass sie mit dem Windpark verknüpfte akustische Merkmale modellieren und das Modell zum Klassifizieren von aus gemessenen Schalldrücken erstellten Schall-/Lärmaufzeichnungen in nicht kontaminierte und kontaminierte Schallsegmente benutzen.
Die Zeitrahmen angebenden Schallsegmente, in denen die Schallaufzeichnungen mit nicht von einer Windkraftanlage stammendem externem Lärm kontaminiert sind, d.h. Zeitsegmente mit einem verzerrten Schalldruckpegel (SDP), werden verworfen, d.h., als nicht zulässig markiert. Zu externen Quellen für nicht von einer Windkraftanlage stammenden Lärm zählen unter anderem Einflüsse von Autos, Flugzeugen und Vögeln. Somit ermöglicht der aufgezeichnete akustische Gesamtverlauf für die Windfarm ein Herausfiltern der nicht mit Windkraftanlagenlärm verknüpften externen Geräuscheinflüsse aus nachfolgend analysierten Schallaufzeichnungen. Die hier beschriebenen Filterverfahren und -algorithmen unterscheiden daher im Grunde automatisch zwischen Windkraftanlagenlärm und externen Einflüssen.
Bei manchen alternativen Ausführungsformen sind die hier beschriebenen Systeme und Verfahren wahlweise so konfiguriert, dass sie die Änderungen bei den Schalldrücken, d.h. Schalldruck-Δ (ΔdB), unter Verwendung des konstruierten Wahrscheinlichkeitsmodells zur Nutzung statistischer Schätzungen der Änderungen bei den Schalldrücken mit bekannten Quellen und Vorgängen korrelieren. Bei manchen Ausführungsformen lassen sich die gemessenen Schalldrücke auf der Grundlage der durch die modellierten Korrelationen erstellten geschätzten ΔdB auch korrigieren, statt dass nur die kontaminierten Schallsegmente markiert werden. Solche Ausführungsformen enthalten die Merkmale, die zum Erstellen kontinuierlicher statistischer Schätzungen von Schalldruck-Δ erforderlich sind, was das Gewinnen weiterer kontinuierlicher Feedback-Informationen ermöglicht, wenn Langzeiteinflüsse einer Kontamination mit Umgebungsgeräuschen, wie Regen, Vegetationsgeräusche, Züge, Fahrzeugverkehr und Flugzeuge, oder Kurzzeiteinflüsse einer fast kontinuierlichen Kontamination, wie beispielsweise Insekten und Vögel, vorliegen.
1 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Rechenvorrichtung 105, die zum Ermöglichen des Betriebs mehrerer (in 1 nicht gezeigter) Windkraftanlagen über ein (in 1 nicht gezeigtes) Windpark-Regelsystem benutzt werden können, das zumindest teilweise in der Rechenvorrichtung 105 angesiedelt ist. Die Rechenvorrichtung 105 erzeugt insbesondere Modelle von mit einem Windpark verknüpften akustischen Merkmalen und benutzt das Modell zum Klassifizieren von aus gemessenen Schalldrücken erstellten Schall-/Lärmaufzeichnungen in nicht kontaminierte und kontaminierte aufgezeichnete Schallsegmente. Die Rechenvorrichtung 105 weist eine Speichervorrichtung 110 und einen Prozessor 115 auf, der zum Ausführen von Anweisungen mit der Speichervorrichtung 110 wirkverbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen sind ausführbare Anweisungen in der Speichervorrichtung 110 gespeichert. Die Rechenvorrichtung 105 lässt sich durch Programmieren des Prozessors 115 so konfigurieren, dass sie eine oder mehrere der hier beschriebenen Operationen durchführt. Der Prozessor 115 kann beispielsweise dadurch programmiert werden, dass eine Operation als eine oder mehrere ausführbare Anweisungen codiert wird und die ausführbaren Anweisungen in der Speichervorrichtung 110 bereitgestellt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Speichervorrichtung 110 um eine oder mehrere Vorrichtungen, die das Speichern und Abrufen von Informationen wie ausführbaren Anweisungen und/ oder anderen Daten ermöglichen. Die Speichervorrichtung 110 kann ein oder mehrere computerlesbare Medien enthalten.
Die Speichervorrichtung 110 kann so konfiguriert sein, dass sie Betriebsmessungen speichert, wie unter anderem für Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammenden Lärm stehende historische Schalldrücke, Schall-/Lärmaufzeichnungen und die Werte für die zugehörigen akustischen Merkmale und Daten von beliebigem anderem Typ. Die Speichervorrichtung 110 enthält unter anderem auch so viele Daten, Algorithmen und Befehle, dass sie das Erstellen von Modellen für mit einem Windpark verknüpfte akustische Merkmale ermöglicht, und benutzt das Modell zum Klassifizieren von aus gemessenen Schalldrücken erzeugten Schall-/Lärmaufzeichnungen in nicht kontaminierten und kontaminierten Schall für bestimmte Schallkontaminationsquellen oder zum Bewerten der von den Umgebungsgeräuschquellen veranlassten Schalldruck-Δ.
Bei manchen Ausführungsformen weist die Rechenvorrichtung 105 ausreichend computerlesbare/ per Computer ausführbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule und Programmteilmodule auf, so dass sie andere Daten, die mit Messwerten von anderen Windpark- und Windkraftanlagensystemen verknüpft sind, empfangen und den gesamten Betrieb des Windparks ermöglichen kann.
Bei manchen Ausführungsformen weist die Rechenvorrichtung 105 eine mit dem Prozessor 115 verbundene Präsentationsschnittstelle 120 auf. Die Präsentationsschnittstelle 120 präsentiert einem Benutzer 125 Informationen, wie eine Benutzerschnittstelle und/ oder eine Warnmeldung. Bei manchen Ausführungsformen weist die Präsentationsschnittstelle 120 eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen auf. Bei manchen Ausführungsformen präsentiert die Präsentationsschnittstelle 120 eine Warnmeldung, die mit dem zu beurteilenden Windpark-Regelsystem verknüpft ist, beispielsweise durch Einsatz einer (in 1 nicht gezeigten) Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS). Bei manchen Ausführungsformen weist die Rechenvorrichtung 105 auch eine Benutzereingabeschnittstelle 130 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Benutzereingabeschnittstelle 130 mit dem Prozessor 115 verbunden und empfängt Eingaben vom Benutzer 125.
Eine Kommunikationsschnittstelle 135 ist mit dem Prozessor 115 verbunden und so konfiguriert, dass sie mit einer oder mehreren Vorrichtungen, wie einem Sensor oder einer anderen Rechenvorrichtung 105, kommunikationsverbunden ist und Ein- und Ausgabeoperationen in Bezug auf solche Vorrichtungen durchführt und dabei als Eingangskanal dient. Die Kommunikationsschnittstelle 135 kann Daten von einer oder mehreren Fernvorrichtungen empfangen und/ oder sie zu diesen übertragen. So kann beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelle 135 einer Rechenvorrichtung 105 eine Warnmeldung zu der Kommunikationsschnittstelle 135 einer anderen Rechenvorrichtung 105 übertragen. Bei manchen Ausführungsformen handelt es sich bei der Kommunikationsschnittstelle 135 um eine Drahtlosschnittstelle.
2 ist ein Blockdiagramm eines Teils eines Windpark-Regelsystems 200, das zum Überwachen und Regeln von zumindest einem Teil eines Windparks 300 benutzt werden kann. Bei manchen Ausführungsformen weist das Windpark-Regelsystem 200 ausreichend computerlesbare/ per Computer ausführbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule und Programmteilmodule auf, so dass es andere Daten, die mit Messwerten von anderen Windpark- und Windkraftanlagensystemen verknüpft sind, empfangen und den gesamten Betrieb des Windparks 300 ermöglichen kann. Alternativ dazu handelt es sich bei dem Windpark-Regelsystem 200 um ein eigenständiges System. Ferner handelt es sich bei dem Windpark-Regelsystem 200 alternativ um ein beliebiges computergestütztes System, das Teile des Windparks 300 überwachen und Lärmmodelle dafür erstellen kann. Bei dem Ausführungsbeispiel weist das Windpark-Regelsystem 200 mindestens eine Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) 215 auf, die so konfiguriert ist, dass sie Überwachungsalgorithmen und Überwachungslogik ausführt. Die CPU 215 kann über ein Netzwerk 225 mit anderen Vorrichtungen 220 verbunden sein. Bei manchen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Netzwerk 225 um ein Drahtlosnetzwerk.
Bei der CPU 215 in den 1 und 2 handelt es sich um eine Rechenvorrichtung 105. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Rechenvorrichtung 105 über die Kommunikationsschnittstelle 135 mit dem Netzwerk 225 verbunden. Bei einer alternativen Ausführungsform ist die CPU 215 mit anderen Vorrichtungen 220 integriert.
Die CPU 215 interagiert, unter anderem z.B. über die Benutzereingabeschnittstelle 130 und/ oder die Präsentationsschnittstelle 120, mit einem ersten Benutzer 230. Bei einer Ausführungsform präsentiert die CPU 215 dem Benutzer 230 Informationen über den Windpark 300, wie beispielsweise gemessene Schalldrücke oder SDP. Andere Vorrichtungen 220 interagieren mit einem zweiten Benutzer 235, unter anderem z.B. über die Benutzereingabeschnittstelle 130 oder die Präsentationsschnittstelle 120. Andere Vorrichtungen 220 präsentieren dem zweiten Benutzer 235 beispielsweise Warnmeldungen und/ oder andere Betriebsinformationen. Der Begriff „Benutzer“ umfasst hier jede Person, die in beliebiger Funktion mit dem Betreiben und Warten des Windparks 300 betraut ist, wie unter anderem Schichtbetriebspersonal, Wartungstechniker und Werksleiter.
Bei dem Ausführungsbeispiel weist der Windpark 300 einen oder mehrere Überwachungssensoren 240 auf, die über mindestens einen Eingangskanal 245 mit der CPU 215 verbunden sind. Die Überwachungssensoren 240 erfassen Betriebsmessungen, wie unter anderem von Teilen des Windparks 300 ausgehende Schalldrücke. Die Überwachungssensoren 240 können auch andere Betriebsmessungen erfassen, wie unter anderem Windgeschwindigkeiten und -richtungen in Teilen des Windparks 300. Die Überwachungssensoren 240 übertragen wiederholt, z.B. regelmäßig, kontinuierlich und/ oder bei Bedarf, Betriebsmesswerte zum Zeitpunkt der Messung. Die CPU 215 empfängt und verarbeitet die Betriebsmesswerte. Solche Daten werden im Netzwerk 225 übertragen und können von jeder Vorrichtung abgerufen werden, die in der Lage ist, auf das Netzwerk 225 zuzugreifen, wie beispielsweise unter anderem (nicht gezeigten) Desktop-Computern, Laptop-Computern und persönlichen digitalen Assistenten (PDA).
3 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Windenergieanlage 301, die in dem Windpark 300 eingesetzt werden kann, wobei beide über das (in 2 gezeigte) Windpark-Regelsystem 200 überwacht und geregelt werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Windenergieanlage 301 um eine Windkraftanlage mit horizontaler Achse. Alternativ dazu kann es sich bei der Windkraftanlage 301 um eine Windkraftanlage mit vertikaler Achse handeln. Die Windkraftanlage 301 weist einen Turm 302 auf, der sich von einer den Turm tragenden Fläche 304 aus erstreckt, eine mit dem Turm 302 verbundene Gondel 306 und einen mit der Gondel 302 verbundenen Rotor 308. Der Rotor 308 besitzt eine drehbare Nabe 310 und mehrere mit der Nabe 310 verbundene Rotorblätter 312. Bei dem Ausführungsbeispiel besitzt der Rotor 308 drei Rotorblätter 312. Alternativ dazu besitzt der Rotor 308 eine beliebige Anzahl Rotorblätter 312, die es der Windenergieanlage 301 ermöglichen, wie hier beschrieben zu funktionieren. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Turm 302 aus Stahlrohr hergestellt und besitzt einen (in 3 nicht gezeigten) Hohlraum, der sich zwischen der den Turm tragenden Fläche 304 und der Gondel 306 erstreckt. Alternativ dazu handelt es sich bei dem Turm 302 um einen beliebigen Turm, der es der Windenergieanlage 301 ermöglicht, wie hier beschrieben zu funktionieren, wie unter anderem einen Gitterturm. Die Höhe des Turms 302 hat einen beliebigen Wert, der es der Windenergieanlage 301 ermöglicht, wie hier beschrieben zu funktionieren.
Die Blätter 312 sind so um die Rotornabe 310 herum positioniert, dass sie ein Drehen des Rotors 308 ermöglichen, wodurch kinetische Energie des Windes 324 in nutzbare mechanische Energie und danach in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Rotor 308 und die Gondel 306 drehen sich auf einer Gierachse 316 um den Turm 302, die die Perspektive der Blätter 312 in Bezug auf die Richtung des Windes 324 regelt. Die Blätter 312 sind durch Verbinden eines Blattwurzelabschnitts 320 mit der Nabe 310 in mehreren Kraftübertragungsbereichen 322 mit der Nabe 310 gekoppelt. Die Kraftübertragungsbereiche 322 besitzen einen Nabenkraftübertragungsbereich und einen Blattkraftübertragungsbereich (beide in 3 nicht gezeigt). Die in den Blättern 312 erzeugten Kräfte werden über die Kraftübertragungsbereiche 322 auf die Nabe 310 übertragen. Jedes der Blätter 312 weist auch einen Blattspitzenabschnitt 325 auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Blätter 312 zwischen 50 Meter (m) (164 Fuß (ft)) und 100 m (328 ft) lang, diese Parameter stellen jedoch keine Einschränkungen der vorliegenden Offenbarung dar. Alternativ dazu können die Blätter 312 eine beliebige Länge aufweisen, die es der Windenergieanlage ermöglicht, wie hier beschrieben zu funktionieren. Wenn Wind 324 auf die einzelnen Blätter 312 trifft, entstehen an den einzelnen Blättern 312 (nicht gezeigte) Blattauftriebskräfte, und es wird ein Drehen des Rotors 308 um die Rotationsachse 314 bewirkt, wenn die Blattspitzenabschnitte 325 beschleunigt werden. Ein (nicht gezeigter) Anstellwinkel der Blätter 312, d.h. ein Winkel, der die Perspektive jedes Blatts 312 in Bezug auf die Richtung des Windes 324 bestimmt, kann über einen (in 3 nicht gezeigten) Winkelverstellmechanismus geändert werden. Insbesondere verringert sich durch Vergrößern eines Anstellwinkels des Blatts 312 ein prozentualer Anteil der Fläche 326, der dem Wind 324 ausgesetzt ist, und im Gegenzug vergrößert sich durch Verringern eines Anstellwinkels des Blatts 312 ein prozentualer Anteil der Fläche 326, der dem Wind 324 ausgesetzt ist.
So ist beispielsweise bei einem Blattanstellwinkel von etwa 0 Grad (gelegentlich als „Leistungsstellung“ bezeichnet) ein beträchtlicher prozentualer Anteil einer Blattoberfläche 326 dem Wind 324 ausgesetzt, wodurch ein erster Wert für Auftriebskräfte am Blatt 312 entsteht. Ähnlich ist bei einem Blattanstellwinkel von etwa 90 Grad (gelegentlich als „Fahnenstellung“ bezeichnet) ein wesentlich geringerer prozentualer Anteil der Blattoberfläche 326 dem Wind 324 ausgesetzt, wodurch ein zweiter Wert für Auftriebskräfte am Blatt 312 entsteht. Der erste Wert für die an den Blättern 312 entstehenden Auftriebskräfte ist so viel größer als der zweite, dass Werte für die Auftriebskräfte direkt proportional zu der dem Wind 324 ausgesetzten Blattoberfläche 326 sind. Daher besteht eine Beziehung zwischen Werten für die an den Blättern 312 entstehenden Auftriebskräfte und Werten für den Blattanstellwinkel.
Darüber hinaus erhöht sich mit steigender Drehzahl des Blattspitzenabschnitts 325 eine (nicht gezeigte) Amplitude (in 3 nicht gezeigter) akustischer Emissionen des Blatts 312. Im Gegenzug verringert sich eine Amplitude akustischer Emissionen der Blätter 312, wenn sich die Drehzahl des Blattspitzenabschnitts 325 verringert. Somit weist die Amplitude akustischer Emissionen der Blätter 312 eine bekannte Beziehung zu einer Drehzahl der Blattspitzenabschnitte 325 auf, die sich in der Regel mit einer Stärke von etwa 5/2 der Anströmgeschwindigkeit erhöht, und die Amplitude akustischer Emissionen der Blätter 312 weist eine bekannte Beziehung zum Blattanstellwinkel auf.
Die Anstellwinkel der Blätter 312 werden um eine Pitch-Achse 318 für jedes der Blätter 312 verstellt. Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Anstellwinkel der Blätter 312 einzeln geregelt. Alternativ dazu kann der Anstellwinkel der Blätter 312 als Gruppe geregelt werden. Weiterhin kann der Blattanstellwinkel und die Drehzahl der Blätter 312 zum Reduzieren von akustischen Emissionen angepasst werden. Die Windkraftanlage 301 kann vorzugsweise zwecks Reduzieren potentieller akustischer Emissionen durch eine (nicht gezeigte) Steuerung vor Ort oder aus der Ferne über eine (nicht gezeigte) Fernsteuerung so gesteuert werden, dass Lärm reduziert wird. Diese Lärmreduzierung bringt meist eine Verringerung des Jahresenergieertrags (JEE) mit sich, da beispielsweise eine Verringerung der Drehzahl bei festem Drehmoment unmittelbar die Ausgangsleistung senkt.
4 ist eine schematische Ansicht des Windparks 300, zu dem mehrere Windenergieanlagen 301 gehören. Bei dem Ausführungsbeispiel gleichen sich die Windenergieanlagen 301 im Wesentlichen. Alternativ dazu gehören zu den mehreren Windenergieanlagen Einheiten verschiedener Modelle. Ferner kann das System 200 alternativ dazu bei einem Windpark 300 benutzt werden, zu dem statt mehrerer Windenergieanlagen 301 nur eine Windkraftanlage 301 gehört. Das Windpark-Regelsystem 200 weist mehrere externe Schallmessvorrichtungen oder Mikrofone 350 auf, die ein Beispiel für die Überwachungssensoren 240 sind. Die Mikrofone 350 sind in dem Park 300 an vorgegebenen Standorten positioniert. Das System 200 weist eine beliebige Anzahl Mikrofone 350 auf, die in einer beliebigen Ausrichtung angeordnet sind, die es dem System 200 ermöglicht, wie hier beschrieben zu funktionieren. Die Mikrofone 350 sind über den (in 2 gezeigten) Eingangskanal 245, zu dem unter anderem die Ein-/Ausgangsleitungen 204 gehören, mit der (in 2 gezeigten) CPU 215 verbunden.
Die Mikrofone 350 erzeugen (nicht gezeigte) elektronische Signale, die im Wesentlichen akustische Emissionen repräsentieren oder Schallprofile (teilweise durch ISO-Konturen 351), die als kombinierte Geräuscheinflüsse von den Windkraftanlagen ausgehen, wenn sich die Blätter 112 um die Achse 114 drehen (beide in 3 gezeigt). Die von den Mikrofonen 350 erzeugten elektronischen Signale enthalten auch Einflüsse von Umgebungsgeräuschen, d.h. nicht von einer Windkraftanlage stammendem externem Lärm aus Quellen, zu denen unter anderem Einflüsse von Autos, Flugzeugen und Vögeln gehören. Bei dem Ausführungsbeispiel erzeugen und übertragen die Mikrofone 350 (nicht gezeigte) Signale zur CPU 215, die im Wesentlichen Breitband- und/ oder Schmalbandmerkmale der akustischen Emissionen repräsentieren, die von jedem Blatt 112 ausgehen, unter anderem auch ungefähre Frequenz- und Amplitudenwerte. Bei den akustischen Messungen handelt es sich in der Regel um Schalldrücke, die in der Regel in Pascal (Pa) gemessen, in eine logarithmische Skala umgewandelt und in Dezibel (dB) gemessen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel werden die akustischen Messungen, d.h. die Schalldruckmessungen, für den Windpark 300 aufgezeichnet, wodurch eine Schallaufzeichnung mit zeitlichen Merkmalen entsteht. Durch die erstellte Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung für die mehreren Schalldruckmessungen in den Schallaufzeichnungen entsteht zumindest teilweise ein zeitlicher Schalldruckverlauf. Bei manchen Ausführungsformen sind solche Schallaufzeichnungen als Bruchstücke von Schallsignalen gekennzeichnet, die durch die Speichervorrichtung 110 übertragen werden und kurzlebig sind, d.h., statt längerer Speicherung nach dem Extrahieren der akustischen Merkmalsdaten werden solche Schallaufzeichnungen kurz nach der Datenextraktion entweder gelöscht oder überschrieben. Die Schalldruckmessungen können amplitudenmodulierte Wellenformen mit einer Trägerfrequenz- und einer Modulationshüllkurvenkomponente aufweisen. Zu weiteren erfassten Daten gehören unter anderem sowohl Stromerzeugung, Lasten, Windgeschwindigkeit als auch Windrichtung in Abhängigkeit von der Zeit.
Bei dem Ausführungsbeispiel weist der Windpark 300 eine äußere Begrenzung 352 auf, und innerhalb, an und außerhalb der äußeren Begrenzung 352 sind Mikrofone 350 positioniert. Alternativ dazu wird eine beliebige Kombination einer solchen Positionierung in Bezug auf die äußere Begrenzung 352 und die Windkraftanlagen 301 benutzt. Bei manchen Ausführungsformen können manche Windkraftanlagenblätter 312 mancher Windkraftanlagen 301 in eine Ausrichtung auf die Mikrofone 350 kommen, die die Nutzung einer ausgeprägteren Doppler-Verschiebung von durch Blätter 312 erzeugtem Lärm ermöglicht, wenn der Doppler-Effekt stark ist, d.h., wenn sich das Mikrofon 350 in der Nähe der Rotorebene befindet. Andere Blätter 312 an anderen Windkraftanlagen 301 weisen eventuell keine solche Ausrichtung auf eines der Mikrofone 350 auf. Daher wird es möglich zu ermitteln, welche Windkraftanlage 301 zu dem Gesamtlärmpegel beiträgt. Da eine solche Analyse von der Gierrichtung abhängig ist, sind solche Mikrofone 350 im Hinblick auf das Erfassen von Informationen bezüglich der Doppler-Verschiebungen der Blatttöne beschränkt. Nicht durch Doppler-Verschiebungen beeinflusste Töne können Maschinenlärm zugeschrieben werden, und solche Töne lassen sich den erwarteten Zahneingriffsfrequenzen zuordnen, die mit den U/min des (in 3 gezeigten) Rotors 308 verknüpft sind. Bei anderen aufgezeichneten Töne handelt es sich dann wahrscheinlich um Umgebungsgeräusche. Da der Doppler-Verschiebungseffekt von der Gierrichtung, d.h. vom Rotor 308 in Bezug zu der (in 3 gezeigten) Gierachse 316, abhängig ist, wird er nicht immer anwendbar sein. Die Positionierung des Mikrofons 350 lässt sich jedoch auf eine bevorzugte Richtung anpassen. Bei manchen Ausführungsformen ist das Mikrofon 350 kabellos und für die uni- oder bidirektionale Kommunikation konfiguriert.
Der Windpark 300 weist auch mehrere kritische Messpunkte (Standorte) 354 auf. Solche kritischen Messpunkte 354 sind mit Standorten verknüpft, an denen der Gesamtlärmpegel der Windkraftanlagenfarm 300 gesetzliche Vorschriften einhalten muss.
5 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystems 400, das mit dem Windpark-Regelsystem 200 eingesetzt werden kann. Bei dem Ausführungsbeispiel weist das System 400 Mikrofone 350 auf, die wie oben beschrieben in der Nähe von Windkraftanlagen 301 in der Windkraftanlagenfarm 300 positioniert sind. Das System 400 ist Bestandteil des Windpark-Regelsystems 200. Alternativ dazu ist das Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystem 400 unabhängig von der Architektur des Windpark-Regelsystems 200 Bestandteil eines oder mehrerer beliebiger anderer Systeme.
Bei dem Ausführungsbeispiel weist das Windpark-Regelsystem 200 außerdem eine Windparksteuerung 402 und mehrere mit der Parksteuerung 402 verbundene Windkraftanlagensteuerungen 404 auf. Die Parksteuerung 402 steuert in erster Linie die einzelnen Windkraftanlagen 301 über die Windkraftanlagensteuerungen 404, indem sie unter anderem z.B. die Drehzahl (Umdrehungen pro Minute, d.h. U/min) und die Anstellwinkel der Blätter 312 um die Pitch-Achse 318 (beide in 3 gezeigt) in Abhängigkeit von der Regulierung der Gesamtlärmpegel für den Windpark 300 auf der Grundlage von Analysen durch die CPU 215 reguliert. Bei manchen Ausführungsformen weist das Windpark-Regelsystem 200 keine Windparksteuerung 402 auf und kommuniziert unmittelbar mit den Windkraftanlagensteuerungen 404.
Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel jedes Mikrofon 350 Bestandteil einer Mikrofonstation 406, die auch eine mit dem Mikrofon 350 verbundene Mikrofonsteuerung 408 aufweist. Die Mikrofonsteuerung 408 leitet die Schalldruckmessungen des Mikrofons 350 für die nachfolgend beschriebenen Analysen zur CPU 215 weiter. Bei dem Ausführungsbeispiel weist die Mikrofonstation 406 zumindest einen Teil der (in 1 gezeigten) Rechenvorrichtung 105 auf, wie beispielsweise die Speichervorrichtung 110 und den Prozessor 115 (beide in 1 gezeigt). Solche Mikrofonstationen 406 sind so konfiguriert, dass sie zumindest einen Teil der hier beschriebenen Verfahren ausführen, unter anderem einschließlich des Verarbeitens von Zeitsignalen zum Gewinnen der Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung. Bei manchen Ausführungsformen ist die Mikrofonstation 406 außerdem so konfiguriert, dass sie zumindest eine Geräuschfilterung vornimmt, indem sie Änderungen bei den aufgezeichneten Lärmdaten, unter anderem z.B. Lärm-ΔdB-Werte, beurteilt und das Lärmsegment als „gut“ oder „schlecht“ klassifiziert. Die teilweise verarbeiteten Daten werden zur CPU 215 übertragen. Solche Verfahren werden nachfolgend ausführlicher beschrieben. Bei manchen anderen Ausführungsformen zeichnet das Mikrofon 350 lediglich die SDP-Messungen auf und überträgt die Rohdaten zur CPU 215, unter anderem z.B. ein herkömmliches Mikrofon 350 mit einem (nicht gezeigten) Vorverstärker in der Mikrofonstation 406, das über ein Kabel mit (nicht gezeigten) zur CPU 215 gehörenden Datenerfassungseinrichtungen verbunden ist.
Darüber hinaus sind die Mikrofonstationen 406 bei dem Ausführungsbeispiel über ein Überwachungs-, Steuerungs- und Datenerfassungsnetzwerk (Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA-Netzwerk) 410 mit der CPU 215 verbunden. Das SCADA-Netzwerk 410 ermöglicht das Übertragen von die Windkraftanlagen und den Windpark betreffenden anderen Daten zur CPU 215. Alternativ oder zusätzlich zu dem SCADA-Netzwerk 410 sind die Mikrofonstationen 406 über ein Datenübertragungskabel 412 mit der CPU 215 verbunden. Alternativ oder zusätzlich zu dem SCADA-Netzwerk 410 und dem Kabel 412 sind die Mikrofonstationen 406 auch über ein drahtloses Datenübertragungsnetzwerk 414, das mehrere Antennen 416 aufweist, die eine Hochfrequenz-(HF-) 418 oder/ und eine Internet-Kommunikation 420 einschließlich über eine Cloud 422 ermöglichen, mit der CPU 215 verbunden. Bei manchen Ausführungsformen können diese Verfahren unter anderem proprietäre HF-Kommunikationsprotokolle mit Spezialsendern/-empfängern auf Standardbändern, WLAN-Kommunikation (Wireless Local Area Network) oder Kommunikation über ein GPRS/3G-Mobiltelefonnetz (GPRS – General Packet Radio Service) umfassen.
Bei dem Ausführungsbeispiel empfängt die CPU 215 die Schalldruckmessungen und alle teilweise verarbeiteten Daten davon von allen Mikrofonstationen 406. Die CPU 215 ermittelt auch den Beitrag von von Windkraftanlagen 301 stammendem Lärm auf die Gesamtschalldruckmessungen anhand eines Wahrscheinlichkeitsmodells mit akustischen Merkmalen zum Herausfiltern von Lärm, der nicht von der Windkraftanlage 301 verursacht wird. Der Einsatz akustischer Merkmale ermöglicht eine bessere Unterscheidung zwischen Lärmquellen und das Bilden einer Korrelation (beim Sammeln von historischen Daten) zwischen Merkmalsänderungen und den gemessenen Schalldrücken, so dass Geräuschsignale präziser korrigiert werden.
Die CPU 215 führt ferner zumindest einen Teil der hier beschriebenen Verfahren aus, unter anderem einschließlich des Verarbeitens von Zeitsignalen zum Gewinnen der Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung. Bei manchen Ausführungsformen nimmt die CPU 215 ferner zumindest eine gewisse Geräuschfilterung vor, indem sie Änderungen bei den aufgezeichneten Lärmdaten, unter anderem z.B. Lärm-ΔdB-Werte, beurteilt und das Lärmsegment als „gut“ oder „schlecht“ klassifiziert. Solche Verfahren werden nachfolgend ausführlicher beschrieben. Darüber hinaus berechnet die CPU 215 Betriebswerte für einen schallreduzierten Betriebsmodus (SRB-Modus) für zumindest einige der Windkraftanlagen 301 in der Windkraftanlagenfarm 300, der Lärm reduziert und gleichzeitig Senkungen des Jahresenergieertrags (JEE) abmildert.
6 ist eine beispielhafte Ansicht von Änderungen beim Lärmpegel, der mit dem (in 4 gezeigten) Windpark 300 verknüpft sein kann. 6 enthält ein einfaches Diagramm 450 für eine Lärmerfassung von Windenergieanlagen 301 durch Mikrofone 350. 6 enthält auch eine zugehörige grafische Darstellung 452 des Schalldruckpegels (SDP) über der Zeit, in der eine einheitenlose y-Achse 454 die Schalldruckmessungen für den Lärm (auf einer logarithmischen SDP-Skala in dB) und eine einheitenlose x-Achse 456 die Zeit repräsentiert. Die Windenergieanlagen 301 emittieren, wie oben beschrieben, Windkraftanlagenlärm 458, aus dem durch atmospärische Ausbreitung 460 ausgebreiteter Windkraftanlagenlärm 462 wird, bei dem es sich um Turbinenlärm 458 mit Ausbreitungsschwankungen handelt. Bei der Ausbreitung 460 kommen zur Gesamtschalldruckmessung 466 sowohl kontinuierliche (z.B. Regen, Tierwelt und Wind) als auch intermittierende (z.B. Flugzeuge und Autos) Umgebungsgeräusche 464 hinzu, die manchmal als Störgeräusche bezeichnet werden. Störungen durch Umgebungsgeräusche können allgemein beträchtlich sein. Das Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystem 400 bestimmt im Grunde akustische Merkmale zum Klassifizieren der Bestandteile des bisherigen Gesamt-SDP in gestörten und nicht gestörten Lärm, zum Ermitteln von Änderungen des Gesamt-SDP aufgrund einer Änderung von Quelle, Ausbreitung und Umgebungsgeräuscheinflüssen und eines ΔSPL-Werts und wahlweise zum Ermöglichen des Ermittelns verschiedener Arten von Störquellen durch Korrelation mit Merkmalswertänderungen, was zum Verbessern des ΔSPL-Werts beiträgt. Darüber hinaus kann erkannt werden, ob es zu einer übermäßigen Amplitudenmodulation kommt, und die zugehörigen Reduzierungen des zulässigen SDP können als weitere Eingabe für die Turbinenlärmregelung benutzt werden. Die Modelle können durch standortspezifisches Training gewonnen werden, und bei manchen Ausführungsformen ist es möglich, das Modell von einem Standort zu einem anderen zu transportieren, und bei manchen Ausführungsformen wird eine synthetisch erstellte Datenbank aus Merkmalen und Korrelationen benutzt.
7 ist eine beispielhafte Ansicht eines akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells, unter anderem z.B. eines Entscheidungsbaummodells 500, zum Ermitteln zulässiger und unzulässiger Aufzeichnungen unter Einsatz des (in 5 gezeigten) Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystems 400. Das Entscheidungsbaummodell 500 ermittelt die Zulässigkeit und Unzulässigkeit der Schallaufzeichnungen anhand einer Reihe von Filterschritten. Das Entscheidungsbaummodell 500 ist im Grunde als umgekehrtes Dreieck gezeigt, wobei die unzulässigen Aufzeichnungen (zu viel nicht von einer Windkraftanlage stammender Lärm) im Prinzip durch eine „Ja/Nein“-Schwellwertanalyse von den zulässigen Aufzeichnungen unterschieden werden.
8 ist ein Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Betreiben des (in 3 gezeigten) Windparks 300 unter Einsatz des (in 5 gezeigten) Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystems 400. In den 7 und 8 werden bei dem Ausführungsbeispiel mehrere Schalldruckmessungen für den Windpark 300 aufgezeichnet 602, wodurch mehrere Schallaufzeichnungen entstehen 604. Insbesondere werden die akustischen Messungen, d.h. die Schalldruckmessungen für den Windpark 300, aufgezeichnet, wodurch eine Schallaufzeichnung mit zeitlichen Merkmalen entsteht, d.h. eine Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung für die mehreren Schalldruckmessungen. Die zeitlichen Merkmale werden entweder durch die (in 5 gezeigten) Mikrofonstationen 406 oder die CPU 215 ermöglicht. Durch die erstellte Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung für die mehreren Schalldruckmessungen in den Schallaufzeichnungen entsteht zumindest teilweise ein zeitlicher Schalldruckverlauf. Die Schalldruckmessungen enthalten amplitudenmodulierte Wellenformen mit einer Trägerfrequenz- und einer Modulationshüllkurvenkomponente. Die Gesamtschalldruckmessung 466 wird im Grunde durch eine beliebige Architektur, die den hier beschriebenen Betrieb des Systems 400 ermöglicht, von der (in 5 gezeigten) CPU 215 erstellt oder zu dieser übertragen. Die Gesamtschalldruckmessung 466 wird aufgezeichnet, damit zumindest eine Schall-/Lärmaufzeichnung 501 entsteht, die über das Entscheidungsbaummodell 500 analysiert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel werden Werte für mehrere mit der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 verknüpfte akustische Merkmale berechnet 606. Es werden im Grunde mehrere statistische und nichtstatistische Algorithmen in zumindest einem Teil eines vorgegebenen Frequenzbereichs ausgeführt 608. Zu Beispielen für nichtstatistische akustische Größen gehören unter anderem eine Pegelgewichtung, bei der Frequenzen oder Zeiten gewisser Teile der ermittelten Spektren stärker gewichtet werden als andere und die ermittelten Spektren entweder in Oktavbändern oder 1/n-tel, z.B. 1/3-Oktavbändern oder Schmalbandspektren, mit ihrer jeweiligen Leistungs- und Spektraldichte definiert sind. Die statistischen Algorithmen umfassen Schwankungsanalysen, Schiefeanalysen, Standardabweichung des Fluss-Frequenzbands, Rauhigkeits- und Entropieanalysen. Außerdem werden sämtliche statistischen Analysen benutzt, die einen Betrieb des Systems 400 und des hier beschriebenen Entscheidungsbaummodells 500 ermöglichen, unter anderem einschließlich Kurtose, Nulldurchgangsrate, Cepstrum (inverser Fourier-Transformierter des logarithmierten Spektrums), Mel-Frequenz-Cepstrum-Koeffizienten (MFCC) und Helligkeit.
Die Verarbeitung von Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 erfolgt in Blöcken von Zeitsegmenten unterschiedlicher Länge, d.h. unter anderem zwischen etwa 10 Millisekunden (ms) und bis zu mehreren Stunden, um die verschiedenen Eigenarten von Umgebungsgeräuschen zu erfassen. Das Vorbeifahren eines Zuges dauert beispielsweise viel länger als ein Schuss, und fliegende Flugzeuge weisen viel tiefere Frequenzen auf als Insektenzirpen. Die Auswahl akustischer Merkmale für die Analysen ermöglicht idealerweise eine spezifische Ermittlung verschiedener Störquellen.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird ferner das akustische Wahrscheinlichkeitsmodell, unter anderem z.B. das Entscheidungsbaummodell 500 für den Windpark 300, einschließlich der darin enthaltenen modellierten Werte für die akustischen Merkmale erstellt 610. Um ein Unterscheiden zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm in den Gesamtschalldruckmessungen 466 zu ermöglichen, wird mit Hilfe der akustischen Merkmale von Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 ein Wahrscheinlichkeitsmodell konstruiert, unter anderem z.B. das Entscheidungsbaummodell 500, das Änderungen solcher Merkmale Änderungen beim Gesamt-SDP zuordnet, was eine Klassifizierung in gestörte (nicht von einer Windkraftanlage stammender Lärm) und nicht gestörte (Windkraftanlagenlärm) Schallsegmente gestattet. Der zeitliche Schalldruckverlauf einschließlich der Schallaufzeichnungen der Schalldruckmessungen in Abhängigkeit von der Zeit enthält im Gunde amplitudenmodulierte Wellenformen mit einer Trägerfrequenz- und einer Modulationshüllkurvenkomponente, wobei das oben und weiter unten beschriebene Ausführen 608 der mehreren statistischen und nichtstatistischen Algorithmen das Analysieren der Trägerfrequenz- oder/ und der Modulationshüllkurvenkomponente umfasst, wobei die Trägerfrequenzkomponente entweder gefiltert oder nicht gefiltert ist.
Darüber hinaus weist das akustische Wahrscheinlichkeitsmodell 500 für den Windpark 300 bei dem Ausführungsbeispiel einen oder mehrere Erkennungsalgorithmen auf, die in die CPU 215 einprogrammiert, d.h., in dieser implementiert sind. Die CPU 215 ist so konfiguriert, dass sie die Erkennungsalgorithmen in dem Modell 500 ausführt, so dass dabei zwischen einem ersten Beitrag auf den Windparklärm, der mit mindestens einer in Betrieb befindlichen Windkraftanlage verknüpft ist, und einem zweiten Beitrag auf den Windparklärm, der mit anderen Quellen als einer Windkraftanlage verknüpft ist, unterschieden wird. Die Erkennungsalgorithmen, die das Modell 500 zumindest teilweise definieren, werden auf der Grundlage von Lärmmessdaten des Windparks 300 oder Lärmmessdaten eines exemplarischen Standorts trainiert. Zu den Trainingszeiträumen kann auch ein einzelner Zyklus aus Aufzeichnung / Analyse / Training gehören oder mehrere Zyklen, unter anderem zum Erfassen von saisonabhängigen Witterungseinflüssen und Änderungen physischer und betrieblicher Aspekte bei den Windkraftanlagen 301, dem Park 300 und dem System 400. Unabhängig von der Quelle der Lärmmessdaten umfasst der Trainingszyklus für das Modell 500 das Schätzen von Werten für die Differenz bei Gesamtschalldruckmessungen (Schalldruck-Δ) in Bezug auf andere Quellen als Turbinen.
Bei manchen Ausführungsformen werden auch zusätzliche Daten, unter anderem z.B. Rotordrehzahl, Windgeschwindigkeit und Anstellwinkel, die entweder unmittelbar gemessen oder berechnet/ geschätzt werden, in das Modell 500 eingegeben, damit bestimmte Bedingungen erfasst werden, die mit Änderungen bei den Schalldruckmessungen verknüpft sein können. Eine bestimmte Auswahl von akustischen Merkmalen für die akustischen Analysen ermöglicht im Grunde eine Verbesserung des Ermittelns von Änderungen bei den spektralen Formen aufgrund mehrerer Einflüsse, wodurch sich die Unabhängigkeit des schallreduzierten Turbinenbetriebs von anderen Lärmquellen weiter erhöht.
Die zusätzlichen Daten ermöglichen ferner ein Unterscheiden zwischen einem ersten Beitrag auf den Windparklärm, der mit den in Betrieb befindlichen Windkraftanlagen 301 verknüpft ist, und einem zweiten Beitrag auf den Windparklärm, der mit anderen Quellen als einer Windkraftanlage verknüpft ist. Je größer die Differenz zwischen den akustischen Eigenschaften im Modell 500 für Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammenden Lärm ist, desto sicherer lässt sich bei nachfolgenden Schallaufzeichnungen zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammenden Lärm unterscheiden.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Modell 500 und seinem Training werden außerdem die gemessenen Schalldrücke in den Segmenten der Schallaufzeichnungen in dB-Werten erfasst, um die Bibliothek aus historischen Daten zum Konstruieren des Wahrscheinlichkeitsmodells 500 zwecks Unterscheiden zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm zu erstellen. Die historischen Daten enthalten, wie oben beschrieben, Segmente von Schallaufzeichnungen verschiedener Länge, die die aufgezeichneten Schalldrücke in Abhängigkeit von der Zeit enthalten.
Manche der aufgezeichneten Schallsegmente werden Schalldruckmessungen mit einem beträchtlichen Beitrag von von Windkraftanlagen erzeugtem Lärm und nur geringem Beitrag einer Kontaminierung mit nicht von einer Windkraftanlage stammenden Umgebungsgeräuschen enthalten. Alternativ dazu werden manche Schallsegmente Schalldrücke enthalten, die einen beträchtlichen Beitrag einer Kontaminierung mit nicht von einer Windkraftanlage stammenden Umgebungsgeräuschen enthalten, wozu Segmente gehören, in denen die kontaminierenden Lärmquellen lauter sind als die Windkraftanlagen 301. Bei dem Ausführungsbeispiel weist das Modell 500 jene Segmente von Schallaufzeichnungen auf, die nicht gestört, d.h., hauptsächlich Windkraftanlagenlärm und zulässig sind, und Segmente von Schallaufzeichnungen, die ausreichend mit Umgebungsgeräuschen kontaminiert sind, so dass sie als gestört und unzulässig klassifiziert werden. Diese charakteristischen Schallsegmente werden dann zum Definieren des Wahrscheinlichkeitsmodells 500 durch mehrere statistische Analysen benutzt. Während Schalldruck-Δ beim Training des Modells 500 berechnet werden, werden Schätzungen von Schalldruck-Δ nach dem Training ermittelt, d.h. bei der Analyse nachfolgender Schalldruckmessungen. Bei manchen Ausführungsformen wird zum weiteren Ermöglichen des Unterscheidens des ersten Beitrags auf die Schalldruckmessungen von dem zweiten Beitrag zu der Schalldruckmessungen, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, wie oben beschrieben für die nachfolgende Analyse über mehrere Zeiträume hinweg aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammender Lärm aufgezeichnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Wahrscheinlichkeitsmodell 500 auf der Grundlage der Unterscheidungsmerkmale zwischen ungestörtem und gestörtem Lärm in Abhängigkeit von den ausgewählten akustischen Merkmalen außerdem zum Analysieren nachfolgender Schallaufzeichnungen benutzt, die während des Betriebs der Windkraftanlagenfarm 300 erfasst wurden. Während des „Durchlaufenlassens“ der nachfolgenden Schallaufzeichnungen durch das Modell 500 werden Schallsegmente, die Zeitrahmen angeben, in denen die Schallaufzeichnungen mit nicht von einer Windkraftanlage stammendem externem Lärm kontaminiert sind, d.h. Zeitsegmente mit einem verzerrten Schalldruckpegel, verworfen, d.h., als nicht zulässig markiert. Zu externen Quellen für nicht von einer Windkraftanlage stammenden Lärm zählen unter anderem Einflüsse von Autos, Flugzeugen und Vögeln. Daher werden bei allen nachfolgend aufgezeichneten akustischen Daten der Windfarm 300 die nicht mit Windkraftanlagenlärm verknüpften externen Geräuscheinflüsse herausgefiltert, indem die betreffenden lärmbelasteten Zeitrahmen markiert werden. Das Modell 500 führt im Grunde die nachfolgend beschriebenen Filterverfahren und Algorithmen automatisch aus, um zwischen Windkraftanlagenlärm und geschätzten externen Einflüssen zu unterscheiden und die nachfolgend aufgezeichneten Schallsegmente mit jenen Segmenten zu markieren, die im Wesentlichen aus Windkraftanlagenlärm mit einer unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegenden Geräuschkontamination bestehen.
Bei manchen Ausführungsformen des Modells 500 lassen sich die Einflüsse der externen Geräuschquellen sicher oder zumindest mit geschätzten ΔdB-Werten ermitteln, so dass die Geräuschquellen identifiziert werden und die zugehörigen entsprechenden Schallsegmente mit den bekannten Kontaminierungen problemlos markiert werden können, was den Filterungsprozess beschleunigt. Daher umfasst das Trainieren des akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells 500 für den Windpark 300 bei diesen Ausführungsformen das Unterscheiden des zweiten Beitrags auf die Schalldruckmessungen, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt. Im Grunde werden die Einflüsse des zweiten Beitrag s auf die Schalldruckmessungen berechnet und mit Differenzen bei Gesamtschalldruckmessungen (Schalldruck-Δ) verglichen und statistische Schätzungen der Schalldruck-Δ für das Modell 500 erstellt.
Bei manchen Ausführungsformen werden, statt gestörte Schallsegmente bloß zu markieren, außerdem die nachfolgenden Schalldruckmessungen auf die geschätzten ΔdB korrigiert, wobei davon ausgegangen werden kann, dass ein Entfernen der bekannten externen Geräuschquellen aus den Schallaufzeichnungen genauere dB-Werte für die Windkraftanlagen 301 liefert.
Unabhängig davon, ob die Änderungen bei den Schalldruckmessungen von bekannten Betriebsvorgängen der Windkraftanlagen 301 oder aus bekannten Quellen in der Umgebung stammen, umfasst das Unterscheiden des zweiten Beitrags auf die Schalldruckmessungen, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, das Zuordnen von Änderungen bei den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale bei Modell 500 zu akustischen Signaturen, die mit bekannten Geräuschquellen in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell 500 für den Windpark 300 verknüpft sind.
Bei manchen Ausführungsformen wird das Modell 500 ständig mit neuen Daten aktualisiert, die durch das Analysieren der nachfolgenden Schallaufzeichnungen ermittelt werden. Solche neuen Daten können durch Filtern des zweiten Beitrags auf die Schalldruckmessungen zum zeitlichen Schalldruckverlauf hinzugefügt werden, indem Teile des zeitlichen Schalldruckverlaufs markiert werden, welche jene Lärmpegel aus Quellen in der Umgebung enthalten, die vorgegebene Schwellwerte überschreiten.
Bei dem Ausführungsbeispiel umfassen die statistischen Algorithmen Schwankungsanalysen, Schiefeanalysen, Analysen der Standardabweichung des Fluss-Frequenzbands, Rauhigkeits- und Entropieanalysen. Diese werden weiter unten noch einzeln erläutert. Alternativ dazu werden in beliebiger Reihenfolge sämtliche statistischen Analysen benutzt, die einen Betrieb des Systems 400 und des Entscheidungsbaummodells 500 wie hier beschrieben ermöglichen, unter anderem einschließlich Kurtose, Nulldurchgangsrate, Cepstrum (inverser Fourier-Transformierter des logarithmierten Spektrums), Mel-Frequenz-Cepstrum-Koeffizienten (MFCC) und Helligkeit.
Das Modell 500 weist ein erstes Filtermodul, d.h. das Modul 502 für die durchschnittliche Schwankung, auf, das ein erstes akustisches Merkmal darin analysiert. Das Modul 502 vergleicht Durchschnittswerte für die Schwankungen der Amplituden der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 um mindestens einen vorgegebenen Durchschnittswert der Amplitude mit jenen Werten des psychoakustischen Modells für die Schwankungsstärke in dem Modell 500. Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Durchschnittsschwankungen der Geräuschamplituden innerhalb des gesamten Frequenzbands analysiert. Die Merkmale können allgemein auch in einem oder mehreren vorgegebenen Frequenzbändern beurteilt werden, die kleiner sind als der gesamte Frequenzbereich. Die Frequenzbänder sind jeweils durch einen geringeren ersten vorgegebenen Frequenzwert und einen größeren zweiten vorgegebenen Frequenzwert definiert. Es werden beliebige Frequenzbänder benutzt, die den hier beschriebenen Betrieb des Systems 400 und des Modells 500 ermöglichen.
Bei manchen Ausführungsformen sind die erste und die zweite Frequenz beispielsweise null beziehungsweise positiv unendlich. Im Allgemeinen werden jene Frequenzbänder, die ein Unterscheiden zwischen Turbinenlärm und nicht von Turbinen stammendem Lärm ermöglichen, unter anderem in Abhängigkeit vom Typ, Modell und Hersteller der zu analysierenden Windenergieanlagen ausgewählt. Bei manchen Ausführungsformen kann für das Ermitteln der geeigneten Frequenzbänder eine erste Auswahl und eine nachfolgende gewisse Feinabstimmung zum Festlegen eines Frequenzbands oder mehrerer Frequenzbänder für die Analyse erforderlich sein. Unter anderem wird beispielsweise ein unteres Frequenzband, ein Hochfrequenzband und ein Zwischenfrequenzband ausgewählt. Bei manchen Ausführungsformen besteht bei manchen dieser Frequenzbänder eine vorgegebene Überschneidung. Es können unter anderem beispielsweise auch eingebettete Frequenzbänder benutzt werden, d.h., ein breiteres Frequenzband enthält ein oder mehrere darin eingebettete, schmalere Frequenzbänder. Es werden auch ein oder mehrere vorgegebene Schwankungsschwellwerte ausgewählt, wie beispielsweise eine Untergrenze von 113 für die Durchschnittsschwankung.
In dem Modul 502 wird eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für das erste akustische Merkmal, d.h. Schwankungen aus der Schallaufzeichnung, und den in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell 500 für den Windpark 300 modellierten Schwankungen ermittelt 612. Das Modell 500 enthält die Werte für die akustischen Merkmale, die für ungestörten Lärm am repräsentativsten sind, d.h. einen ersten Beitrag auf historische Schalldruckmessungen in Verbindung mit Windkraftanlagen 301 in der Windkraftanlagenfarm 300.
Wenn die Beziehung, d.h. der Vergleich zwischen den Schwankungswerten, darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 übermäßig kontaminiert, d.h., gestört hat, wird ein erster Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501, der von Windkraftanlagen 301 stammt, von dem zweiten Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 unterschieden 614, der von anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt. Wenn festgestellt wird, dass das zugehörige Schallsegment gestört ist, wird das Segment der Schallaufzeichnung markiert und rückt nicht zum nächsten Modul weiter (nachfolgend erläutert). Wenn jedoch die ermittelte Beziehung darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 nicht übermäßig kontaminiert, d.h., nicht gestört hat, wird das zugehörige Segment der Schallaufzeichnung zum nächsten Modul übertragen (nachfolgend erläutert). Die kontaminierten Segmente der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 werden im Grunde aus den nicht kontaminierten Teilen der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 herausgefiltert 616.
Das Modell 500 weist auch ein zweites Filtermodul, d.h. das Modul 504 für die Schiefe, auf, das ein zweites akustisches Merkmal darin analysiert. Das Modul 504 vergleicht Werte des dritten zentralen Moments, d.h. die durchschnittliche Schiefe der Amplituden der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, mit den Modellwerten für die durchschnittliche Schiefe in dem Modell 500. Bei dem Ausführungsbeispiel repräsentiert die Schiefe der Geräuschamplituden um einen Durchschnittswert der Amplitude eine Symmetrie oder Asymmetrie der Geräuschamplitudenwerte um den vorgegebenen Durchschnittswert. Eine im Wesentlichen symmetrische Verteilung weist einen Schiefewert von etwa null auf. In dem Modul 504 wird eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für das zweite akustische Merkmal, d.h. die Schiefe aus der Schallaufzeichnung, und der in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell 500 für den Windpark 300 modellierten Schiefe ermittelt 612. Das Modell 500 enthält die Werte für die akustischen Merkmale, die für ungestörten Lärm am repräsentativsten sind, d.h. einen ersten Beitrag auf historische Schalldruckmessungen in Verbindung mit Windkraftanlagen 301 in der Windkraftanlagenfarm 300. Bei dem Ausführungsbeispiel wird ein vorgegebener Durchschnittsschiefegrenzwert von etwa 15.000 benutzt. Alle Durchschnittsschiefewerte über etwa 15.000 weisen im Grunde auf gestörte Schallsegmente hin. Alternativ dazu werden beliebige Werte für den Durchschnittsschiefegrenzwert benutzt, die einen Betrieb des Systems 400 und des Entscheidungsbaummodells 500 wie hier beschrieben ermöglichen.
Wenn die Beziehung, d.h. der Vergleich zwischen den Schiefewerten, darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 übermäßig kontaminiert, d.h., gestört hat, wird ein erster Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der von Windkraftanlagen 301 stammt, von dem zweiten Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 unterschieden 614, der von anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt. Wenn festgestellt wird, dass das zugehörige Schallsegment gestört ist, wird das Segment der Schallaufzeichnung markiert und rückt nicht zum nächsten Modul weiter (nachfolgend erläutert). Wenn jedoch die ermittelte Beziehung darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 nicht übermäßig kontaminiert, d.h., nicht gestört hat, wird das zugehörige Segment der Schallaufzeichnung zum nächsten Modul übertragen (nachfolgend erläutert). Die kontaminierten Segmente der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 werden im Grunde aus den nicht kontaminierten Teilen der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 herausgefiltert 616.
Das Modell 500 weist ferner ein drittes Filtermodul, d.h. das Modul 506 für die Standardabweichung der Spektralflussfrequenz, auf, das ein drittes akustisches Merkmal darin analysiert. Das Modul 506 vergleicht Werte für die Standardabweichung der Abstände zwischen den Spektren aufeinanderfolgender Frames der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 mit jenen Modellwerten für die Standardabweichung der Abstände zwischen den Spektren aufeinanderfolgender Frames in dem Modell 500. Bei dem Ausführungsbeispiel repräsentieren die Abstände zwischen den Spektren aufeinanderfolgender Frames eine Rate der Änderung des Spektrums der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 durch Vergleichen eines Frames mit einem vorherigen Frame. Große spektrale Änderungen weisen auf eine Störung hin. Bei dem Ausführungsbeispiel liegt das Frequenzband für die Analyse zwischen etwa 800 Hz und etwa 1600 Hz. Alternativ dazu werden beliebige Frequenzbänder benutzt, die den hier beschriebenen Betrieb des Systems 400 und des Modells 500 ermöglichen. In dem Modul 506 wird eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für das dritte akustische Merkmal, d.h. die Standardabweichung des Flusses aus der Schallaufzeichnung, und der in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell 500 für den Windpark 300 modellierten Standardabweichung des Flusses ermittelt 612. Das Modell 500 enthält die Werte für die akustischen Merkmale, die für ungestörten Lärm am repräsentativsten sind, d.h. einen ersten Beitrag auf historische Schalldruckmessungen in Verbindung mit Windkraftanlagen 301 in der Windkraftanlagenfarm 300. Bei dem Ausführungsbeispiel wird für die Standardabweichung des Flusses ein vorgegebener Wert von weniger als etwa 0,25 benutzt. Alle Werte für die Standardabweichung des Flusses, die unter etwa 0,25 liegen, weisen im Grunde auf gestörte Schallsegmente hin. Alternativ dazu werden beliebige Werte für die Standardabweichung des Flusses benutzt, die einen Betrieb des Systems 400 und des Entscheidungsbaummodells 500 wie hier beschrieben ermöglichen.
Wenn die Beziehung, d.h. der Vergleich zwischen den Werten für die Standardabweichung des Flusses, darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 übermäßig kontaminiert, d.h., gestört hat, wird ein erster Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der von Windkraftanlagen 301 stammt, von dem zweiten Beitrag zu der Schalldruckmessungen unterschieden 614, der von anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt. Wenn festgestellt wird, dass das zugehörige Schallsegment gestört ist, wird das Segment der Schallaufzeichnung markiert und rückt nicht zum nächsten Modul weiter (nachfolgend erläutert). Wenn jedoch die ermittelte Beziehung darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 nicht übermäßig kontaminiert, d.h., nicht gestört hat, wird das zugehörige Segment der Schallaufzeichnung zum nächsten Modul übertragen (nachfolgend erläutert). Die kontaminierten Segmente der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 werden im Grunde aus den nicht kontaminierten Teilen der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 herausgefiltert 616.
Das Modell 500 weist auch ein viertes Filtermodul, d.h. ein Modul 508 für die Rauigkeit, auf, das ein viertes akustisches Merkmal darin analysiert. Das Modul 508 vergleicht Werte für die Rauigkeit, d.h. eine empfundene Dissonanz in Bezug auf Schwebungsphänomene, wenn jeweils zwei sinusförmige akustische Signale in Bezug auf die Frequenz nahe beieinander liegen, der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 mit jenen Modellwerten der Rauhigkeitswerte in dem Modell 500. Bei dem Ausführungsbeispiel werden die Amplitudenspitzen im vorgegebenen Frequenzband von verschiedenen Schallquellen erzeugt, und wenn diese Amplitudenspitzen hoch genug sind und konstruktive Interferenz oder eine Resonanz aufweisen, können sie beträchtliche Auswirkungen auf die Schall-/Lärmaufzeichnung haben. Die dissonanten Schwebungen können insbesondere die Schallaufzeichnungen stören. Bei dem Ausführungsbeispiel liegt das Frequenzband für die Analyse zwischen etwa 1600 Hz und etwa 3200 Hz. Alternativ dazu werden beliebige Frequenzbänder benutzt, die den hier beschriebenen Betrieb des Systems 400 und des Modells 500 ermöglichen. In dem Modul 508 wird eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für das vierte akustische Merkmal, d.h. die Rauigkeit aus der Lärm-/Schallaufzeichnung 501, und der in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell 500 für den Windpark 300 modellierten Rauigkeit ermittelt 612. Das Modell 500 enthält die Werte für die akustischen Merkmale, die für ungestörten Lärm am repräsentativsten sind, d.h. einen ersten Beitrag auf historische Schalldruckmessungen in Verbindung mit Windkraftanlagen 301 in der Windkraftanlagenfarm 300. Bei dem Ausführungsbeispiel wird ein vorgegebener maximaler Rauhigkeitswert von weniger als etwa 3,25 benutzt. Alle Rauhigkeitswerte, die unter etwa 3,25 liegen, weisen auf gestörte Schallsegmente hin. Alternativ dazu werden beliebige Rauhigkeitswerte benutzt, die einen Betrieb des Systems 400 und des Entscheidungsbaummodells 500 wie hier beschrieben ermöglichen.
Wenn die Beziehung, d.h. der Vergleich zwischen den Rauhigkeitswerten, darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 übermäßig kontaminiert, d.h., gestört hat, wird ein erster Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der von Windkraftanlagen 301 stammt, von dem zweiten Beitrag zu der Schalldruckmessungen unterschieden 614, der von anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt. Wenn festgestellt wird, dass das zugehörige Schallsegment gestört ist, wird das Segment der Schallaufzeichnung markiert und rückt nicht zum nächsten Modul weiter (nachfolgend erläutert). Wenn jedoch die ermittelte Beziehung darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 nicht übermäßig kontaminiert, d.h., nicht gestört hat, wird das zugehörige Segment der Schallaufzeichnung zum nächsten Modul übertragen (nachfolgend erläutert). Die kontaminierten Segmente der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 werden im Grunde aus den nicht kontaminierten Teilen der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 herausgefiltert 616.
Das Modell 500 weist auch ein fünftes Filtermodul, d.h. ein Modul 510 für die Entropie, auf, das ein fünftes akustisches Merkmal darin analysiert. Das Modul 510 vergleicht Werte für die durchschnittliche Entropie, d.h. die Zufälligkeit in Bezug auf die Frequenz von periodischer Amplitude mit im Wesentlichen gleicher Höhe, die auf messbaren Lärm von einer Turbine oder aus einer anderen Quelle als einer Turbine hinweist. Dieser messbare Lärm kann eine beträchtliche Auswirkung auf die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 haben. Bei dem Ausführungsbeispiel liegt das Frequenzband für die Analyse zwischen etwa 200 Hz und etwa 400 Hz. Alternativ dazu werden beliebige Frequenzbänder benutzt, die den hier beschriebenen Betrieb des Systems 400 und des Modells 500 ermöglichen. In dem Modul 510 wird eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für das fünfte akustische Merkmal, d.h. die Entropie aus der Schallaufzeichnung, und der in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell 500 für den Windpark 300 modellierten Entropie ermittelt 612. Das Modell 500 enthält die Werte für die akustischen Merkmale, die für ungestörten Lärm am repräsentativsten sind, d.h. einen ersten Beitrag auf historische Schalldruckmessungen in Verbindung mit Windkraftanlagen 301 in der Windkraftanlagenfarm 300. Bei dem Ausführungsbeispiel wird ein vorgegebener Entropiewert von weniger als etwa 0,56 benutzt. Alle Entropiewerte, die unter etwa 0,56 liegen, weisen auf gestörte Schallsegmente hin. Alternativ dazu werden beliebige Rauhigkeitswerte benutzt, die einen Betrieb des Systems 400 und des Entscheidungsbaummodells 500 wie hier beschrieben ermöglichen.
Wenn die Beziehung, d.h. der Vergleich zwischen den Entropiewerten, darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 übermäßig kontaminiert, d.h., gestört hat, wird ein erster Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der von Windkraftanlagen 301 stammt, von dem zweiten Beitrag zu der Schalldruckmessungen unterschieden 614, der von anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt. Wenn festgestellt wird, dass das zugehörige Schallsegment gestört ist, wird das Segment der Schallaufzeichnung markiert und nicht gespeichert. Wenn jedoch die ermittelte Beziehung darauf hinweist, dass der zweite Beitrag zu der Schall-/Lärmaufzeichnung 501, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, die Schall-/Lärmaufzeichnung 501 nicht übermäßig kontaminiert, d.h., nicht gestört hat, wird das zugehörige Segment der Schallaufzeichnung gespeichert. Die kontaminierten Segmente der Schall-/Lärmaufzeichnung 501 werden im Grunde aus den nicht kontaminierten Teilen der Schall-/Lärmaufzeichnungen 501 herausgefiltert 616.
Da die gestörten Aufzeichnungen markiert sind, werden sie zu einer Warteschlange 512 für unzulässige Aufzeichnungen übertragen. Die nicht gestörten Aufzeichnungen, die durch das Modell 500 übertragen werden und nicht markiert sind, werden zu einer Warteschlange 514 für zulässige Aufzeichnungen übertragen. Die unzulässigen Aufzeichnungen in der Warteschlange 512 können komplett verworfen oder zur späteren Analyse in einer separaten Bibliothek gespeichert werden. Die zulässigen Aufzeichnungen in der Warteschlange 514 können zur Bibliothek für historische Schalldruckmessungen hinzugefügt werden oder zu Schall-/Lärmaufzeichnungen zur Verstärkung zulässiger Lärmpegel in Verbindung mit dem ersten Beitrag zu der Schalldruckmessungen in Verbindung mit Windkraftanlagen 301.
Unter manchen Umständen liegen beträchtliche Schallkontaminationen vor, und eine ausreichend genaue Schätzung des Windkraftanlagenlärms ist nicht möglich. Die CPU 215 ist so konfiguriert, dass sie entweder auf ein voreingestelltes Betriebsschema zurückgreift oder der Schall am Messstandort auf der Grundlage des zeitlichen Verlaufs früherer Messungen extrapoliert werden kann. Die früheren Messungen können durch bekannte Änderungen atmosphärischer Bedingungen wie unter anderem beispielsweise Windgeschwindigkeit, -richtung, -scherung und Temperatur unterstützt werden. Aufgezeichnete Lärmemissionsmessungen können auch als Feedback-Signale für Windfarmregeloptimierungsalgorithmen benutzt werden. Als Zwischenlösung ist ferner das Erkennen der Blattpassierfrequenz (BPF) für die Drehzahlschätzung und die Verbesserung der Erkennung von Windkraftanlagengeräuschen, insbesondere für das Unterscheiden von ähnlichen niederfrequenten Störungen wie Flugzeugen in großer Entfernung, auf der Grundlage von mit Nullen aufgefüllten schnellen Fourier-Transformierten (FFT – Fast Fourier Transform) oder einer Autokorrelation des Signals selbst oder seiner Hüllkurve möglich. Im Grunde könnten auch abnorme Amplitudenmodulationsvorgänge bei der BPF erkennbar sein.
Das Unterscheiden des zweiten Beitrags auf die Schalldruckmessungen, die von anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammen, umfasst das Analysieren der Gesamtschalldruckmessungen für einen vorgegebenen Zeitraum nach dem Erstellen der Schallaufzeichnung. Hinsichtlich der Zeitmaßstäbe für die Schätzung und die Reaktion auf Änderungen brauchen die Algorithmen innerhalb des Modells 500 nicht sehr schnell zu sein, da gesetzliche Vorschriften eventuell nur eine Einhaltung über einen längeren Zeitraum wie beispielsweise mehrere Stunden erfordern. Eine Lärm-Frame-Länge von unter anderem beispielsweise 10 Sekunden ermöglicht das Ableiten von Langzeitdurchschnittswerten für bereinigte Schalldrücke. Außerdem kann die Unterscheidung fast in Echtzeit erfolgen, um eine Echtzeitsteuerung der Windkraftanlagen 301 zum Regeln des Gesamtlärmpegels des Windparks 300 zu ermöglichen. Insbesondere können der erste und der zweite Teil der Schallaufzeichnungen voneinander unterschieden werden, so dass nur der erste Beitrag zu der Schallaufzeichnungen, der mit dem Lärm von Windkraftanlagen 301 verknüpft ist, beibehalten und für die Echtzeitsteuerung von Windkraftanlagen 301 benutzt wird. Im Verlauf des Trainingszeitraums für das Modell 500 kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit geringer sein, als wenn das Modell 500 einmal trainiert worden ist. Wenn das Modell 500 einmal trainiert worden ist, ist es schneller, weil keine historischen Daten zum Trainieren erforderlich sind und die Verarbeitungsressourcen hauptsächlich für das Analysieren nachfolgender Schallaufzeichnungen eingesetzt werden können. Bei dem Ausführungsbeispiel werden unter anderem die Verfahrensschritte 610 und 612 als Teil der Lernphase, die bei Wahrscheinlichkeitsmodellen typisch ist, zum Trainieren des Modells 500 benutzt.
9 ist eine beispielhafte grafische Ansicht (grafische Darstellung) 700 einer Beurteilung von Lärmdaten in Abhängigkeit von durchschnittlicher Schiefe (y-Achse 702) und durchschnittlicher Schwankung (x-Achse 704) unter Einsatz einer (in 5 gezeigten) Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystemarchitektur 400 mit einem anderen akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell in dem System 400 als dem (in 7 gezeigten) Entscheidungsbaummodell 500. 10 ist gleichermaßen eine beispielhafte grafische Ansicht (grafische Darstellung) 710 von Beurteilungen von Lärmdaten in Abhängigkeit von der Standardabweichung des Flusses (y-Achse 712) und der durchschnittlichen Schwankung (x-Achse 714) unter Einsatz der (in 5 gezeigten) Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystemarchitektur 400 mit einem anderen akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell in dem System 400 als dem (in 7 gezeigten) Entscheidungsbaummodell 500.
Zu alternativen Ausführungsformen akustischer Wahrscheinlichkeitsmodule gehören unter anderem ein neuronales Netz, ein Support-Vector-Regression-Modell (SVR-Modell) oder eine Kombination aus beidem. Die Begriffe „künstliches neuronales Netz (KNN)“ und „neuronales Netz (NN)“ sollen hier für beliebige per Computer implementierte Programme und computergestützte Systeme stehen, die komplexe Beziehungen zwischen Eingaben und Ausgaben modellieren oder nach Strukturen bei Daten suchen. Mit ANN und NN sind hier auch adaptive Systeme gemeint, die auf der Grundlage externer oder interner Informationen, welche in einer Lernphase durch das System fließen, ihre Struktur ändern. Außerdem sollen die Begriffe „Support-Vector-Regression-Modul (SVR-Modul)“ und „Support-Vector-Maschine (SVM)“ hier für beliebige per Computer implementierte und computergestützte Klassifizierungsverfahren stehen, die Hyperebenen im mehrdimensionalen Raum konstruieren, um Daten zu analysieren, Muster zu erkennen, Daten mit gleichen Attributen in einen Satz definierter Gruppen zu klassifizieren und zu sortieren, Daten mit gleichen und/ oder unterschiedlichen Attributen in andere Sätze definierter Gruppen zu kategorisieren und zu sortieren und die Fähigkeit zu entwickeln, eine solche Klassifizierung und/ oder Kategorisierung nach dem „Trainieren“ mit Trainingsdaten zu prognostizieren.
Bei dem Ausführungsbeispiel verläuft die (in 9 gezeigte) y-Achse 702 für die durchschnittliche Schiefe in Schritten von etwa 0,5·10⁴ von etwa 0,5·10⁴ bis etwa 4,5·10⁴. Die (in 10 gezeigte) y-Achse 712 für die Standardabweichung des Flusses („St.-abw. Fluss“) verläuft in Schritten von etwa 0,05 von etwa 0,03 bis etwa 0,27. Die (in 9 gezeigte) x-Achse 704 und die (in 10 gezeigte) x-Achse 714 sind im Wesentlichen gleich und verlaufen in Schritten von etwa 20 von etwa 120 bis etwa 245. Bei manchen Ausführungsformen ist angesichts der gewünschten genauen Werte ein Kalibrierungsfaktor zum Umwandeln der Schalldruckeinheiten in Pascal enthalten.
Bei dem Ausführungsbeispiel definieren die grafischen Darstellungen 700 und 710 außerdem eine Matrix aus Rechtecken, die (wie in den 9 und 10 gezeigt) entweder farb- oder strukturcodiert sind. Die Farben und Strukturen geben einen Satz Rechtecke ungestörter und gestörter Bereiche an, in denen die durchschnittliche Gesamtdifferenz der Schalldrücke aus Schallaufzeichnungen mit eingerichteten akustischen Modellen des (in 4 gezeigten) Windparks 300 ermittelt wird, die in die NN- und SVR-Modelle trainiert wurden. 9 enthält insbesondere eine Strukturlegende 705 und 10 eine Strukturlegende 715, die beide Strukturen veranschaulichen, die eine Abstufung von weniger gestört und stärker gestört repräsentieren. Da die Schalldruck-Δ-Werte berechnet (geschätzt) werden, zeigen die grafischen Darstellungen niedrigere Schalldruck-Δ-Werte (“gut”) (weisen auf ungestörte Schallaufzeichnungen hin) und höhere Schalldruck-Δ-Werte (“schlecht") (weisen auf gestörte Schallaufzeichnungen hin, die in der Regel nicht mit Windkraftanlagenlärm verknüpft sind). Die „guten“ Bereiche sind 706 und 716 für 9 beziehungsweise 10 und die „schlechten“ 708 beziehungsweise 718. Die „guten“ Bereiche 706 und 706 repräsentieren die Kombinationen akustischer Merkmale, die einer relativ geringen nicht von einer Windkraftanlage stammenden Störung entsprechen, d.h. zulässige Bereiche der Schall-/Lärmaufzeichnungen. Auf ähnliche Weise repräsentieren die „schlechten“ Bereiche 708 und 718 die Kombinationen akustischer Merkmale, die einer relativ starken nicht von einer Windkraftanlage stammenden Störung entsprechen, d.h. unzulässige Bereiche der Schall-/Lärmaufzeichnungen.
Der Einsatz solcher Verfahren ermöglicht das Finden und Markieren von Lärmsegmenten, die übermäßig mit Umgebungsgeräuschen kontaminiert sind. Außerdem ermöglicht der Einsatz solcher Verfahren das Korrigieren von Schalldruckmesswerten für die geschätzten Schalldruck-Δ-Werte. Ferner ermöglicht der Einsatz solcher Verfahren das Ausführen eines Pass/Fail-Filteralgorithmus für akustische Signale. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz solcher Verfahren den Einsatz komplexer Wechselbeziehungen akustischer Merkmale zum Analysieren der Schallaufzeichnungen. Außerdem ermöglicht der Einsatz solcher Verfahren kontinuierliche statistische Schätzungen von Schalldruck-Δ-Werten.
11 ist eine beispielhafte grafische Ansicht (grafische Darstellung 750) von Vergleichen verschiedener Verfahren zum Ermitteln zulässiger und unzulässiger Aufzeichnungen unter Einsatz der (in 5 gezeigten) Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystemarchitektur 400. Die grafische Darstellung 750 enthält eine y-Achse 752, die einen prozentualen Anteil zulässiger Schallsegmente an der Gesamtanzahl aufgezeichneter Schallsegmente repräsentiert und in 10%-Schritten von 0% bis 100% verläuft. Die grafische Darstellung 750 enthält auch eine x-Achse 754, die Gesamtschalldruck-Δ-Schätz- oder -Messwerte repräsentiert und in 2dB-Schritten von –2 dB bis 14 dB verläuft. Die grafische Darstellung 750 enthält ferner eine Entscheidungsbaumkurve 756, die den prozentualen Anteil zulässiger Aufzeichnungen in Abhängigkeit von den ermittelten Schalldruck-Δ-Werten repräsentiert. Die grafische Darstellung 750 enthält auch eine Kurve 758 für das neuronale Netz, die den prozentualen Anteil zulässiger Aufzeichnungen in Abhängigkeit von den ermittelten Schalldruck-Δ-Werten repräsentiert. Das Modell mit neuronalem Netz ist beim Markieren aufgezeichneter Schallsegmente für die ermittelten Schalldruck-Δ-Werte umso effizienter, je mehr sich die Werte erhöhen, was auf gestörte Lärmsegmente hinweist.
12 ist ein Konfigurationsbeispiel 800 für eine Datenbank 802 in einer Rechenvorrichtung 804 mit anderen verwandten Rechenkomponenten, die zum Betreiben des (in 4 gezeigten) Windparks 300 wie hier beschrieben benutzt werden kann. Die Datenbank 802 ist mit mehreren separaten Komponenten in der Rechenvorrichtung 804 verbunden, die bestimmte Aufgaben erfüllen. Bei dem Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Rechenvorrichtung 804 um die (in 1 gezeigte) Rechenvorrichtung 105 oder die (in 2 gezeigte) CPU 215 handeln. Die Rechenvorrichtung 804 ist so konfiguriert, dass sie als Schnittstelle für einen Systembenutzer 805 dient.
Bei dem Ausführungsbeispiel enthält die Datenbank 802 Windkraftanlagendaten 806, Windkraftanlagenregelsystemdaten 808, Windkraftanlagenlärmdaten 810 und Daten 812 zu nicht von Windkraftanlagen stammendem Lärm. Die Windkraftanlagendaten 806 enthalten Informationen wie Konfigurationsdaten, wie unter anderem z.B. die Anzahl der Windkraftanlagenblätter und die Drehzahl. Die Windkraftanlagenregelsystemdaten 808 enthalten Informationen, die mit der Architektur des Windkraftanlagenregelsystems 200, wie unter anderem dem Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystem 400, verknüpft sind. Die Windkraftanlagenlärmdaten 810 enthalten die Daten, die mit dem ersten Beitrag auf den Windkraftanlagenlärm in Verbindung mit mindestens einer in Betrieb befindlichen Windkraftanlage 301 verknüpft sind, und die Daten 812 zu nicht von Windkraftanlagen stammendem Lärm enthalten Daten, die mit dem zweiten Beitrag auf den Windparklärm in Verbindung mit anderen Quellen als einer Windkraftanlage verknüpft sind, wie hier beschrieben ist.
Die Rechenvorrichtung 804 enthält die Datenbank 802 sowie die Datenspeichervorrichtungen 814. Die Rechenvorrichtung 804 enthält auch eine Windkraftanlagensteuerungskomponente 816 zum Ausführungen der (in 8 gezeigten) Verfahrensschritte 602 bis 616. Die Rechenvorrichtung 804 enthält ferner eine (erste Filter-)Modulkomponente 818 für die durchschnittliche Schwankung, eine (zweite Filter-)Modulkomponente 820 für die Schiefe, eine (dritte Filter-)Modulkomponente 822 für die Standardabweichung des Flusses, eine (vierte Filter-)Modulkomponente 824 für die Rauhigkeit und eine (fünfte Filter-)Modulkomponente 826 für die Entropie, die alle so konfiguriert sind, dass sie die Verfahrensschritte 606 bis 616 ausführen. Die Rechenvorrichtung 804 enthält ferner eine Verarbeitungskomponente 828, die wie hier beschrieben das Ausführen von per Computer ausführbaren Anweisungen in Verbindung mit dem Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystem 400, dem Verfahren 600 und der Konfiguration 800 unterstützt. Außerdem werden sämtliche statistischen Analysen akustischer Merkmale benutzt, die einen Betrieb des Systems 400, des Verfahrens 600 und der Konfiguration 800 wie hier beschrieben ermöglichen, unter anderem einschließlich Kurtose, Nulldurchgangsrate, Cepstrum (inverser Fourier-Transformierter des logarithmierten Spektrums), Mel-Frequenz-Cepstrum-Koeffizienten (MFCC) und Helligkeit.
Das oben beschriebene Windpark-Regelsystem ermöglicht anhand akustischer Merkmale gemessener Schalldrücke eines Windparks ein Unterscheiden zwischen von Windkraftanlagen stammendem Lärm und von anderen Quellen stammendem Lärm. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren nutzen insbesondere historische Daten zum Konstruieren eines Wahrscheinlichkeitsmodells für das Unterscheiden zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm. Die historischen Daten enthalten Segmente von Schallaufzeichnungen verschiedener Länge, die die aufgezeichneten Schalldrücke in Abhängigkeit von der Zeit enthalten. Manche der Schallsegmente werden Schalldrücke enthalten, bei denen es sich im Wesentlichen hauptsächlich um von Windkraftanlagen erzeugten Lärm mit nur einer geringen Kontamination durch nicht von einer Windkraftanlage stammende Umgebungsgeräusche handelt, d.h., solche Schallsegmente sind im Wesentlichen nicht kontaminiert oder störungsfrei. Alternativ dazu werden manche Schallsegmente Schalldrücke enthalten, die ein beträchtliches Ausmaß an Kontamination durch nicht von einer Windkraftanlage stammende Umgebungsgeräusche enthalten und somit im Wesentlichen kontaminiert oder gestört sind. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind im Grunde so konfiguriert, dass sie durch ein konstruiertes Wahrscheinlichkeitsmodell, welches Änderungen solcher Lärmmerkmale dem Schalldruck zuordnet, eine verbesserte Unterscheidung zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm ermöglicht. Solche Änderungen bei Schalldruckmessungen können Änderungen beim Gesamtlärmpegel und Verschiebungen bei den Beitragsanteilen von Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm sein, während die Änderungen beim Gesamtlärmpegel relativ konstant sein können. Somit sind die hier beschriebenen Systeme und Verfahren so konfiguriert, dass sie eine Klassifikation der gemessenen Schalldrücke in kontaminierte und nicht kontaminierte Schallsegmente ermöglichen. Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren sind insbesondere so konfiguriert, dass sie mit dem Windpark verknüpfte akustische Merkmale modellieren und das Modell zum Klassifizieren von aus gemessenen Schalldrücken erzeugten Schall-/Lärmaufzeichnungen in nicht kontaminierte und kontaminierte Schallsegmente benutzen.
Darüber hinaus ermöglicht das hier beschriebene Windpark-Regelsystem eine verbesserte Regelung der Windkraftanlagen in dem Windpark. Die hier beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen insbesondere eine verbesserte Regelung des schallreduzierten Betriebsmodus (SRB-Modus) durch Ermittlung von Echtzeit-, täglichen und saisonabhängigen Änderungen bei akustischen Merkmalen zusätzlich zu den üblichen Umgebungsmerkmalen, wie z.B. Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Luftdichte. Die hier beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen im Grunde ein Verbessern der Stromerzeugungsleistung und ein Erhöhen des Jahresenergieertrags (JEE), indem zeitabhängige Variablen wie Änderungen der Windkraftanlagenkonfiguration einschließlich Turbinenausfälle und Blattkontamination und -erosion berücksichtigt werden. Zusätzlich dazu ermöglicht eine verbesserte Unterscheidung zwischen gestörten und nicht gestörten Schalldrücken den Einsatz geringerer Toleranzen im Hinblick auf gesetzliche Vorgaben, wodurch sich die Stromerzeugung weiter erhöhen lässt. Außerdem wird die Stromerzeugung von Windparks durch Erhöhen der Populationsdichte der Windkraftanlagen bei räumlich eingeschränkten Standorten verbessert.
Eine beispielhafte technische Auswirkung der hier beschriebenen Verfahren, Systeme und Vorrichtungen umfasst: (a) das Korrigieren an einem Windpark gemessener Schalldrücke auf der Grundlage von auf Wahrscheinlichkeitsanalysen der Langzeit- und Kurzzeitkontamination mit nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm beruhenden Modellkorrelationen, (b) eine verbesserte Regelung des schallreduzierten Betriebsmodus (SRB-Modus) durch Ermittlung von Echtzeit-, täglichen und saisonabhängigen Änderungen bei akustischen Merkmalen zusätzlich zu den üblichen Umgebungsmerkmalen, (c) das Verbessern der Stromerzeugungsleistung und das Erhöhen des Jahresenergieertrags (JEE), indem zeitabhängige Variablen wie Änderungen der Windkraftanlagenkonfiguration einschließlich Turbinenausfälle und Blattkontamination und -erosion berücksichtigt werden, (d) das Verbessern der Unterscheidung zwischen kontaminierten und nicht kontaminierten Schallsegmenten, was den Einsatz geringerer Toleranzen im Hinblick auf gesetzliche Vorgaben ermöglicht, wodurch sich die Stromerzeugung weiter erhöhen lässt, (e) das Verbessern der Unterscheidung zwischen Windkraftanlagenlärm und nicht von einer Windkraftanlage stammendem Lärm durch ein konstruiertes Wahrscheinlichkeitsmodell, das solche Änderungen von Lärmmerkmalen dem Schalldruck zuordnet, oder/ und (f) das Klassifizieren gemessener Schalldrücke in kontaminierte und nicht kontaminierte Schallsegmente.
Ausführungsbeispiele für Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zum Betreiben von Windparks sind nicht auf die hier beschriebenen bestimmten Ausführungsformen beschränkt, sondern Komponenten von Systemen und/ oder Schritte der Verfahren können unabhängig und separat von anderen hier beschriebenen Komponenten und/ oder Schritten eingesetzt werden. Die Verfahren können beispielsweise auch in Kombination mit anderen Systemen benutzt werden, für die eine Echtzeitregelung auf der Grundlage von akustischen Echtzeit-Umgebungsbedingungen sowie entsprechenden historischen akustischen Merkmalen mit historischen Parkbedingungen und den zugehörigen Verfahren erforderlich ist, und sind nicht auf eine Umsetzung mit den hier beschriebenen Systemen und Verfahren beschränkt. Das Ausführungsbeispiel kann stattdessen in Verbindung mit vielen anderen Anwendungen, Geräten und Systemen implementiert und eingesetzt werden, die von einer solchen akustischen Überwachung und Regulierung profitieren können.
Bestimmte Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung sind in manchen Zeichnungen gezeigt und in anderen nicht, dies erfolgt jedoch nur einfachheitshalber. Gemäß den Prinzipien der Offenbarung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit einem anderen Merkmal aus einer anderen Zeichnung referenziert und/ oder beansprucht werden.
Manche Ausführungsformen umfassen den Einsatz einer oder mehrerer Elektronik- oder Rechenvorrichtungen. Zu solchen Vorrichtungen gehören typischerweise ein Prozessor oder eine Steuerung, wie beispielsweise eine Universal-Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit), ein Grafikprozessor (GPU – Graphics Processing Unit), ein Mikrocontroller, ein Prozessor für einen Rechner mit reduziertem Befehlssatz (RISC – Reduced Instruction Set Computer), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC – Application-Specific Integrated Circuit), eine programmierbare Logikschaltung (PLC – Programmable Logic Circuit) und/ oder jede andere Schaltung oder jeder andere Prozessor, die/ der in der Lage ist, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Die hier beschriebenen Verfahren können als ausführbare Anweisungen codiert sein, die in einem computerlesbaren Medium wie unter anderem einem Datenspeicher und/ oder einer Speichervorrichtung enthalten sind. Wenn solche Anweisungen von einem Prozessor ausgeführt werden, veranlassen sie diesen dazu, zumindest einen Teil der hier beschriebenen Verfahren durchzuführen. Die obigen Beispiele sind nur exemplarisch zu verstehen und sollen daher die Definition und/ oder die Bedeutung des Begriffs „Prozessor“ nicht einschränken.
Diese schriftliche Beschreibung benutzt Beispiele für das Offenbaren der Ausführungsformen einschließlich des besten Modus sowie dazu, Fachleute in die Lage zu versetzen, die Ausführungsformen auszuüben, unter anderem Vorrichtungen oder Systeme herzustellen und zu benutzen und eingebundene Verfahren durchzuführen. Der patentierbare Schutzumfang der Offenbarung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für Fachleute ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, sofern sie Strukturelemente besitzen, die sich nicht vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder sofern sie äquivalente Strukturelemente aufweisen, die sich nur unwesentlich vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden.

Ein Windpark 300 weist mehrere Windkraftanlagen 301 einschließlich einer in Betrieb befindlichen Windkraftanlage und ein Mikrofon 350 auf, das in der Nähe des Windparks positioniert ist. Der Windpark weist auch eine Rechenvorrichtung 105, 215, 804 auf, die mit dem Mikrofon verbunden ist. Die Rechenvorrichtung weist einen Prozessor 115, 816, 826 und eine mit dem Prozessor verbundene Speichervorrichtung 110 auf. Die Rechenvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine Schallaufzeichnung erstellt 604, indem sie mehrere Schalldruckmessungen für den Windpark über das Mikrofon aufzeichnet, und Werte für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale berechnet 606. Die Rechenvorrichtung ist außerdem so konfiguriert, dass sie mit Hilfe der Rechenvorrichtung eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell 500 des Windparks ermittelt 612. Die Rechenvorrichtung ist ferner so konfiguriert, dass sie einen ersten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der von der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, auf der Grundlage der ermittelten Beziehung unterscheidet 614. TEILELISTE

105	Rechenvorrichtung
110	Speichervorrichtung
115	Prozessor
120	Präsentationsschnittstelle
125	Benutzer
130	Benutzereingabeschnittstelle
135	Kommunikationsschnittstelle
200	Windpark-Regelsystem
215	Zentraleinheit (CPU)
220	andere Vorrichtungen
225	Netzwerk
230	erster Benutzer
235	zweiter Benutzer
240	Überwachungssensoren
245	Eingangskanal
300	Windpark
301	Windenergieanlage
302	Turm
304	den Turm tragende Fläche
306	Gondel
308	Rotor
310	Nabe
312	Blätter
314	Rotationsachse
316	Gierachse
318	Pitch-Achse
320	Blattwurzelabschnitt
322	Kraftübertragungsbereiche
324	Wind
325	Blattspitzenabschnitt
326	Blattoberfläche
350	Mikrofone
351	ISO-Konturen (Schallprofile)
352	äußere Begrenzung
354	kritische Messpunkte (Standorte)
400	Windpark-Lärmüberwachungs- und -regelsystem
402	Windparksteuerung
404	Windkraftanlagensteuerung
406	Mikrofonstation
408	Mikrofonsteuerung
410	Überwachungs-, Steuerungs- und Datenerfassungsnetzwerk (SCADA-Netzwerk)
412	Datenübertragungskabel
414	drahtloses Datenübertragungsnetzwerk
416	Antennen
418	Hochfrequenzkommunikation (HF-Kommunikation)
420	Internet-Kommunikation
422	Cloud
450	Lärmerfassungsdiagramm
452	grafische Darstellung (SDP über der Zeit)
454	y-Achse
456	x-Achse
458	Windkraftanlagenlärm
460	atmosphärische Ausbreitung
462	ausgebreiteter Windkraftanlagenlärm
464	(störende) Umgebungsgeräusche
466	Gesamtschalldruckmessung
500	akustisches Wahrscheinlichkeitsmodell (Entscheidungsbaummodell)
501	Schall-/Lärmaufzeichnung
502	(erstes Filter-)Modul für die durchschnittliche Schwankung
504	(zweites Filter-)Modul für die Schiefe
506	(drittes Filter-)Modul für die Standardabweichung der Flussfrequenz
508	(viertes Filter-)Modul für die Rauhigkeit
510	(fünftes Filter-)Modul für die Entropie
512	Warteschlange unzulässige Aufzeichnungen
514	Warteschlange zulässige Aufzeichnungen
600	Verfahren
602	Aufzeichnen mehrerer Schalldruckpegelmessungen (SDP-Messungen) ...
604	Erstellen einer Schallaufzeichnung
606	Berechnen von Werten für mehrere akustische Merkmale ...
608	Ausführen mehrerer statistischer und nichtstatistischer Algorithmen ...
610	Erstellen des akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells für den Windpark ...
612	Ermitteln einer Beziehung zwischen den berechneten Werten für ...
614	Unterscheiden eines ersten Beitrags auf die SDP-Messungen ...
616	Herausfiltern des zweiten Beitrags auf die SDP-Messungen ...
700	grafische Darstellung (durchschnittliche Schiefe über der durchschnittlichen Schwankung)
702	y-Achse
704	x-Achse
705	Strukturlegende
706	gut
708	schlecht
710	grafische Darstellung (Standardabweichung der Flussfrequenz über der durchschnittlichen Schwan kung)
712	y-Achse
714	x-Achse
715	Strukturlegende
716	gut
718	schlecht
750	grafische Darstellung (Verfahrensvergleich)
752	y-Achse
754	x-Achse
756	Kurve Entscheidungsbaum
758	Kurve neuronales Netz
800	Konfiguration
802	Datenbank
804	Rechenvorrichtung
805	Systembenutzer
806	Windkraftanlagendaten
808	Windkraftanlagenregelsystemdaten
810	Windkraftanlagenlärmdaten
812	Daten zu nicht von Windkraftanlagen stammendem Lärm
814	Datenspeichervorrichtungen
816	Windkraftanlagensteuerungskomponente
818	Komponente des (ersten Filter-)Moduls für die durchschnittliche Schwankung
820	Komponente des (zweiten Filter-)Moduls für die Schiefe
822	Komponente des (dritten Filter-)Moduls für die Standardabweichung der Flussfrequenz
824	Komponente des (vierten Filter-)Moduls für die Rauhigkeit
826	Komponente des (fünften Filter-)Moduls für die Entropie
828	Verarbeitungskomponente

Claims

Computer implementiertes Verfahren (600) zum Betreiben eines Windparks (300) unter Verwendung einer Rechenvorrichtung (105; 215; 804) mit mindestens einem Prozessor (115; 816; 826), der mit einer Speichervorrichtung (110) verbunden ist, wobei zu dem Windpark mindestens eine in Betrieb befindliche Windkraftanlage (301) gehört, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufzeichnen (602) mehrerer Schalldruckmessungen für den Windpark, was das Erzeugen einer Schallaufzeichnung umfasst, Berechnen (606) von Werten für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale, Ermitteln (612) einer Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell (500) des Windparks und Unterscheiden (614) eines ersten Beitrags zu der Schallaufzeichnung, der von der mindestens einen in Betrieb befindlichen Windkraftanlage stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, auf der Grundlage der ermittelten Beziehung.
Verfahren (600) nach Anspruch 1, das ferner das Erstellen (610) des akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells (500) für den Windpark (300) einschließlich eines mit der mindestens einen in Betrieb befindlichen Windkraftanlage (301) verknüpften ersten Beitrags und eines mit anderen Quellen als einer Windkraftanlage verknüpften zweiten Beitrags umfasst.
Verfahren (600) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Berechnen (606) von Werten für mehrere akustische Merkmale das Ausführen (608) mehrerer statistischer und nichtstatistischer Algorithmen in zumindest einem Teil eines vorgegebenen Frequenzbereichs umfasst.
Verfahren (600) nach Anspruch 3, das ferner das Erstellen (604) einer Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung für die mehreren Schalldruckmessungen umfasst.
Verfahren (600) nach Anspruch 4, bei dem die Schalldruckmessung-Zeit-Beziehung amplitudenmodulierte Wellenformen mit einer Trägerfrequenzkomponente und einer Modulationshüllkurvenkomponente enthält, wobei das Ausführen (608) mehrerer statistischer und nichtstatistischer Algorithmen das Analysieren der Trägerfrequenzkomponente oder/ und der Modulationshüllkurvenkomponente umfasst.
Verfahren (600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Unterscheiden (614) eines ersten Beitrags zu der Schallaufzeichnung das Herausfiltern (616) des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung aus der Schallaufzeichnung für den Windpark (300) und/ oder bei dem das Herausfiltern (616) des zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung das Markieren von Teilen der Schallaufzeichnung umfasst.
Verfahren (600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Unterscheiden (614) eines ersten Beitrags zu der Schallaufzeichnung das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung für mehrere Zeiträume umfasst.
Verfahren (600) nach Anspruch 7, bei dem das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung das Analysieren des zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung für einen vorgegebenen Zeitraum nach dem Erstellen der Schallaufzeichnung umfasst und/ oder bei dem das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung das Berechnen von Beiträgen des zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung zu Differenzen bei Gesamtschalldruckmessungen (Schalldruck-Δ) und das Erzeugen statistischer Schätzungen der Schalldruck-Δ umfasst.
Verfahren (600) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung das Verwenden bekannter Quellen des zweiten Beitrags auf die Schallaufzeichnung zum Trainieren des akustischen Wahrscheinlichkeitsmodells (500) für den Windpark (300) umfasst.
Verfahren (600) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Unterscheiden des aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammenden zweiten Beitrags zu der Schallaufzeichnung das Zuordnen von Änderungen bei den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale zu akustischen Signaturen umfasst, die mit bekannten Lärmquellen in dem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell (500) für den Windpark (300) verknüpft sind.
Windpark (300), der Folgendes umfasst: mehrere Windkraftanlagen (301), die eine in Betrieb befindliche Windkraftanlage umfassen, ein Mikrofon (350), das in der Nähe des Windparks positioniert ist, und eine mit dem Mikrofon verbundene Rechenvorrichtung (105; 215; 804), die einen Prozessor (115; 816; 826) und eine mit dem Prozessor verbundene Speichervorrichtung (110) umfasst, wobei die Rechenvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie: eine Schallaufzeichnung erzeugt (604), indem sie mehrere Schalldruckmessungen für den Windpark über das Mikrofon aufzeichnet, Werte für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale berechnet (606), mit Hilfe der Rechenvorrichtung eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell (500) des Windparks ermittelt (612), auf der Grundlage der ermittelten Beziehung einen ersten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der von der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, unterscheidet (614).
Windpark (300) nach Anspruch 11, bei dem das Mikrofon (350) eine Mikrofonstation (406), die zumindest einen Teil der Rechenvorrichtung (105; 215; 804) umfasst, und/ oder bei dem das Mikrofon (350) mehrere Mikrofone umfasst, die innerhalb einer äußeren Begrenzung (352) und/oder an der äußeren Begrenzung und/oder außerhalb der äußeren Begrenzung des Windparks positioniert sind.
Windpark (300) nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Mikrofon (350) in Bezug auf die in Betrieb befindliche Windkraftanlage (301) ausgerichtet ist, was eine Doppler-Verschiebungsanalyse zumindest eines Teils der Schallaufzeichnung ermöglicht.
Windpark (300) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Rechenvorrichtung (105; 215; 804) eine Lärmüberwachungs- und -regelstation (400) umfasst, die dazu eingerichtet ist, dass sie den Betrieb der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage (301) zumindest teilweise auf der Grundlage der ermittelten Beziehung regelt, und/oder bei dem die Rechenvorrichtung (105; 215; 804) ferner dazu eingerichtet ist, das akustische Wahrscheinlichkeitsmodell (500) für den Windpark einschließlich eines mit der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage (301) verknüpften ersten Beitrags und eines mit anderen Quellen als einer Windkraftanlage verknüpften zweiten Beitrags zu erstellen.
Ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien (110; 225; 814) mit darauf enthaltenen per Computer ausführbaren Anweisungen, die, wenn sie von mindestens einem Prozessor (110; 816; 826) ausgeführt werden, den mindestens einen Prozessor dazu veranlassen: durch Aufzeichnen mehrerer Schalldruckmessungen für den Windpark (300) eine Schallaufzeichnung zu erzeugen (604), Werte für mehrere mit der Schallaufzeichnung verknüpfte akustische Merkmale zu berechnen (606), eine Beziehung zwischen den berechneten Werten für die mehreren akustischen Merkmale und modellierten Werten für akustische Merkmale in einem akustischen Wahrscheinlichkeitsmodell (500) des Windparks zu ermitteln und einen ersten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der von der in Betrieb befindlichen Windkraftanlage (301) stammt, von einem zweiten Beitrag zu der Schallaufzeichnung, der aus anderen Quellen als einer Windkraftanlage stammt, auf der Grundlage der ermittelten Beziehung zu unterscheiden (614).