DE102016005159A1 - Method and device for measuring wind speed and wind direction on wind turbines with rotor blades flowing around them - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsmessung auf Windkraftanlagen mit umströmten Rotorblättern, bei dem eine gondelfeste Messanordnung von Strömungssensoren (4) im Abströmbereich der Rotorblätter (2.1) angeordnet wird, wobei mehrere im Abstand zueinander angeordnete Strömungssensoren (4.1, 4.2, 4.3) auf oder an der Gondel (1) angeordnet sind, die von der hinter den Rotorblättern (2.1) in Richtung auf die Gondel (1) erzeugten schrägen Anströmung bestrichen werden.Method and device for wind speed and wind direction measurement on wind turbines with flow around rotor blades, in which a gondelfeste measuring arrangement of flow sensors (4) in the outflow of the rotor blades (2.1) is arranged, wherein a plurality of spaced apart flow sensors (4.1, 4.2, 4.3) on or are arranged on the nacelle (1), which are coated by the oblique flow generated behind the rotor blades (2.1) in the direction of the nacelle (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsmessung auf Windkraftanlagen mit umströmten Rotorblättern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a method for wind speed and wind direction measurement on wind turbines with flow around rotor blades according to the preamble of patent claim 1, and a device according to the preamble of
Die mit großem Abstand dominierende Bauform ist die dreiblättrige Windkraftanlage mit horizontaler Achse und Rotor auf der Luvseite, deren Maschinenhaus auf einem Turm montiert ist und der Windrichtung aktiv nachgeführt wird.By far the most dominant design is the three-bladed wind turbine with horizontal axis and rotor on the windward side, whose engine house is mounted on a tower and the wind direction is actively tracked.
Ein derartiges Verfahren ist mit dem Gegenstand der
Die Steuerung und/oder Überwachung erfolgt dabei unter Berücksichtigung einer Schätzung der Windgeschwindigkeit, die dabei mit Hilfe einer Schätzfunktion und einem LIDAR-Sensor, der hinter dem Rotor angeordnet ist und auf eine vor dem Rotor angeordnete Linie fokussiert wird. Die Schätzung des vor dem Rotor herrschenden Windes erfolgt dann auf der Basis vom LIDAR-Sensor ermittelten Daten und dem Windausbreitungsmodell.The control and / or monitoring takes place in consideration of an estimate of the wind speed, which is thereby focused by means of an estimation function and a LIDAR sensor, which is arranged behind the rotor and on a line arranged in front of the rotor. The estimation of the prevailing wind before the rotor then takes place on the basis of the LIDAR sensor determined data and the wind propagation model.
Nachteilig bei dem bekannten Kontroll- und Überwachungsverfahren ist die aufwendige Verwendung eines radargestützten Sensors, der nur mit hohem Aufwand betrieben werden kann. Er ist reparaturanfällig und kostenintensiv.A disadvantage of the known control and monitoring method is the complicated use of a radar-based sensor that can only be operated with great effort. He is prone to repair and costly.
Mit dem Gegenstand der
Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren, das auf eine Windertragsmessung unter Beachtung des höhenabhängigen Windgeschwindigkeitsgradienten abzielt. Dabei wird berücksichtigt, dass das Rotorblatt während eines Umlaufs unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen ausgesetzt ist. Die auf dem Rotorblatt befestigten Sensoren, dienen der Messwerterfassung. Die Übertragung der Messsignale der drehenden Sensoren auf eine gondelfeste Erfassungseinrichtung ist jedoch fehlerbehaftet und aufwendig. Aus einem komplexen Datensatz wird schließlich mittels tabellierter Windgeschwindigkeits-Feldcharakteristik und einer Sucheinrichtung eine mittlere effektive Windgeschwindigkeit bestimmt.This document describes a method which aims at a wind yield measurement taking into account the height-dependent wind velocity gradient. It is taken into account that the rotor blade is exposed to different wind speeds and wind directions during one revolution. The sensors mounted on the rotor blade are used for measuring value acquisition. However, the transmission of the measuring signals of the rotating sensors to a gondelfeste detection device is faulty and expensive. Finally, a mean effective wind speed is determined from a complex data set by means of a tabulated wind speed field characteristic and a search device.
Nach allgemeinem Verständnis werden zur Erfassung der notwendigen Messsignale die an der Windkraftanlage vorhandenen Messmittel verwendet, wodurch der vorteilbehaftete geringere Kostenaufwand für das Verfahren begründbar ist.According to general understanding, the existing measuring equipment on the wind turbine are used to capture the necessary measurement signals, whereby the advantageous lower cost of the process is justifiable.
Es wären lediglich die an der Windkraftanlage vorhandenen Messmittel, ohne eigene Sensoren zu verwenden. Dies ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass nur ungenaue Messungen möglich sind, weil keine speziellen zur Windrichtungsbestimmung und Windstärkebestimmung vorhandenen Sensoren vorhanden sind.It would be only the existing measuring equipment on the wind turbine, without using their own sensors. However, this is associated with the disadvantage that only inaccurate measurements are possible because there are no special sensors for determining wind direction and wind strength.
Mit dem Gegenstand der
Diese Druckschrift beschreibt ein Messverfahren zur Messung von mindestens einem Windmerkmal (Windgeschwindigkeit, Windrichtung u. a.), bei dem die Messsensoren auf der Nabe des Rotors in der Weise befestigt sind, dass sie sich in Strömungsrichtung vor dem Rotorblatt befinden und sich mit diesem mitdrehen. Das Sensorsystem ist auf der Nabe des Rotorblattes in einem nach vorn gerichteten, etwa horizontal ausgerichteten Messstab angeordnet, der das Anströmfeld erfassen soll.This document describes a measuring method for measuring at least one wind feature (wind speed, wind direction, and the like) in which the measuring sensors are mounted on the hub of the rotor in such a way that they are in the direction of flow in front of the rotor blade and rotate with it. The sensor system is arranged on the hub of the rotor blade in a forwardly oriented, approximately horizontally oriented dipstick which is intended to detect the inflow field.
Deshalb können mit einer solchen Sensoranordnung nur die Windgeschwindigkeit und möglicherweise auch die Windrichtung bestimmt werden und erfordert die Verwendung einer relativ langen Messstange, an deren vorderen freien Ende ein Sensor angeordnet ist. Es besteht jedoch der Nachteil, dass die Messstange in der Rotationsachse ausgerichtet sein muss. Dabei wird vorausgesetzt, dass nabenseitig keine Unwucht gegeben ist, wodurch das Messergebnis verfälscht werden würde. Die drahtlose Übertragung der Messsignale der mit dem Rotor drehenden Messeinrichtung auf eine gondelseitige Auswerteeinheit ist aufwendig und störanfällig.Therefore, with such a sensor arrangement only the wind speed and possibly also the wind direction can be determined and requires the use of a relatively long measuring rod, at the front free end of which a sensor is arranged. However, there is the disadvantage that the measuring rod must be aligned in the axis of rotation. It is assumed that there is no imbalance on the hub side, whereby the measurement result would be falsified. The wireless transmission of the measuring signals of the rotating with the rotor measuring device on a gondola-side evaluation is complicated and prone to failure.
Außerdem besteht die Gefahr, dass eine starke Windanströmung den Messstab auslenkt, wodurch das Messergebnis verfälscht wird.In addition, there is a risk that a strong Windanströmung deflects the dipstick, whereby the measurement result is falsified.
Mit dem Gegenstand der
Um zu vermeiden, dass die hinter dem Rotor angeordneten Windmessmittel in eine turbulente Strömung gelangen, werden 4 Prandtl'sche Staurohre auf einer rotationssymmetrischen Stange in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und drehfest auf der rotierenden Nabe montiert. Aus der Drehgeschwindigkeit und der Wechselwirkung mit dem Staudruck des wirkenden Windes kann die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit vor der Nabe gemessen werden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Montage der Messlanze auf der rotierenden Nabe, die rotationssymmetrisch anzubringen ist, um Messabweichungen durch Querbewegungen infolge von Exzentrizität zu vermeiden.In order to avoid that the arranged behind the rotor wind measuring means get into a turbulent flow, 4 Prandtl pitot tubes are arranged on a rotationally symmetrical rod in a common plane and rotatably mounted on the rotating hub. From the rotational speed and the interaction with the dynamic pressure of the acting wind, the wind direction and the wind speed in front of the hub be measured. A disadvantage of this arrangement is the mounting of the measuring lance on the rotating hub, which is rotationally symmetrical to install, in order to avoid errors in measurement due to transverse movements due to eccentricity.
Mit dem Gegenstand der
Die Druckschrift beinhaltet die Anordnung von Ultraschallmessstrecken auf einem Platz auf der Nabe des Rotors oder auf und in einer Lanze vor der Nabe des Rotors, um eine Information zur „wahren” Windrichtung und zur Windgeschwindigkeit zu erhalten. Dabei findet das Rotationsverhalten des Messaufbaus bezüglich des anströmenden Windes Berücksichtigung. In einer Anordnung mit mehreren Ultraschallmessstrecken können die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung in 3 Raumrichtungen gemessen werden.The document includes the arrangement of ultrasonic measuring sections on a location on the hub of the rotor or on and in a lance in front of the hub of the rotor in order to obtain information about the "true" wind direction and the wind speed. The rotational behavior of the measurement setup with respect to the incoming wind is taken into account. In an arrangement with several ultrasonic measuring sections, the wind speed and the wind direction can be measured in 3 spatial directions.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass infolge der relativ kurzen Messstrecke und ihrer Rotationsbewegung auf der Nabe eine sehr präzise Laufzeitmessung erforderlich ist, was sich bei den Anschaffungskosten maßgeblich niederschlägt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die „wahre” Windrichtung und die zugehörige Windgeschwindigkeit infolge des Vorstaus des Rotors und der aerodynamischen Wirkung der Nabe, auf der die Ultraschallmessstrecken montiert sind, bereits eine Verfälschung erfahren, die nicht oder nur sehr aufwendig berichtigt werden kann.A disadvantage of this arrangement is that due to the relatively short measuring distance and its rotational movement on the hub a very precise transit time measurement is required, which is reflected significantly in the cost. Another disadvantage is that the "true" wind direction and the associated wind speed as a result of the Vorstaus the rotor and the aerodynamic effect of the hub on which the ultrasonic measuring sections are mounted, already undergo a falsification that can not be corrected or only very expensive.
Zusammenfassend lässt sich der benannte Stand der Technik wie folgt charakterisieren:
- • In Bereich der windabgewandten Seite der Rotationsebene, also hinter dem Rotorblatt angeordnete Messeinrichtungen besitzen den Nachteil, dass die Messwerte für die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung durch die Wirbelbildung stromabwärts des Rotors Messabweichungen zeigen, die zu einer nicht optimalen Ausrichtung der Windkraftanlage im Wind führt. Charakteristisch ist hier ein durch den Einfluss der Rotordrehung verfälschtes Windrichtungssignal. Die Mittelwertbildung beseitigt zwar in der praktischen Nutzung dynamische Schwankungen im Messsignal, Prinzip bedingt verbleibt aber eine systematische Messabweichung die von der Windgeschwindigkeit abhängig ist und so immer zu einer Fehlausrichtung der Windkraftanlage im Wind führt. Bisherige Messsysteme wie z. B. weit verbreitete Schalenanemometer mit Windfahne oder Ultraschallanemometer sind im Allgemeinen zu träge, um die genannte systematische Messabweichung zu erfassen und schließlich berichtigen zu können.
- • Auf der Nabe des Rotorblattes installierte Windmesseinrichtungen beseitigen zwar das Problem der verwirbelten Windströmung, müssen aber weit vor dem Rotor angeordnet sein, um aus dem Bereich des Vorstaus des Rotors zu gelangen, wie es beim Patent
DE20114351 B1 - • Andere technische Ausführungen versuchen es in ähnlicher Weise, wenn man dazu das Patent
EP 1733241 - • Windfeldvermessende Systeme auf Basis der Partikelrückstreuung von Licht oder Ultraschall (wie z. B. LIDAR oder SODAR) wären geeignete Systeme für eine verbesserte Windrichtungsnachführung der Windenergieanlage. Derartige Systeme sind aber technisch komplex und weisen eine sehr kostenintensive Messtechnik auf, die bisher noch keine breite Anwendung gefunden hat.
- • In the region of the windward side of the plane of rotation, so arranged behind the rotor blade measuring devices have the disadvantage that the measured values for the wind speed and the wind direction by the vortex formation downstream of the rotor show deviations that leads to a non-optimal orientation of the wind turbine in the wind. Characteristic here is a distorted by the influence of the rotor rotation wind direction signal. Although the averaging eliminates dynamic fluctuations in the measurement signal in practical use, the principle remains a systematic error that depends on the wind speed and thus always leads to a misalignment of the wind turbine in the wind. Previous measuring systems such. B. widespread Anemometer with wind vane or ultrasonic anemometer are generally too slow to detect the aforementioned systematic error and eventually correct.
- Although wind measuring devices installed on the hub of the rotor blade eliminate the problem of swirling wind flow, they must be arranged far in front of the rotor in order to get out of the area of the rotor's pre-jam, as in the patent
DE20114351 B1 - • Other technical versions try it in a similar way, if you add the patent
EP 1733241 - • Wind field measuring systems based on particle backscatter of light or ultrasound (such as LIDAR or SODAR) would be suitable systems for improved wind direction tracking of the wind turbine. However, such systems are technically complex and have a very cost-intensive measurement technology that has not yet found wide application.
Der Erfindung liegt deshalb ausgehend von der
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet.To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
Nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist kumulativ oder in Alleinstellung nach einem und/oder mehreren der nachfolgenden Merkmale folgendes vorgesehen:
- 1. Die für die Erfassung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung erforderlichen hochdynamischen Strömungssensoren sind zueinander in festen Abständen und bezogen auf die Anströmrichtung unmittelbar hinter der Rotationsebene des Rotorblattes der Windkraftanlage angeordnet.
- 2. Der Abstand zwischen der Rotorblattebene und der Anordnung der Strömungssensoren ist so gewählt, dass die Rotationsebene des auf der Nabe befindlichen Rotorblatts diese Anordnung der Strömungssensoren nicht berührt.
- 3. Der Abstand ist weiterhin so gewählt, dass die Wirkung des vorbeilaufenden Rotorblattes auf die Windströmung von den Messaufnehmern zeitgleich erfasst wird und aus dem zeitlichen Verlauf der von den Messaufnehmern erfassten Messsignalen die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit bestimmt wird.
- 1. The required for the detection of wind speed and wind direction high-dynamic flow sensors are arranged to each other at fixed intervals and with respect to the direction of flow directly behind the plane of rotation of the rotor blade of the wind turbine.
- 2. The distance between the rotor blade plane and the arrangement of the flow sensors is selected so that the plane of rotation of the rotor blade located on the hub does not touch this arrangement of the flow sensors.
- 3. The distance is further chosen so that the effect of the passing rotor blade is detected at the same time on the wind flow of the sensors and the wind direction and the wind speed is determined from the time course of the measured signals detected by the sensors.
Merkmal der Erfindung ist demnach, dass auf der windabgewandten Seite der Rotorblattanordnung, auf einer gondelfesten Messebene mehrere im Abstand zueinander angeordnete Strömungssensoren angeordnet sind, die von der hinter dem Rotorblatt in Richtung auf die Gondel erzeugten schrägen Anströmung bestrichen werden. A feature of the invention is therefore that on the windward side of the rotor blade assembly, a plurality of spaced-apart flow sensors are arranged on a gondelfesten measuring plane, which are coated by the generated behind the rotor blade in the direction of the nacelle oblique flow.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass im Bereich des Rotorblattes resultierende Strömungen entstehen, die sich aus der Überlagerung der Anströmrichtung des Windes und der Drehrichtung des Rotorblattes ergeben, wobei die erfindungsgemäße Messanordnung in diesem Bereich der sich überlagernden Strömungen angeordnet ist. Der resultierende Strömungsbereich auf der windabgewandten Seite der Rotoranordnung wird im Folgenden als Abströmung bezeichnet.The invention makes use of the finding that resulting flows arise in the region of the rotor blade resulting from the superimposition of the direction of flow of the wind and the direction of rotation of the rotor blade, wherein the measuring arrangement according to the invention is arranged in this region of the overlapping flows. The resulting flow region on the leeward side of the rotor assembly is referred to as outflow in the following.
Das Messprinzip der vorliegenden Messanordnung benutzt dabei bevorzugt mehrere auf gleicher Linie hintereinander liegende Strömungssensoren, wobei diese Anordnung bevorzugt parallel zur Rotationsebene der Rotorblätter liegen sollte.The measuring principle of the present measuring arrangement preferably uses a plurality of flow sensors arranged one behind the other on the same line, wherein this arrangement should preferably be parallel to the plane of rotation of the rotor blades.
Dies bedeutet, dass wenn beispielsweise drei im Abstand voneinander angeordnete Strömungssensoren auf einer gondelfesten Fläche der Gondel angeordnet sind, dass zuerst der in Strömungsrichtung vorne liegende Strömungssensor angeströmt wird, dann danach der mittlere Strömungssensor und schließlich der darauf folgende weitere Strömungssensor.This means that if, for example, three flow sensors arranged at a distance from one another are arranged on a nacelle surface of the nacelle, the first flow sensor in the flow direction is flown first, then the middle flow sensor and finally the following further flow sensor.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anordnung von drei im Abstand voneinander angeordneten Sensoren beschränkt, die auch nicht unbedingt auf einer geraden Linie hintereinander liegend angeordnet sein müssen.Of course, the invention is not limited to the arrangement of three sensors arranged at a distance from one another, which also need not necessarily be arranged on a straight line one behind the other.
Sie können auch auf einer gekrümmten Linie oder sogar auf einem Kreissegment mit festem Radius angeordnet werden, d. h. am Umfang einer Messscheibe angeordnet sein. Eine solche Messscheibe kann als separates Teil auch nachträglich auf der Gondel befestigt werden.They can also be arranged on a curved line or even on a circle segment with a fixed radius, i. H. be arranged on the circumference of a measuring disk. Such a measuring disc can be attached as a separate part and subsequently on the gondola.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine solche Messanordnung auf der Oberseite (Deckseite) der Gondel nahe dem Rotorblatt angeordnet ist.In a preferred embodiment of the invention it is provided that such a measuring arrangement is arranged on the upper side (cover side) of the nacelle near the rotor blade.
Dies ist wesentlich, denn die direkt in der Rotationsebene der Rotorblätter herrschende Anströmung verändert ihre Windrichtung und Windgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand von der Rotorebene, sodass am hinteren Teil der Gondel für das Messverfahren ungünstigere Messbedingungen bestehen, sodass darauf geachtet werden sollte, dass die Strömungssensoren möglichst nahe an der vorderen Stirnseite der Gondel angeordnet sind.This is essential because the incoming flow directly in the plane of rotation of the rotor blades changes their wind direction and wind speed with increasing distance from the rotor plane, so that at the rear part of the nacelle for the measurement process unfavorable measuring conditions exist, so that care should be taken that the flow sensors as close as possible are arranged on the front end of the nacelle.
Die nahe Anordnung der Strömungssensoren hinter dem Rotorblatt erlaubt sowohl die Windrichtung als auch die Windgeschwindigkeit zu bestimmen.The close arrangement of the flow sensors behind the rotor blade allows to determine both the wind direction and the wind speed.
Ein Merkmal des Messverfahrens ist dabei, dass es die aerodynamische Wirkung des im Wind vorbeilaufenden Rotorblatts benutzt, indem der anströmende Wind vor und nach dem Vorbeilauf und insbesondere die Abströmung während des Vorbeilaufs des Rotorblatts mittels Strömungssensoren, welche beispielsweise entlang einer Linie unmittelbar hinter dem Rotor angeordnet sind, in ihrer Amplitude und ihrem zeitlichen Verlauf erfasst werden, um so auf den anströmenden „wahren” Wind zu schließen.A characteristic of the measuring method is that it uses the aerodynamic effect of the rotor blade passing by by the incoming wind before and after the passage and in particular the outflow during the passage of the rotor blade by means of flow sensors, for example, arranged along a line immediately behind the rotor are recorded in their amplitude and their time course, so as to infer the oncoming "true" wind.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die vorteilhaft drei im Abstand voneinander angeordneten Strömungssensoren jeweils getrennt voneinander die Amplitude der Windgeschwindigkeit messen.According to a feature of the invention, it is provided that the advantageously three flow sensors arranged at a distance from each other separately measure the amplitude of the wind speed.
Ein Merkmal der Erfindung ist, dass die erfassten Amplitudenverläufe der Windgeschwindigkeiten an jedem Strömungssensor von der Windgeschwindigkeit des anströmenden Windes und der Abströmung abhängen.A feature of the invention is that the detected amplitude profiles of the wind speeds at each flow sensor depend on the wind speed of the incoming wind and the outflow.
Aus den Unterschieden der erfassten Amplitudenverläufe der einzelnen Strömungssensoren lässt sich der Anströmwinkel und die Anströmgeschwindigkeit in der Rotationsebene bestimmen.From the differences in the detected amplitude curves of the individual flow sensors, the angle of attack and the flow velocity in the plane of rotation can be determined.
Der zeitliche Versatz zwischen den erfassten Amplitudenverläufen der Strömungssensoren ist ebenfalls ein Maß für die Windgeschwindigkeit und deren Richtung.The temporal offset between the detected amplitude curves of the flow sensors is also a measure of the wind speed and its direction.
In Abhängigkeit von der Anordnung der Strömungssensoren zur Rotationsebene ist der Zeitversatz Δt also ein Maß für den resultierenden Anströmwinkel, den der von den Rotorblättern in Richtung auf die Messanordnung abströmende Windstrom einnimmt.Depending on the arrangement of the flow sensors to the plane of rotation of the time offset .DELTA.t is thus a measure of the resulting angle of attack, which occupies the effluent from the rotor blades in the direction of the measuring arrangement wind flow.
Bei linearer Anordnung der Strömungssensoren senkrecht zur Anströmrichtung in einem homogenen Windfeld messen alle Sensoren das gleiche Signal. Bei einer zusätzlichen Drehbewegung des Rotors ändert sich die Anströmrichtung der Sensoren. Der veränderte Anströmwinkel führt zu unterschiedlichen Signalverläufen an den Sensoren. Die Erfindung ist in der Anordnung der Strömungssensoren relativ frei.With a linear arrangement of the flow sensors perpendicular to the direction of flow in a homogeneous wind field, all sensors measure the same signal. With an additional rotational movement of the rotor, the direction of flow of the sensors changes. The changed angle of attack leads to different signal characteristics at the sensors. The invention is relatively free in the arrangement of the flow sensors.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strömungssensoren auf einer Linie liegend auf einer ebenen und etwa horizontalen Deckfläche der Gondel angeordnet sind.In a first embodiment of the invention it is provided that the flow sensors a line lying on a flat and approximately horizontal top surface of the nacelle are arranged.
Ist die Deckfläche der Gondel gebogen, kann es auch möglich sein, dass die Sensoren auf einer in Richtung zu einer horizontalen Ebene gebogenen Fläche angeordnet sind, wobei der Radius dieser Linie, der durch sämtliche Messsensoren geht, etwa der Krümmung der Deckfläche entsprechen soll.If the top surface of the nacelle bent, it may also be possible that the sensors are arranged on a curved surface in the direction of a horizontal plane, wherein the radius of this line, which goes through all measuring sensors should correspond approximately to the curvature of the top surface.
In einer dritten Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Strömungssensoren an der vertikalen Stirnseite der Gondel im Nabenbereich der Rotoranordnung angeordnet sind und in einer vierten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Strömungssensoren mit abstandshaltenden Stangen gleichmäßig am Umfang der Gondel über einem Winkel von 180° angeordnet sind, wobei die Strömungssensoren am vorderen freien Ende von jeweils stangenförmigen Abstandshaltern angeordnet sind.In a third embodiment it can be provided that the flow sensors are arranged on the vertical end face of the nacelle in the hub region of the rotor assembly and in a fourth embodiment it can be provided that the flow sensors with spacer rods uniformly on the circumference of the nacelle over an angle of 180 ° are arranged, wherein the flow sensors are arranged at the front free end of each rod-shaped spacers.
Diese Abstandshalter haben den Sinn, die Strömungssensoren möglichst von dem relativ windstillen Bereich aus der Nabe der Rotorblätter radial auswärts in den Abströmbereich der Rotorblattanordnung zu bringen.These spacers have the purpose of bringing the flow sensors as far as possible from the relatively windless region out of the hub of the rotor blades radially outward into the outflow region of the rotor blade arrangement.
Eine günstige Länge für derartige Abstandshalter ist z. B. ein Maß von z. B. 2 m oder dergleichen.A cheap length for such spacers is z. B. a measure of z. B. 2 m or the like.
Selbstverständlich können statt der einzelnen, aus Stangen bestehenden Abstandshalter auch andere Anordnungselemente verwendet werden, wie z. B. dreieckförmige oder sogar kreisförmige Elemente, an deren Umfang die besagten Strömungssensoren angeordnet sind.Of course, instead of the individual, consisting of rods spacers and other arrangement elements may be used, such. B. triangular or even circular elements, on the circumference of which said flow sensors are arranged.
In einer fünften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Strömungssensoren am Umfang einer Messscheibe angeordnet sind, wobei diese Messscheibe flach auf der Deckfläche der Gondel angeordnet ist und möglichst nahe an den Nabenbereich der Rotorblattanordnung herangerückt ist.In a fifth embodiment, it can be provided that the flow sensors are arranged on the circumference of a measuring disk, wherein this measuring disk is arranged flat on the top surface of the nacelle and has moved as close as possible to the hub region of the rotor blade assembly.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art.
Soweit einzelne Gegenstände als „erfindungswesentlich” oder „wichtig” bezeichnet sind, bedeutet dies nicht, dass diese Gegenstände notwendigerweise den Gegenstand eines unabhängigen Anspruches bilden müssen. Dies wird allein durch die jeweils geltende Fassung des unabhängigen Patentanspruches bestimmt.As far as individual items are referred to as "essential to the invention" or "important", this does not mean that these items necessarily have to form the subject of an independent claim. This is determined solely by the current version of the independent claim.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.
Es zeigen:Show it:
Die für die Erfassung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung erforderlichen hochdynamischen Messaufnehmer für Strömungen
Der Abstand zwischen Rotationsebene der Rotorblätter
Der Abstand ist weiterhin so gewählt, dass die Wirkung des vorbeilaufenden Rotorblattes
In
Die Strömungssensoren
Ist die Oberseite
Sie sollten möglichst einen äquidistanten Abstand haben, um die Rechenschaltung zu vereinfachen.You should have as far as possible an equidistant distance to simplify the calculation circuit.
Dies ist jedoch nicht lösungsnotwendig, denn sie können auch unterschiedliche Abstände aufweisen, was allerdings den Aufwand bei der Auswertung der Messsignale erhöht.However, this is not necessary for the solution, because they can also have different distances, but this increases the effort in the evaluation of the measurement signals.
Wie ausgeführt, sollte der Abstand
Die
Die
Dies hat den Vorteil, dass die Strömungssensoren
Sie sollten jedoch in ihrer Messebene bezogen auf die Stirnseite
In
Die
Es ist jedenfalls günstig, die Strömungssensoren
An diesen Abströmbereich
Der für die Messanordnung günstige Abströmbereich
Jedes Rotorblatt besteht im Wesentlichen aus einer Blattwurzel
An den zylindrischen Bereich
Es ist deshalb günstig, die Strömungssensoren
Die
Die im Abströmbereich
Die Anströmrichtung
In diesem Bereich ist die Messebene
Die
Es entstehen somit unterschiedliche Zeitversätze Δt1, Δt2 und Δt3, die ein Maß für die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit sind.This results in different time offsets Δt1, Δt2 and Δt3, which are a measure of the wind direction and the wind speed.
Ebenso gehen in das Messergebnis die Amplituden A1, A2 und A3 der Signale ein, sodass mit einer Rechenschaltung
Es handelt sich hier um einen Algorithmus, der in der Lage ist, aus den Zeitversätzen und den Amplituden der verschiedenen Messsignale der Strömungssensoren
Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die aus einer einfachen Messanordnung von mehreren Strömungssensoren besteht und die aerodynamische Abströmung nutzt, eine kostengünstige Messvorrichtung erstellt werden, die auf aufwendige Verfahren wie LIDAR und SODAR verzichtet und die im Wesentlichen aus hochdynamischen Strömungssensoren oder anderen hochdynamischen Sensoren wie z. B. Hitzdraht-Anemometern, Drucksensoren oder geheizten Thermistoren besteht.Overall, with the measuring device according to the invention, which consists of a simple measuring arrangement of several flow sensors and uses the aerodynamic outflow, a cost-effective measuring device can be created that dispenses with complex procedures such as LIDAR and SODAR and essentially from highly dynamic flow sensors or other highly dynamic sensors such , As hot wire anemometers, pressure sensors or heated thermistors consists.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gondelgondola
- 22
- Nabehub
- 2.12.1
- Rotorblattrotor blade
- 2.22.2
- Verdrehebene des RotorblattesVerdrehebene of the rotor blade
- 3.13.1
- Bewegungsrichtung der RotorblätterDirection of movement of the rotor blades
- 3.23.2
- Rotationsebene (der Rotorblätter)Rotation plane (the rotor blades)
- 44
- Strömungssensorenflow sensors
- 4.14.1
- erster Strömungssensorfirst flow sensor
- 4.24.2
- zweiter Strömungssensorsecond flow sensor
- 4.34.3
- dritter Strömungssensorthird flow sensor
- 4.44.4
- Längsachse der GondelLongitudinal axis of the gondola
- 4.54.5
- Anordnungslinieassembly line
- 4.64.6
- Abstanddistance
- 55
- Anstellwinkelangle of attack
- 66
- WindanströmrichtungWindanströmrichtung
- 77
-
Oberseite (von
1 )Top (from1 ) - 88th
-
Stirnseite (von
1 )Front side (from1 ) - 99
- Rotorwellerotor shaft
- 1010
- Pfeilrichtungarrow
- 1111
- Abstanddistance
- 1313
- Abstandshalterspacer
- 1414
- oberes TurmsegmentUpper tower segment
- 1515
- Abströmbereichoutflow region
- 1616
- Zwischenbereichintermediate area
- 1717
- Nabenbereichhub area
- 1818
- Blattwurzelblade root
- 19.a19.a
- zylindrischer Bereichcylindrical area
- 19.b19.b
- aerodynamischer Profilbereichaerodynamic profile area
- 19.c19.c
- Blattspitzeblade tip
- 2020
- Rechenschaltungcomputing circuit
- 2121
- Kreisumfangcircumference
- 2222
- Anströmrichtungflow direction
- 2323
- Messscheibemeasuring disk
- 2424
- Messebenemeasuring plane
- 2525
- Positionposition
- 2626
- Längelength
- wRwR
- Windrichtungwind direction
- wGwG
- Windgeschwindigkeitwind speed
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2876302 A1 [0003, 0020] EP 2876302 A1 [0003, 0020]
- EP 2494192 A1 [0006] EP 2494192 A1 [0006]
- EP 2048507 A2 [0010] EP 2048507 A2 [0010]
- DE 20114351 U1 [0014] DE 20114351 U1 [0014]
- EP 1733241 B1 [0016] EP 1733241 B1 [0016]
- DE 20114351 B1 [0019] DE 20114351 B1 [0019]
- EP 1733241 [0019] EP 1733241 [0019]
Claims (10)
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DE102016005159.0A DE102016005159A1 (en) | 2016-04-28 | 2016-04-28 | Method and device for measuring wind speed and wind direction on wind turbines with rotor blades flowing around them |
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ID=60081638
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