DE102016005159A1 - Method and device for measuring wind speed and wind direction on wind turbines with rotor blades flowing around them - Google Patents

Method and device for measuring wind speed and wind direction on wind turbines with rotor blades flowing around them Download PDF

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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 patent claim 5.

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 EP 2 876 302 A1 bekannt geworden. Es wird ein Kontroll- und Überwachungsverfahren einer Windkraftanlage anhand einer Windgeschwindigkeitsschätzung mit Hilfe eines gondelseitig befestigten LIDAR-Sensors beschrieben. Ebenso wird ein Messverfahren zur Steuerung und/oder der Überwachung einer Windenergieanlage beschrieben, die mit einem LIDAR-Sensor ausgestattet ist.Such a method is with the subject of the EP 2 876 302 A1 known. A control and monitoring method of a wind turbine is described by means of a wind speed estimation with the aid of a gondola-mounted LIDAR sensor. Likewise, a measuring method for controlling and / or monitoring a wind turbine is described, which is equipped with a LIDAR sensor.

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 EP 2 494 192 A1 ist ein Windsensorsystem mit Hilfe von Rotorblattsignalen bekannt geworden.With the subject of EP 2 494 192 A1 a wind sensor system has become known with the aid of rotor blade signals.

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 EP 2 048 507 A2 ist ebenfalls ein rotorseitiges Sensorsystem für eine Windenergieanlage bekannt geworden.With the subject of EP 2 048 507 A2 Also, a rotor-side sensor system for a wind turbine has become known.

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 DE 20 11 43 51 U1 ist ein Windvektorbestimmungsgerät bekannt geworden.With the subject of DE 20 11 43 51 U1 a wind vector determining device has become known.

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 EP 1 733 241 B1 ist ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit und der Richtung an einer Windturbine bekannt geworden.With the subject of EP 1 733 241 B1 For example, another method and apparatus for determining wind speed and direction on a wind turbine has become known.

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 zur Anwendung kommt.
  • • Andere technische Ausführungen versuchen es in ähnlicher Weise, wenn man dazu das Patent EP 1733241 in Betracht zieht. Derartige Messsysteme sind im Allgemeinen aufgrund ihrer Anordnung im Rotorsystem der Anlage sehr kostenintensiv, was die Nachrüstung und die Wartung derartiger Messsysteme auf Windenergieanlagen betrifft.
  • • 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 summary, the named state of the art can be characterized as follows:
  • • 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 is used.
  • • Other technical versions try it in a similar way, if you add the patent EP 1733241 considers. Such measuring systems are generally very expensive due to their arrangement in the rotor system of the system, which relates to the retrofitting and maintenance of such measurement systems on wind turbines.
  • • 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 EP 2 876 302 A1 die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung so weiterzubilden, dass eine Erfassung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung auf der dem Wind abgewandten Seite der Rotoranordnung wesentlich genauer erfolgen kann und die hierfür verwendeten Messsensoren kostengünstiger sind.The invention is therefore based on the EP 2 876 302 A1 the object of developing a method and a device operating according to the method so that a detection of the wind speed and the wind direction on the side facing away from the wind of the rotor assembly can be done much more accurate and the measuring sensors used for this purpose are cheaper.

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.
According to a first embodiment of the present invention, the following is provided cumulatively or in isolation according to one and / or more of the following features:
  • 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:

1: schematisiert eine Draufsicht auf eine Gondel mit einer Rotorblattanordnung 1 : Schematically a plan view of a nacelle with a rotor blade assembly

2: schematisiert eine Schrägansicht einer Gondel von vorne mit mehreren Möglichkeiten der Anordnung von Strömungssensoren 2 : Schematically an oblique view of a nacelle from the front with several ways of arranging flow sensors

3: schematisiert eine weitere Anordnung von Strömungssensoren an der Gondel einer Windkraftanlage 3 : Schematically another arrangement of flow sensors on the nacelle of a wind turbine

4: Stirnansicht des Abströmbereichs hinter der Rotorblattanordnung 4 : End view of the outflow area behind the rotor blade arrangement

5: schematisiert ein Rotorblatt mit Darstellung der verschiedenen, dort zugeordneten Profilformen 5 : schematized a rotor blade with representation of the various, associated there profiled shapes

6: weitere Ausführungsform für die Anordnung der Strömungssensoren 6 : further embodiment for the arrangement of the flow sensors

7: schematisiert die Darstellung der Anströmung eines Rotorblattes und der hinter dem Rotorblatt erzeugten schrägen Abströmung 7 : schematizes the representation of the flow of a rotor blade and the oblique outflow generated behind the rotor blade

8: schematisiert die Messsignale der drei auf einer Linie angeordneten Strömungssensoren 8th : schematizes the measurement signals of the three flow sensors arranged in a line

9: Rechenschaltung zur Ermittlung der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit 9 : Calculation circuit for determining the wind direction and the wind speed

Die für die Erfassung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung erforderlichen hochdynamischen Messaufnehmer für Strömungen 4.1, 4.2 und 4.3 werden beispielsweise in festen äquidistanten Abständen 4.6 zueinander parallel zur Rotationsebene des Rotorblattes 3.2 und orthogonal zur Ausrichtungsachse der Gondel 4.4 auf der Gondel der Windkraftanlage 1 angeordnet.The high-dynamic sensors required for the detection of wind speed and wind direction 4.1 . 4.2 and 4.3 become for example in fixed equidistant intervals 4.6 parallel to the plane of rotation of the rotor blade 3.2 and orthogonal to the alignment axis of the nacelle 4.4 on the nacelle of the wind turbine 1 arranged.

Der Abstand zwischen Rotationsebene der Rotorblätter 3.2 und der Anordnungslinie der Strömungssensoren 4.5 ist so gewählt, dass die Verdrehebene 2.2 des an der Nabe 2 befestigten Rotorblatts 2.1 unabhängig vom Anstellwinkel 5 die Anordnungslinie der Strömungssensoren 4.5 nicht berührt.The distance between the plane of rotation of the rotor blades 3.2 and the arrangement line of the flow sensors 4.5 is chosen so that the distortion 2.2 at the hub 2 attached rotor blade 2.1 regardless of the angle of attack 5 the arrangement line of the flow sensors 4.5 not touched.

Der Abstand ist weiterhin so gewählt, dass die Wirkung des vorbeilaufenden Rotorblattes 2.1 auf die Windströmung von den Messaufnehmern 4.1, 4.2, 4.3 zeitgleich erfasst wird und aus dem zeitlichen Verlauf der von den Messaufnehmern 4.1, 4.2, 4.3 erfassten Messsignalen die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit bestimmt werden.The distance is further selected so that the effect of the passing rotor blade 2.1 on the wind flow from the sensors 4.1 . 4.2 . 4.3 is recorded at the same time and from the time course of the of the sensors 4.1 . 4.2 . 4.3 detected measurement signals, the wind direction and the wind speed are determined.

In 1 ist im Übrigen noch dargestellt, dass die Windanströmrichtung 6 von vorn her erfolgt und auf der windabgewandten Seite des Rotorblattes 2.1 eine schräge Abströmung erzeugt wird, die die an der Oberseite 7 der Gondel angeordneten Strömungssensoren 4.1, 4.1, 4.3 trifft.In 1 is also shown that the Windanströmrichtung 6 taken from the front and on the leeward side of the rotor blade 2.1 an oblique outflow is created, which is at the top 7 the nacelle arranged flow sensors 4.1 . 4.1 . 4.3 meets.

Die Strömungssensoren 4.1, 4.2, 4.3 liegen im gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugt auf einer geraden Anordnungslinie 4.5, weil angenommen wird, dass die Oberseite 7 der Gondel 1 auch im Profil gerade ausgebildet ist.The flow sensors 4.1 . 4.2 . 4.3 lie in the embodiment shown preferably on a straight array line 4.5 because it is assumed that the top 7 the gondola 1 is also formed straight in the profile.

Ist die Oberseite 7 der Gondel gekrümmt, würde sie gemäß 2 auf einer gebogenen Anordnungslinie 4.5 liegen.Is the top 7 The gondola curved, she would according to 2 on a curved arrangement line 4.5 lie.

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 4.6 möglichst gleich sein. Er kann jedoch auch unterschiedlich sein.As stated, the distance should be 4.6 be as equal as possible. But it can also be different.

Die 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die Möglichkeit, dass die Strömungssensoren 4.14.3 auf der vertikalen Stirnseite 8 der Gondel 1 angeordnet sein können, wobei sie jedoch möglichst weit von der Rotorwelle 9 entfernt sein sollen, die sich im gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise in Pfeilrichtung 10 dreht.The 2 shows as another embodiment, the possibility that the flow sensors 4.1 - 4.3 on the vertical front 8th the gondola 1 can be arranged, but as far as possible from the rotor shaft 9 should be removed, in the embodiment shown, for example, in the direction of arrow 10 rotates.

Die 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel, dass es günstig ist, wenn die Strömungssensoren 4.14.3 an den freien Enden von Abstandshaltern 13 angeordnet sind, um so einen Abstand 11 von der Oberfläche der Gondel 1 zu erbringen.The 3 shows as a further embodiment, that it is advantageous if the flow sensors 4.1 - 4.3 at the free ends of spacers 13 are arranged so as to be a distance 11 from the surface of the gondola 1 to provide.

Dies hat den Vorteil, dass die Strömungssensoren 4.14.3 in den Abströmbereich 15 direkt auf der windabgewandten Seite des Rotorblattes 2.1 verlegt werden und je größer der Abstand 11 ist, desto günstiger ist die Anströmung der Strömungssensoren 4.14.3.This has the advantage that the flow sensors 4.1 - 4.3 in the outflow area 15 directly on the windward side of the rotor blade 2.1 be moved and the greater the distance 11 is, the cheaper the flow of the flow sensors 4.1 - 4.3 ,

Sie sollten jedoch in ihrer Messebene bezogen auf die Stirnseite 8 möglichst dicht an die Rotationsebene der Rotorblätter 3.2 verlegt sein, ohne jedoch mit dem Rotorblatt 2.1 zu kollidieren.However, they should be in their measurement plane based on the front page 8th as close as possible to the plane of rotation of the rotor blades 3.2 be laid, but without the rotor blade 2.1 to collide.

In 3 ist auch noch schematisiert dargestellt, dass die Gondel 1 in an sich bekannter Weise auf dem oberen Turmsegment 14 angeordnet ist.In 3 is also schematized that the gondola 1 in a conventional manner on the upper tower segment 14 is arranged.

Die 4 zeigt schematisiert die Gliederung einer an der windabgewandten Seite der Rotorblätter entstehenden Strömung, die nicht unbedingt zentrisch sein muss, sondern sie kann schräg nach unten gerichtet sein, wie dies anhand der 7 noch erläutert werden wird.The 4 schematically shows the structure of a resulting on the windward side of the rotor blades flow, which does not necessarily have to be centric, but it can be directed obliquely downwards, as shown by 7 will be explained.

Es ist jedenfalls günstig, die Strömungssensoren 4.14.3 in den Abströmbereich 15 zu legen, der möglichst weit vom Nabenbereich des Rotorblattes 2.1 radial nach außen verlegt ist.In any case, it is favorable, the flow sensors 4.1 - 4.3 in the outflow area 15 to lay as far as possible from the hub area of the rotor blade 2.1 moved radially outwards.

An diesen Abströmbereich 15 schließt sich ein radial einwärts liegender Zwischenbereich 16 an, in dem nicht so günstige Strömungsverhältnisse bestehen wie im Abströmbereich 15 und daran schließt sich radial einwärts ein Nabenbereich 17 an, in dem die Strömungsverhältnisse ebenfalls ungünstig für die Anordnung der Strömungssensoren 4.14.3 sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anordnung der Strömungssensoren 4.14.3 in dem radial außen liegenden Abströmbereich 15 beschränkt. Die Strömungssensoren 4.14.3 könnten auch im Zwischenbereich 16 und im Nabenbereich 17 angeordnet sein, wobei dann die Rechenschaltung entsprechend angepasst sein muss.At this outflow area 15 closes a radially inward lying intermediate area 16 on, in which not so favorable flow conditions exist as in the outflow area 15 and then a hub region closes radially inwardly 17 in which the flow conditions also unfavorable for the arrangement of the flow sensors 4.1 - 4.3 are. However, the invention is not based on the arrangement of the flow sensors 4.1 - 4.3 in the radially outer outflow area 15 limited. The flow sensors 4.1 - 4.3 could also be in the intermediate area 16 and in the hub area 17 be arranged, in which case the arithmetic circuit must be adjusted accordingly.

Der für die Messanordnung günstige Abströmbereich 15 befindet sich im aerodynamischen Profilbereich 19b des Rotorblattes, wie anhand der 5 erläutert wird.The favorable for the measuring arrangement outflow area 15 is located in the aerodynamic profile area 19b of the rotor blade, as based on the 5 is explained.

Jedes Rotorblatt besteht im Wesentlichen aus einer Blattwurzel 18, mit dem das Rotorblatt 2.1 an der Nabe 2 befestigt ist und die Blattwurzel 18 besitzt in der Regel einen zylindrischen Bereich 19a.Each rotor blade consists essentially of a blade root 18 with which the rotor blade 2.1 at the hub 2 is attached and the leaf root 18 usually has a cylindrical area 19a ,

An den zylindrischen Bereich 19a schließt sich der aerodynamische Profilbereich 19b an, der sich bis zur Blattspitze 19c erstreckt.To the cylindrical area 19a closes the aerodynamic profile area 19b on, extending to the tip of the blade 19c extends.

Es ist deshalb günstig, die Strömungssensoren 4.14.3etwa ab Position 25, d. h. zwischen den zylindrischen Bereiches 19a und der Blattspitze 19c im Abströmbereich 15 des Rotorblattes zu positionieren, wobei der Bereich der Blattwurzel 18 und insbesondere der zylindrische Bereich 19a für die Positionierung der Strömungssensoren 4.14.3 nicht ausgeschlossen ist. Es steht also die gesamte Länge 26 des Rotorblattes zur Verfügung, wobei bevorzugt wird, die Strömungssensoren 4.14.3 in den aerodynamischen Profilbereich 19b möglichst nahe an den zylindrischen Bereich 19a zu verlegen.It is therefore convenient, the flow sensors 4.1 - 4.3 from about position 25 ie between the cylindrical area 19a and the blade tip 19c in the outflow area 15 position the rotor blade, the area of the blade root 18 and in particular the cylindrical region 19a for the positioning of the flow sensors 4.1 - 4.3 Not is excluded. It is therefore the entire length 26 the rotor blade is available, it being preferred that the flow sensors 4.1 - 4.3 in the aerodynamic profile area 19b as close as possible to the cylindrical area 19a relocate.

Die 6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die scheibenförmige Anordnung der Strömungssensoren 4.14.3 auf einer Messscheibe 23, wobei die Strömungssensoren 4 in gleichmäßigem Abstand am Umfang eines Kreises 21 angeordnet sind und die Messscheibe 23 beispielsweise als Folienscheibe auf die Oberseite 7 der Gondel aufgeklebt wird.The 6 shows as a further embodiment, the disc-shaped arrangement of the flow sensors 4.1 - 4.3 on a measuring disk 23 , where the flow sensors 4 evenly spaced around the circumference of a circle 21 are arranged and the measuring disc 23 for example as a foil disc on the top 7 the gondola is glued on.

Die im Abströmbereich 15 befindliche Messscheibe 23 wird in Anströmrichtung 22, die aus der Bewegungsrichtung des Rotorblattes 3.1 und der Windanströmrichtung 6 resultiert, angeströmt, wie in 7 dargestellt.The in the outflow area 15 located measuring disc 23 is in the direction of flow 22 coming from the direction of movement of the rotor blade 3.1 and the Windanströmrichtung 6 results, streamed, as in 7 shown.

Die Anströmrichtung 22 entsteht also aus der vektoriellen Überlagerung der Windanströmrichtung 6 und der Bewegungsrichtung des Rotorblattes 3.1.The direction of flow 22 thus arises from the vectorial superposition of Windanströmrichtung 6 and the direction of movement of the rotor blade 3.1 ,

In diesem Bereich ist die Messebene 24 der Strömungssensoren 4.14.3 angeordnet.In this area is the measurement level 24 the flow sensors 4.1 - 4.3 arranged.

Die 8 zeigt schematisiert Signale der Strömungssensoren 4.14.3 mit zeitlich zueinander verschobenen Amplitudenverläufen, wie sie infolge einer schrägen Anströmung der Strömungssensoren in Anströmrichtung 22 entstehen.The 8th schematically shows signals of the flow sensors 4.1 - 4.3 with mutually temporally shifted amplitude curves, as they are due to an oblique flow of the flow sensors in the direction of flow 22 arise.

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 20, die in 9 dargestellt ist, aus den drei Signalen der Strömungssensoren 4.1, 4.2, 4.3 durch mathematische Algorithmen einer digitalen Rechenschaltung die Windrichtung wR und die Windgeschwindigkeit wG als digitales Messsignal erzeugt werden.Similarly, the amplitudes A1, A2 and A3 of the signals are included in the measurement result, so that with an arithmetic circuit 20 , in the 9 is shown, from the three signals of the flow sensors 4.1 . 4.2 . 4.3 be generated by mathematical algorithms of a digital arithmetic circuit, the wind direction wR and the wind speed wG as a digital measurement signal.

Es handelt sich hier um einen Algorithmus, der in der Lage ist, aus den Zeitversätzen und den Amplituden der verschiedenen Messsignale der Strömungssensoren 4.14.3 ein Messergebnis für die Windrichtung und Windgeschwindigkeit zu bilden.This is an algorithm that is capable of taking into account the time offsets and amplitudes of the various flow sensor measurement signals 4.1 - 4.3 to form a measurement result for the wind direction and wind speed.

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 (from 1 )
88th
Stirnseite (von 1)Front side (from 1 )
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

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • EP 1733241 B1 [0016] EP 1733241 B1 [0016]
  • DE 20114351 B1 [0019] DE 20114351 B1 [0019]
  • EP 1733241 [0019] EP 1733241 [0019]

Claims (10)

Verfahren zur Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsmessung auf Windkraftanlagen mit umströmten Rotorblättern, bei dem eine gondelfeste Messanordnung im Abströmbereich der Rotorblätter (2.1) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aerodynamische Wirkung des im Wind vorbeilaufenden Rotorblatts benutzt wird, 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.Method for measuring wind speed and wind direction on wind power plants with rotor blades flowing around, in which a gondelfeste measuring arrangement in the outflow region of the rotor blades ( 2.1 ) is arranged, characterized in that the aerodynamic effect of the rotor blade passing in the wind is used 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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Strömungssensoren (4) so gewählt ist, dass die Wirkung des vorbeilaufenden Rotorblattes (2.1) auf die Windströmung von den Strömungssensoren (4) zeitgleich erfasst wird und aus dem zeitlichen Verlauf der von den Strömungssensoren (4) aufgezeichneten Messsignalen die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit bestimmt wird.Method according to claim 1, characterized in that the distance between the flow sensors ( 4 ) is selected so that the effect of the passing rotor blade ( 2.1 ) on the wind flow from the flow sensors ( 4 ) is detected at the same time and from the time course of the flow sensors ( 4 ) recorded measurement signals, the wind direction and the wind speed is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abstand voneinander angeordneten Strömungssensoren (4) jeweils getrennt voneinander die Amplitude der Strömungsgeschwindigkeit erfassen.Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the spaced apart flow sensors ( 4 ) separately detect the amplitude of the flow velocity separately. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Abstand voneinander angeordneten Strömungssensoren (4) die Amplitudenverläufe der Strömungsgeschwindigkeit zeitlich versetzt erfassen.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the spaced apart flow sensors ( 4 ) detect the amplitude curves of the flow velocity offset in time. Vorrichtung zur Windgeschwindigkeits- und Windrichtungsmessung auf Windkraftanlagen mit umströmten Rotorblättern, bei dem eine gondelfeste Messanordnung im Abströmbereich der Rotorblätter (2.1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere im Abstand zueinander angeordnete Strömungssensoren (4) 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 sind.Device for measuring wind speed and wind direction on wind power plants with rotor blades flowing around, in which a gondelfeste measuring arrangement in the outflow region of the rotor blades ( 2.1 ) is arranged, characterized in that a plurality of spaced apart flow sensors ( 4 ) on or at the gondola ( 1 ) are arranged from the behind the rotor blades ( 2.1 ) in the direction of the gondola ( 1 ) oblique flow are coated. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungssensoren (4) in festen Abständen zueinander parallel zur Rotationsebene (3.2) des Rotorblattes (2.1) und orthogonal zur Längsachse der Gondel (4.4) an der Gondel (1) der Windkraftanlage angeordnet sind.Apparatus according to claim 5 for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow sensors ( 4 ) at fixed distances from each other parallel to the plane of rotation ( 3.2 ) of the rotor blade ( 2.1 ) and orthogonal to the longitudinal axis of the nacelle ( 4.4 ) at the gondola ( 1 ) of the wind turbine are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6 zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Rotationsebene (3.2) und der Anordnungslinie (4.5) der Strömungssensoren (4) so gewählt ist, dass die Verdrehebene (2.2) des auf der Nabe (2) befindlichen Rotorblatts (2.1) die Anordnungslinie (4.5) der Strömungssensoren nicht berührt.Device according to one of claims 5 or 6 for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the distance between the plane of rotation ( 3.2 ) and the arrangement line ( 4.5 ) of the flow sensors ( 4 ) is chosen so that the Verdrehebene ( 2.2 ) of the hub ( 2 ) located rotor blade ( 2.1 ) the arrangement line ( 4.5 ) of the flow sensors is not touched. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 2 im Abstand voneinander angeordnete Strömungssensoren (4) auf einer gondelfesten Fläche (7, 8) der Gondel (1) angeordnet sind, und dass zuerst der in Strömungsrichtung vorne liegende Strömungssensor (4.1) angeströmt wird, dann danach der nachfolgende Strömungssensor (4.2) und schließlich weitere angeordnete Strömungssensoren.Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that at least two spaced apart flow sensors ( 4 ) on a gondelfest surface ( 7 . 8th ) of the nacelle ( 1 ), and that first the upstream flow sensor ( 4.1 ), then the subsequent flow sensor ( 4.2 ) and finally further arranged flow sensors. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung der Strömungssensoren (4) auf der Oberseite (7) der Gondel (1) nahe dem Rotorblatt angeordnet ist.Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the measuring arrangement of the flow sensors ( 4 ) on the top ( 7 ) of the nacelle ( 1 ) is arranged near the rotor blade. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungssensoren (4) an den freien Enden von abstandshaltenden Stangen gleichmäßig am Umfang der Gondel (1) über einen Umfangswinkel von 180° angeordnet sind.Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the flow sensors ( 4 ) at the free ends of spacer rods evenly around the circumference of the nacelle ( 1 ) are arranged over a circumferential angle of 180 °.
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