DE102018119733B4

DE102018119733B4 - Determination of the torsion angle and pitch angle determination using at least two acceleration sensors

Info

Publication number: DE102018119733B4
Application number: DE102018119733.0A
Authority: DE
Inventors: Sascha Kienitz
Original assignee: fos4X GmbH
Current assignee: Vc Viii Polytech Holding Aps Dk
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2038-08-15
Also published as: DE102018119733A1

Abstract

Verfahren zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts (101) einer Windenergieanlage, umfassend:
Messen einer ersten Beschleunigung mittels eines ersten Beschleunigungssensors (120) in mindestens zwei ersten Dimensionen entlang einer ersten Achse (131) und einer zweiten Achse (132) an einer ersten Position des Rotorblatts (101), wobei die erste Achse (131) und die zweite Achse (132) der zwei ersten Dimensionen im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen;
Messen einer zweiten Beschleunigung mittels eines zweiten Beschleunigungssensors (130) in mindestens zwei zweiten Dimensionen entlang einer ersten Achse (131') und zweiten Achse (132') an einer von der ersten Position radial beabstandeten zweiten Position des Rotorblatts (101), wobei die erste Achse (131') und die zweite Achse (132') der zwei zweiten Dimensionen im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen; und
Bestimmen einer Torsion und/oder eines Pitchwinkels des Rotorblatts (101) anhand erster Beschleunigungsanteile in den zwei ersten Dimensionen der ersten Beschleunigung und anhand zweiter Beschleunigungsanteile in den zwei zweiten Dimensionen der zweiten Beschleunigung.

Method for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade (101) of a wind turbine, comprising:
Measuring a first acceleration by means of a first acceleration sensor (120) in at least two first dimensions along a first axis (131) and a second axis (132) at a first position of the rotor blade (101), the first axis (131) and the second axes (132) of the two first dimensions are substantially perpendicular to each other;
Measuring a second acceleration by means of a second acceleration sensor (130) in at least two second dimensions along a first axis (131') and a second axis (132') at a second position of the rotor blade (101) radially spaced from the first position, the first axis (131') and the second axis (132') of the two second dimensions are substantially perpendicular to each other; and
Determining a torsion and/or a pitch angle of the rotor blade (101) based on first acceleration components in the two first dimensions of the first acceleration and based on second acceleration components in the two second dimensions of the second acceleration.

Description

GEÄNDERTE BESCHREIBUNG (REINSCHRIFT)CHANGED DESCRIPTION (CLEAN COPY)

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemein eine Überwachung des Betriebs von Windkraftanlagen, insbesondere die Überwachung einer Torsion und/oder eines Pitchwinkels eines Rotorblatts von Windkraftanlagen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts, eine Anordnung von faseroptischen Sensoren zur Bestimmung einer Torsion und/oder eines Pitchwinkels eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, und eine Windenergieanlage.The present invention generally relates to monitoring the operation of wind power plants, in particular monitoring a torsion and/or a pitch angle of a rotor blade of wind power plants. The invention relates in particular to a method for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade, an arrangement of fiber optic sensors for determining a torsion and/or a pitch angle of a rotor blade of a wind turbine, and a wind turbine.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Zur Überwachung von Windenergieanlagen gewinnen Systeme, die den Stellung oder Verdrehung eines Rotorblatts beurteilen an Bedeutung.Systems that assess the position or rotation of a rotor blade are gaining in importance for monitoring wind turbines.

Wird an einem Blatt einer Windkraftanlage die Verdrehung der Blattspitze vermessen, kann dadurch zum Beispiel die Aerodynamik, bzw. der Anströmwinkel an der Blattspitze über den Pitch, zum Beispiel den Pitch des gesamten Blatts, korrigiert werden. Durch derartige Korrekturen kann zum Beispiel der Ertrag einer Windenergieanlage verbessert werden. Da eine Tendenz zu weicheren Rotorblättern besteht, wird dieser Effekt f zunehmend wichtiger.If the twisting of the blade tip is measured on a blade of a wind turbine, the aerodynamics or the angle of attack at the blade tip can be corrected via the pitch, for example the pitch of the entire blade. Such corrections can improve the yield of a wind turbine, for example. Since there is a tendency towards softer rotor blades, this effect f is becoming increasingly important.

Vorrichtungen zur Bestimmung eines Torsionswinkels können faseroptische Faser in einem Rotorblatt vorsehen. Die Faser wird dabei mit dem Material des Rotorblattes verklebt. Durch die Verformung bzw. Torsion des Rotorblattes und somit der Verformung bzw. Torsion des Kabels wird eine Polarisation des durch das faseroptische Kabel geleitete Licht bewirkt. Aus der Polarisation kann mittels einer Auswerteeinheit auf den Torsionswinkel geschlossen werden. Polarisationsabhängige Torsionssensoren neigen dazu empfindlich zu sein bzw. parasitäre Signale in nicht geringem Ausmaß zu messen.Devices for determining a torsion angle can include fiber optic fibers in a rotor blade. The fiber is glued to the material of the rotor blade. The deformation or torsion of the rotor blade and thus the deformation or torsion of the cable causes polarization of the light guided through the fiber-optic cable. The torsion angle can be deduced from the polarization by means of an evaluation unit. Polarization dependent torsion sensors tend to be sensitive or measure parasitic signals to no small extent.

Ein anderes bekanntes Verfahren zum Bestimmen des Torsionswinkels basiert auf der Verwendung eines Kamerasystems. Dazu wird in einem Bereich vor der Windenergieanlage eine Kamera aufgebaut, die auf die Windenergieanlage gerichtet ist. Die Kamera erfasst die Stellung der Rotorblätter, bspw. über an den Rotorblättern angebrachten Markierungen, und kann daraus die Orientierung der Profilsehnen oder eine Verformung des Rotorblattes ableiten. Aus der Orientierung der Profilsehnen zueinander kann dann der Torsionswinkel des Rotorblattes bestimmt werden. Nachteilig bei diesem System ist, dass dieses nur zeitlich begrenzt einsetzbar ist, nämlich wenn der Rotor eine bestimmte Orientierung zu der Kamera aufweist.Another known method for determining the torsion angle is based on the use of a camera system. For this purpose, a camera is set up in an area in front of the wind turbine, which is directed towards the wind turbine. The camera records the position of the rotor blades, e.g. via markings attached to the rotor blades, and can derive the orientation of the profile chords or a deformation of the rotor blade from this. The torsion angle of the rotor blade can then be determined from the orientation of the profile chords relative to one another. The disadvantage of this system is that it can only be used for a limited time, namely when the rotor has a specific orientation to the camera.

Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Torsion, ist es einen Drehsensor mit mechanischer Achse zu installieren.Another method of determining torsion is to install a rotary sensor with a mechanical axis.

Es sei auf die WO 2016 / 101 961 A1 hingewiesen, die eine Methode und ein System zur Bestimmung der dynamischen Verdrehung eines Windturbinenblattes beschreibt. Darin wird eine drahtlose Sensoreinheit offenbart, die einen Beschleunigungssensor und eine Gyromesseinheit aufweist.Attention is drawn to WO 2016/101 961 A1, which describes a method and a system for determining the dynamic twisting of a wind turbine blade. Therein a wireless sensor unit is disclosed which has an acceleration sensor and a gyro measurement unit.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1, eine Anordnung zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 10, und eine Windkraftanlage gemäß Anspruch 13 zur Verfügung. Weitere Details, Ausführungsformen, Merkmale und Aspekt ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.The present invention provides a method for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade of a wind turbine according to claim 1, an arrangement for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade of a wind turbine according to claim 10, and a wind turbine according to claim 13. Further details, embodiments, features and aspects result from the dependent claims, the description and the drawings.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet: Messen einer ersten Beschleunigung mittels eines ersten Beschleunigungssensors in mindestens zwei ersten Dimensionen entlang einer ersten Achse und einer zweiten Achse an einer ersten Position des Rotorblatts, wobei die erste Achse (131) und die zweite Achse (132) der zwei ersten Dimensionen im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen; Messen einer zweiten Beschleunigung mittels eines zweiten Beschleunigungssensors in mindestens zwei zweiten Dimensionen entlang einer ersten Achse und zweiten Achse an einer von der ersten Position radial beabstandeten zweiten Position des Rotorblatts, wobei die erste Achse und die zweite Achse der zwei zweiten Dimensionen im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen; und Bestimmen einer Torsion und/oder eines Pitchwinkels des Rotorblatts anhand erster Beschleunigungsanteile in den zwei ersten Dimensionen der ersten Beschleunigung und anhand zweiter Beschleunigungsanteile in den zwei zweiten Dimensionen der zweiten Beschleunigung.According to one embodiment, a method for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade of a wind turbine is made available. The method includes: measuring a first acceleration by means of a first acceleration sensor in at least two first dimensions along a first axis and a second axis at a first position of the rotor blade, the first axis (131) and the second axis (132) being the two first dimensions are substantially perpendicular to each other; Measuring a second acceleration by means of a second acceleration sensor in at least two second dimensions along a first axis and second axis at a second position of the rotor blade radially spaced from the first position, the first axis and the second axis of the two second dimensions being substantially perpendicular to one another ; and determining a torsion and/or a pitch angle of the rotor blade based on first acceleration components in the two first dimensions of the first acceleration and based on second acceleration components in the two second dimensions of the second acceleration.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Anordnung zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage zur Verfügung gestellt. Die Anordnung beinhaltet einen ersten Beschleunigungssensor zum Messen einer ersten Beschleunigung in mindestens zwei ersten Dimensionen entlang einer ersten Achse und einer zweiten Achse an einer ersten Position des Rotorblatts, wobei die erste Achse und die zweite Achse der zwei zweiten Dimensionen im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen; einen zweiten Beschleunigungssensor zum Messen einer zweiten Beschleunigung in mindestens zwei zweiten Dimensionen, wobei die erste Achse und die zweite Achse der zwei zweiten Dimensionen im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, an einer von der ersten Position radial beabstandeten zweiten Position des Rotorblatts, wobei die erste Achse und die zweite Achse der zwei zweiten Dimensionen im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen; und eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer Torsion und/oder eines Pitchwinkels des Rotorblatts anhand erster Beschleunigungsanteile in den zwei ersten Dimensionen der ersten Beschleunigung und anhand zweiter Beschleunigungsanteile in den zwei zweiten Dimensionen der zweiten Beschleunigung.According to a further embodiment, an arrangement for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade of a wind turbine is provided. The order includes a first acceleration sensor for measuring a first acceleration in at least two first dimensions along a first axis and a second axis at a first position of the rotor blade, the first axis and the second axis of the two second dimensions being substantially perpendicular to one another; a second acceleration sensor for measuring a second acceleration in at least two second dimensions, the first axis and the second axis of the two second dimensions being substantially perpendicular to one another, at a second position of the rotor blade radially spaced from the first position, the first axis and the second axis of the two second dimensions are substantially perpendicular to each other; and a determination unit for determining a torsion and/or a pitch angle of the rotor blade based on first acceleration components in the two first dimensions of the first acceleration and based on second acceleration components in the two second dimensions of the second acceleration.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 zeigt schematisch eine Anordnung von zwei Beschleunigungssensoren in einem Rotorblatt gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
2 zeigt schematisch ein Rotorblatt mit einer Anordnung bzw. eine Vorrichtung angepasst zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
3 und 4 zeigen eine Windkraftanalage und einen Rotor gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;
5A und 5B zeigen schematisch Beschleunigungssensoren zur Verwendung in hier beschriebenen Ausführungsformen;
6 zeigt schematisch einen Verlauf eines Beschleunigungssignals;
7 zeigt ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Zustandsüberwachung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage gemäß Ausführungsformen der Erfindung.

Exemplary embodiments are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. In the drawings show:

1 shows schematically an arrangement of two acceleration sensors in a rotor blade according to embodiments described herein;
2 shows schematically a rotor blade with an arrangement or a device adapted for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade of a wind turbine according to embodiments described herein;
3 and 4 12 show a wind turbine and a rotor according to embodiments described herein;
5A and 5B schematically show acceleration sensors for use in embodiments described herein;
6 schematically shows a curve of an acceleration signal;
7 shows a flow chart of a method for monitoring the condition of a rotor blade of a wind turbine according to embodiments of the invention.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.In the drawings, the same reference symbols denote the same or functionally equivalent components or steps.

DETAILLEIRTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNFSFORMEN.DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS.

Im Folgenden wird detaillierter Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind.In the following reference is made in more detail to various embodiments of the invention, one or more examples being illustrated in the drawings.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden Torsionswinkel- und Pitchwinkel basierend auf Beschleunigungssensoren bestimmt. Zum Beispiel kann eine Lageinformation oder Orientierungsinformation verteilter Beschleunigungssensoren, zum Beispiel absoluter Beschleunigungssensoren, verwendet werden. Gemäß manchen Ausführungsformen werden mindestens zwei (absolut) statisch messende mindestens zweidimensionale Beschleunigungssensoren bei mindestens zwei verschiedenen Blattradien installiert.According to embodiments of the present disclosure, torsion angle and pitch angle are determined based on acceleration sensors. For example, position information or orientation information from distributed acceleration sensors, for example absolute acceleration sensors, can be used. According to some embodiments, at least two (absolutely) statically measuring at least two-dimensional acceleration sensors are installed at at least two different blade radii.

Die 1 zeigt schematisch eine Anordnung 100 zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung in einem Rotorblatt 101. Im Rotorblatt 101 ist ein erster Beschleunigungssensor 120 an einer ersten Position angeordnet. Ein zweiter Beschleunigungssensor 130 ist im Rotorblatt 101 an einer zweiten Position angeordnet.the 1 12 schematically shows an arrangement 100 for torsion monitoring and/or pitch monitoring in a rotor blade 101. A first acceleration sensor 120 is arranged in the rotor blade 101 at a first position. A second acceleration sensor 130 is arranged in the rotor blade 101 at a second position.

Der erste Beschleunigungssensor 120 ist typischerweise radial beabstandet bezüglich des zweiten Beschleunigungssensors 130. In der 1 ist beispielweise der erste Beschleunigungssensor 120 bezüglich des zweiten Beschleunigungssensors 130 entlang einer Längssachse 103 (siehe 2) des Rotorblatts 101 beabstandet.The first acceleration sensor 120 is typically spaced radially with respect to the second acceleration sensor 130. In FIG 1 For example, first acceleration sensor 120 is relative to second acceleration sensor 130 along a longitudinal axis 103 (see FIG 2 ) of the rotor blade 101 at a distance.

Ein Beschleunigungssensor, der in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung als erster Beschleunigungssensor 120 bzw. zweiter Beschleunigungssensor 130 verwendet werden kann, ist in der 5A und 5B näher erläutert. Der Beschleunigungssensor beinhaltet eine Testmasse, deren Beschleunigung im Sensor gemessen wird. Gemäß typischen Ausführungsformen können der erste Beschleunigungssensor 120 und/oder der zweite Beschleunigungssensor 130 als faseroptische Sensoren ausgeführt sein. Hierbei wird die Beschleunigung der Testmasse durch Faser-Bragg-Gitter in einer Faser optisch gemessen.An acceleration sensor that can be used as the first acceleration sensor 120 and the second acceleration sensor 130 in embodiments of the present disclosure is disclosed in FIG 5A and 5B explained in more detail. The acceleration sensor contains a test mass whose acceleration is measured in the sensor. According to typical embodiments, the first acceleration sensor 120 and/or the second acceleration sensor 130 can be embodied as fiber optic sensors. Here, the acceleration of the test mass is optically measured by fiber Bragg gratings in a fiber.

Durch die Verwendung faseroptischer Beschleunigungssensoren kann eine entsprechende Messgenauigkeit zur Verfügung gestellt werden. Ferner bieten faseroptische Beschleunigungssensoren vorteilhafte Eigenschaften zur Verwendung in Windkraftanlagen. Insbesondere weisen faseroptische Beschleunigungssensoren eine hohe Mean Time Between Failures (MTBF) auf. Beispielsweise ist die MTBF von faseroptischen Sensoren üblicherweise höher als die von sog. Torsionssensoren. Somit kann die Wartungsintensivität verringert werden.A corresponding measurement accuracy can be provided by using fiber-optic acceleration sensors. Furthermore, fiber optic acceleration sensors offer advantageous properties for use in wind turbines. In particular, fiber-optic acceleration sensors have a high mean time between failures (MTBF). For example, the MTBF of fiber optic sensors is common higher than that of so-called torsion sensors. Thus, the maintenance intensity can be reduced.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist der erste Beschleunigungssensor 120 und der zweite Beschleunigungssensor 130 eingerichtet um in mindestens zwei Dimensionen eine Beschleunigung zu messen. In der 1 ist beispielsweise der erste Beschleunigungssensor 120 derart im Rotorblatt 101 orientiert, dass eine erste Beschleunigung entlang zwei ersten Dimensionen erfasst werden kann. Eine der zwei ersten Dimensionen ist hierbei parallel zur Gravitationsbeschleunigung (Bezugszeichen 10). Die andere der zwei ersten Dimensionen ist senkrecht zur Gravitationsbeschleunigung 10. Durch ein Messen in mindestens zwei ersten Dimensionen können beispielsweise erste Beschleunigungsanteile in den zwei ersten Dimensionen bestimmt werden.According to embodiments of the present disclosure, the first acceleration sensor 120 and the second acceleration sensor 130 are set up to measure an acceleration in at least two dimensions. In the 1 For example, the first acceleration sensor 120 is oriented in the rotor blade 101 in such a way that a first acceleration can be detected along two first dimensions. One of the first two dimensions is parallel to the gravitational acceleration (reference number 10). The other of the two first dimensions is perpendicular to the gravitational acceleration 10. By measuring in at least two first dimensions, first acceleration components in the two first dimensions can be determined, for example.

In der 1 ist ein Koordinatensystem jeweils für den ersten Beschleunigungssensor 120 und den zweiten Beschleunigungssensor 130 dargestellt. Das Koordinatensystem weist eine erste Achse und eine zweite Achse auf. Die erste Achse und die zweite Achse stellen illustrativ die zwei Dimensionen dar, in denen der erste und der zweite Beschleunigungssensor 120, 130 eine Beschleunigung messen können.In the 1 a coordinate system is shown for first acceleration sensor 120 and second acceleration sensor 130, respectively. The coordinate system has a first axis and a second axis. The first axis and the second axis represent the two dimensions in which the first and the second acceleration sensor 120, 130 can measure an acceleration.

Nachfolgend wird für den ersten Beschleunigungssensor die erste Achse mit dem Bezugszeichen 131 und die zweite Achse mit dem Bezugszeichen 132 bezeichnet. Entsprechend wird die die erste Achse und die zweite Achse des zweiten Beschleunigungssensors 130 mit dem Bezugszeichen 131' bzw. 132' bezeichnet.In the following, for the first acceleration sensor, the first axis is identified by reference number 131 and the second axis is identified by reference number 132 . Correspondingly, the first axis and the second axis of the second acceleration sensor 130 are denoted by the reference symbols 131' and 132', respectively.

Der erste Beschleunigungssensor 120 kann erste Beschleunigungsanteile in Richtung der ersten Achse 131 und der zweiten Achse 132 messen. Der zweite Beschleunigungssensor 130 kann zweite Beschleunigungsanteile in Richtung der ersten Achse 131' und der zweiten Achse 132' messen. Dabei kann sich die Ausrichtung der ersten Achse 131' und der zweiten Achse 132' des zweiten Beschleunigungssensors 130 von der Ausrichtung der ersten Achsen 131 und der zweiten Achse 132 des ersten Beschleunigungssensors 120 unterscheiden.The first acceleration sensor 120 can measure first acceleration components in the direction of the first axis 131 and the second axis 132 . The second acceleration sensor 130 can measure second acceleration components in the direction of the first axis 131' and the second axis 132'. The orientation of the first axis 131 ′ and the second axis 132 ′ of the second acceleration sensor 130 can differ from the orientation of the first axis 131 and the second axis 132 of the first acceleration sensor 120 .

Die erste Achse 131 bzw. 131' kann beispielsweise eine Achse sein, die bei einer Rotation des Rotorblatts 101 an einer Windkraftanlage in einer entsprechenden Stellung des Rotorblatts 101 zwei Mal im Wesentlichen parallel zur Gravitationsbeschleunigung 10 ist. Die zweite Achse 132 bzw. 132' kann dementsprechend bei einer Rotation des Rotorblatts 101 an einer Windkraftanlage in einer entsprechenden Stellung des Rotorblatts 101 zwei Mal im Wesentlichen senkrecht zur Gravitationsbeschleunigung 10 sein.The first axis 131 or 131′ can, for example, be an axis that is essentially parallel to the gravitational acceleration 10 twice when the rotor blade 101 on a wind turbine rotates in a corresponding position of the rotor blade 101 . The second axis 132 or 132′ can accordingly be twice essentially perpendicular to the gravitational acceleration 10 in a corresponding position of the rotor blade 101 during a rotation of the rotor blade 101 on a wind turbine.

Eine dritte Achse 133, die optional in Beschleunigungssensoren zur Verfügung gestellt sein kann. ist in der 1 zur ersten Achse 131 bzw. 131' und zur zweiten Achse 132 bzw. 132' im Wesentlichen senkrecht. Typischerweise ist die Längsachse 103 des Rotorblatts 101 im Wesentlichen parallel zur dritten Achse 133.A third axis 133 that can optionally be provided in accelerometers. is in the 1 substantially perpendicular to the first axis 131 or 131' and to the second axis 132 or 132'. Typically, the longitudinal axis 103 of the rotor blade 101 is essentially parallel to the third axis 133.

Gemäß typischen Ausführungsformen, kann insbesondere bei einer zusätzlichen Beschleunigungsmessung in einer dritten Achse bzw. einer dritten Dimension zur Bestimmung einer Torsion und/oder eines Pitchwinkels die erste Beschleunigung in einer ersten Ebene bestimmt werden und die zweite Beschleunigung in einer zweiten Ebene bestimmt werden, die parallel zur ersten Ebene ist.According to typical embodiments, in particular with an additional acceleration measurement in a third axis or a third dimension to determine a torsion and/or a pitch angle, the first acceleration can be determined in a first plane and the second acceleration can be determined in a second plane that is parallel to the first level.

Wie in der 1 gezeigt, ist der zweite Beschleunigungssensor 130 bezüglich der Querschnittsebene des Rotorblatts 101 gegenüber dem ersten Beschleunigungssensor 120 um einen Torsionswinkel gedreht. Durch die dargestellte Orientierung bzw. Ausrichtung an der ersten Position im Rotorblatt 101, erfährt der erste Beschleunigungssensor 120 erste Beschleunigungsanteile von 1G in der ersten Achse 131 und von 0G in der zweiten Achse 132. Dabei bezeichnet „G“ die Fallbeschleunigung.Like in the 1 shown, the second acceleration sensor 130 is rotated by a torsion angle relative to the first acceleration sensor 120 with respect to the cross-sectional plane of the rotor blade 101 . Due to the illustrated orientation or alignment at the first position in the rotor blade 101, the first acceleration sensor 120 experiences first acceleration components of 1G in the first axis 131 and of 0G in the second axis 132. “G” designates the gravitational acceleration.

Der zweite Beschleunigungssensor 130 an der zweiten Position im Rotorblatt 101 erfährt hingegen zweite Beschleunigungsanteile von weniger als 1G (<1G) in einer ersten Achse 131' und von mehr als 0G (>0G) in einer zweiten Achse 132'. Dies liegt daran, dass die erste Achse 131' des zweiten Beschleunigungssensors 130 zumindest nicht vollständig parallel zur Gravitationsbeschleunigung 10 ist. Entsprechend ist die zweite Achse 132' des zweiten Beschleunigungssensors 130 zumindest nicht vollständig senkrecht zur Gravitationsachse 10.In contrast, the second acceleration sensor 130 at the second position in the rotor blade 101 experiences second acceleration components of less than 1G (<1G) in a first axis 131' and of more than 0G (>0G) in a second axis 132'. This is because the first axis 131 ′ of the second acceleration sensor 130 is at least not completely parallel to the gravitational acceleration 10 . Accordingly, the second axis 132' of the second acceleration sensor 130 is at least not completely perpendicular to the axis of gravity 10.

Gemäß typischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann aus der unterschiedlichen Orientierung des ersten Beschleunigungssensors bezüglich des zweiten Beschleunigungssensors und den daraus resultierenden unterschiedlichen Beschleunigungsanteilen in den zwei Dimensionen des jeweiligen Beschleunigungssensors auf eine Torsionsdrehung geschlossen werden bzw. ein Pitchunterschied im Rotorblatt abgeleitet werden.According to typical embodiments of the present disclosure, a torsional rotation can be inferred or a pitch difference in the rotor blade can be derived from the different orientation of the first acceleration sensor with respect to the second acceleration sensor and the resulting different acceleration components in the two dimensions of the respective acceleration sensor.

2 zeigt die Anordnung zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung 100 in dem Rotorblatt 101. Die Anordnung 100 umfasst eine Bestimmungseinheit 250. 2 shows the arrangement for torsion monitoring and/or pitch monitoring 100 in the rotor blade 101. The arrangement 100 comprises a determination unit 250.

In typischen Ausführungsformen ist die Bestimmungseinheit 250 mit dem ersten Beschleunigungssensor 120 und dem zweiten Beschleunigungssensor 130 verbunden. Jeweils der erste Beschleunigungssensor 120 und der zweite Beschleunigungssensor 130 können beispielsweise über Signalleitungen, wie in etwa elektrische Leitungen, faseroptische Leitungen etc. mit der Bestimmungseinheit 250 verbunden sein.In typical embodiments, determination unit 250 is connected to first acceleration sensor 120 and second acceleration sensor 130 . The first acceleration sensor 120 and the second acceleration sensor 130 can each be connected to the determination unit 250 via signal lines, such as electrical lines, fiber optic lines, etc., for example.

Die Bestimmungseinheit 250 kann typischerweise eine Torsion und/oder einen Pitchwinkel des Rotorblatts 101 anhand der ersten Beschleunigungsanteile in den zwei ersten Dimensionen der ersten Beschleunigung und anhand zweiter Beschleunigungsanteile in den zwei zweiten Dimensionen der zweiten Beschleunigung bestimmen.The determination unit 250 can typically determine a torsion and/or a pitch angle of the rotor blade 101 based on the first acceleration components in the two first dimensions of the first acceleration and based on second acceleration components in the two second dimensions of the second acceleration.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die Anordnung 100 zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts 101 einer Windenergieanlage einen ersten Beschleunigungssensor 120 zum Messen einer ersten Beschleunigung in mindestens zwei ersten Dimensionen an einer ersten Position des Rotorblatts, einen zweiten Beschleunigungssensor 130 zum Messen einer zweiten Beschleunigung in mindestens zwei zweiten Dimensionen an einer von der ersten Position radial beabstandeten zweiten Position des Rotorblatts 101 und eine Bestimmungseinheit 250 zum Bestimmen einer Torsion und/oder eines Pitchwinkels des Rotorblatts 101 anhand erster Beschleunigungsanteile in den zwei ersten Dimensionen der ersten Beschleunigung und anhand zweiter Beschleunigungsanteile in den zwei zweiten Dimensionen der zweiten Beschleunigung.According to one aspect of the present disclosure, the arrangement 100 for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade 101 of a wind turbine comprises a first acceleration sensor 120 for measuring a first acceleration in at least two first dimensions at a first position of the rotor blade, a second acceleration sensor 130 for measuring a second Acceleration in at least two second dimensions at a second position of rotor blade 101 that is radially spaced from the first position, and a determination unit 250 for determining a torsion and/or a pitch angle of rotor blade 101 based on first acceleration components in the two first dimensions of the first acceleration and based on second acceleration components in the two second dimensions of the second acceleration.

In 2 hat die Längsachse 103 des Rotorblatts 101 ein dazu ausgerichtetes Koordinatensystem, das heißt ein blattfestes Koordinatensystem, das in 2 exemplarisch durch vorstehend beschriebe erste Achse 131 und zweite Achse 132 dargestellt ist. Die dritte Achse 133 ist im Wesentlichen parallel zur Längsachse 103. Das Rotorblatt 101 aus 2 ist mit der Anordnung 100 zur Zustandsüberwachung des Rotorblatts ausgestattet. Der erste Beschleunigungssensor 120 ist an einer ersten Position 222 angebracht. Der zweite Beschleunigungssensor 130 ist an einer zweiten Position 232 angebracht. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 105 den Abstand zwischen dem ersten Beschleunigungssensor 120 und dem zweiten Beschleunigungssensor 130. Der zweite Beschleunigungssensor 130 ist in Ausführungsformen radial vom ersten Beschleunigungssensor 120 beabstandet und ist insbesondere in Richtung der Längsachse 103 des Rotorblatts 101 beabstandet. In Abhängigkeit des Abstands ergibt sich eine unterschiedliche Auflösung und/oder eine unterschiedliche Messstrecke.In 2 the longitudinal axis 103 of the rotor blade 101 has a coordinate system aligned with it, i.e. a blade-fixed coordinate system, which is 2 is represented by way of example by the first axis 131 and second axis 132 described above. The third axis 133 is substantially parallel to the longitudinal axis 103. The rotor blade 101 from 2 is equipped with the arrangement 100 for condition monitoring of the rotor blade. The first acceleration sensor 120 is attached at a first position 222 . The second acceleration sensor 130 is attached at a second position 232 . Reference numeral 105 designates the distance between first acceleration sensor 120 and second acceleration sensor 130. In embodiments, second acceleration sensor 130 is radially spaced from first acceleration sensor 120 and is spaced in particular in the direction of longitudinal axis 103 of rotor blade 101. Depending on the distance, there is a different resolution and/or a different measuring section.

Gemäß typischen Ausführungsformen kann der erste Beschleunigungssensor 120 mit einem axialen Abstand zur Blattwurzel von 5 m oder weniger angebracht sein. Gemäß weiteren typischen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann der zweite Beschleunigungssensor mit einem axialen Abstand zur Blattwurzel von 5 m oder mehr angebracht sein. Typischerweise ist der Abstand des zweiten Beschleunigungssensors 130 zur Blattwurzel größer als der Abstand des ersten Beschleunigungssensors 120 zur Blattwurzel. Hierbei bezieht sich der axiale Abstand bzw. die axiale Richtung auf die Längsachse 103 des Rotorblatts 101. Gemäß noch weiteren Ausführungsformen kann der oder die Beschleunigungssensoren in einem Bereich von der Mitte des Rotorblattes hin zur Spitze des Rotorblattes angebracht sein.According to typical embodiments, the first acceleration sensor 120 can be mounted at an axial distance from the blade root of 5 m or less. According to further typical embodiments, which can be combined with other embodiments described here, the second acceleration sensor can be attached at an axial distance from the blade root of 5 m or more. Typically, the distance from the second acceleration sensor 130 to the blade root is greater than the distance from the first acceleration sensor 120 to the blade root. In this case, the axial distance or the axial direction relates to the longitudinal axis 103 of the rotor blade 101. According to yet further embodiments, the acceleration sensor or sensors can be attached in an area from the center of the rotor blade to the tip of the rotor blade.

Gemäß typischen Ausführungsformen, kann hierbei eine Positionierung eines Beschleunigungssensors, wie etwa des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors entlang des Radius eines Rotorblatts wie folgt zur Verfügung gestellt werden. Bei Rotorblättern, die bis ca. 50 % bis 60 % des Radius (der Blattflanschs entspricht hier in etwa 0 % des Radius) begehbar sind, kann zumindest ein Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt werden. Bei Rotorblättern, die einen deutlich geringeren begehbaren Bereich aufweisen, kann der Vorteil einer Montage an einer begehbaren Position alternativ auch aufgegeben werden. In einem solchen Fall kann eine Montage eines Beschleunigungssensors nahe der Blattspitze, zum Beispiel in einem Bereich von 30 % bis 95 % des Radius (0 % entspricht dem Flansch an der Blattwurzel) zur Verfügung gestellt werden.According to typical embodiments, an acceleration sensor, such as the first and the second acceleration sensor, can be positioned along the radius of a rotor blade as follows. For rotor blades that can be walked on up to about 50% to 60% of the radius (the blade flange corresponds to about 0% of the radius here), at least one acceleration sensor can be provided at a radial position in the area of the outer 70% of the radius of the rotor blade will. In the case of rotor blades that have a significantly smaller area that can be walked on, the advantage of mounting in a position that can be walked on can alternatively also be abandoned. In such a case, an accelerometer sensor mounting can be provided close to the blade tip, for example in a range of 30% to 95% of the radius (0% corresponds to the flange at the blade root).

In solchen Ausführungsformen von Windkraftanlagen können der erste Beschleunigungssensor und/oder der zweite Beschleunigungssensor insbesondere in den äußeren 50 % des Radius des Rotorblatts, weiterhin insbesondere in einem Bereich von 60 % bis 90 % des Radius des Rotorblatts zur Verfügung gestellt sein. Weiterhin kann ein Lichtleiter zur Signalübertragung des Signals des ersten und/oder des zweiten Beschleunigungssensors gemäß einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt werden.In such embodiments of wind turbines, the first acceleration sensor and/or the second acceleration sensor can be provided in particular in the outer 50% of the radius of the rotor blade, and in particular in a range from 60% to 90% of the radius of the rotor blade. Furthermore, an optical fiber for signal transmission of the signal from the first and/or the second acceleration sensor can be provided according to one of the specific embodiments described herein.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage zur Verfügung gestellt. Ein entsprechendes Flussdiagramm ist in FIG: 7 dargestellt. Eine erste Beschleunigung wird in mindestens zwei ersten Dimensionen an einer ersten Position des Rotorblatts gemessen (siehe Box 702). Eine zweite Beschleunigung wird in mindestens zwei zweiten Dimensionen an einer von der ersten Position radial beabstandeten zweiten Position des Rotorblatts gemessen (siehe Box 704). Eine Torsion und/oder ein Pitchwinkel des Rotorblatts wird anhand erster Beschleunigungsanteile in den zwei ersten Dimensionen der ersten Beschleunigung und anhand zweiter Beschleunigungsanteile in den zwei zweiten Dimensionen der zweiten Beschleunigung bestimmt (siehe Box 706).According to further embodiments of the present disclosure, a method for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade of a wind turbine is provided. A corresponding flow chart is shown in FIG: 7. A first acceleration is measured in at least two first dimensions at a first position of the rotor blade (see box 702). A second acceleration will measured in at least two second dimensions at a second position of the rotor blade radially spaced from the first position (see box 704). A torsion and/or a pitch angle of the rotor blade is determined based on first acceleration components in the two first dimensions of the first acceleration and based on second acceleration components in the two second dimensions of the second acceleration (see box 706).

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, welche mit hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, wird das Messen der ersten Beschleunigung und das Messen der zweiten Beschleunigung mit zwei statisch messenden Beschleunigungssensoren durchgeführt.According to further embodiments of the present disclosure, which can be combined with embodiments described herein, the first acceleration and the second acceleration are measured with two statically measuring acceleration sensors.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, welche mit hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, wird das Messen der ersten Beschleunigung an einem ersten Blattradius durchgeführt und das Messen der zweiten Beschleunigung an einem zweiten Blattradius durchgeführt, wobei sich der zweite Blattradius vom ersten Blattradius unterscheidet.According to further embodiments of the present disclosure, which may be combined with embodiments described herein, measuring the first acceleration is performed at a first blade radius and measuring the second acceleration is performed at a second blade radius, where the second blade radius differs from the first blade radius.

Durch den Einsatz absolut messender Beschleunigungssensoren kann die Verdrehung eines Beschleunigungssensors zur Gravitationsachse gemessen an zwei Positionen gemessen werden.By using absolute measuring acceleration sensors, the rotation of an acceleration sensor to the gravitational axis can be measured at two positions.

3 zeigt einen Teil einer Windkraftanlage 300. Auf einem Turm 40 ist eine Gondel 42 angeordnet. An einer Rotornabe 44 sind Rotorblätter 101 angeordnet, so dass der Rotor (mit der Rotornabe und den Rotorblättern) in einer durch die Linie 305 dargestellten Ebene rotiert. Typischerweise ist diese Ebene relativ zu der Senkrechten 307 geneigt. 4 zeigt eine Vorderansicht der Rotorblätter 101 und der Rotornabe 44 in Richtung der Rotationsachse, wobei die erste Achse 131', die aus der Papierebene herauszeigende zweite Achse 132' (dargestellt durch eingekreisten Punkt) und die dritte Achse 133' im blattfesten Koordinationssystem, sowie die Gravitationskraft bzw. die Gravitationsbeschleunigung 10 dargestellt sind. 3 shows part of a wind turbine 300. A nacelle 42 is arranged on a tower 40. FIG. Rotor blades 101 are arranged on a rotor hub 44 such that the rotor (with the rotor hub and the rotor blades) rotates in a plane represented by line 305 . Typically, this plane is inclined relative to the normal 307. 4 shows a front view of the rotor blades 101 and the rotor hub 44 in the direction of the axis of rotation, with the first axis 131', the second axis 132' pointing out of the plane of the paper (represented by the circled point) and the third axis 133' in the blade-fixed coordination system, as well as the gravitational force and the gravitational acceleration 10 are shown.

Bei einer Rotation des Rotors der Windenergieanlage misst der erste Beschleunigungssensor 120 und/oder der zweite Beschleunigungssensor 130 unter anderem die Gravitationsbeschleunigung g (Bezugszeichen 10 in den 1 und 4), die in 6 durch Kurve 601 dargestellt ist. Diese Gravitationsbeschleunigung wird im Koordinatensystem gemäß 1 und 4 in Richtung der ersten Achse 131 bzw. 131' gemessen. Durch die Neigung des Rotors, die in 3 dargestellt ist, wird im Koordinatensystem in 4 die Gravitationsbeschleunigung auch in Richtung der zweiten Achse 132 bzw. 132'gemessen.When the rotor of the wind turbine rotates, the first acceleration sensor 120 and/or the second acceleration sensor 130 measures, among other things, the gravitational acceleration g (reference number 10 in the 1 and 4 ), in the 6 represented by curve 601. This gravitational acceleration is given in the coordinate system 1 and 4 measured in the direction of the first axis 131 or 131'. Due to the inclination of the rotor, which in 3 is shown in the coordinate system in 4 the gravitational acceleration is also measured in the direction of the second axis 132 or 132'.

6 zeigt anschaulich ein dargestelltes Messsignal 612, welches typischerweise in der in 4 eingezeichneten Richtung der ersten Achse 131 bzw. 131' gemessen wird. Dem Messsignal 612 sind typischerweise äußere Einflüsse wie in etwa Vibration und andere parasitäre Beschleunigungen überlagert. 6 shows a displayed measurement signal 612, which is typically in the in 4 drawn direction of the first axis 131 or 131' is measured. External influences such as vibration and other parasitic accelerations are typically superimposed on the measurement signal 612 .

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können erste Signale des Messens der ersten Beschleunigung und/oder zweite Signale des Messens der zweiten Beschleunigung mit einem Tiefpass gefiltert werden.According to further embodiments of the present disclosure, first signals of the measurement of the first acceleration and/or second signals of the measurement of the second acceleration can be filtered with a low-pass filter.

Durch Bereinigung des Messsignals von äußeren Beschleunigungen erhält man das dargestellte Gravitationsbeschleunigungssignal 601. Die Bereinigung kann beispielsweise über den Tiefpass erfolgen. Dabei kann gemäß typischen Ausführungsformen ein Tiefpass für Frequenzen von 0,6 Hz oder darunter, typischerweise von 0,4 Hz und darunter, auf die Signale bzw. Werte der Beschleunigungssensoren angewendet werden. Bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von zum Beispiel 0,2 Hz ergibt diese Filterung für das in 6 dargestellte Signal einen im Wesentlichen glatten Verlauf, zum Beispiel ein Sinusverlauf.The illustrated gravitational acceleration signal 601 is obtained by cleaning the measurement signal from external accelerations. The cleaning can be carried out, for example, via the low-pass filter. According to typical embodiments, a low-pass filter for frequencies of 0.6 Hz or below, typically 0.4 Hz and below, can be applied to the signals or values of the acceleration sensors. At a rotational speed of 0.2 Hz, for example, this filtering for the in 6 signal shown has a substantially smooth curve, for example a sine curve.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Messen der ersten Beschleunigung anhand von Rotorblattreferenzpositionen extrapoliert werden und/oder das Messen der zweiten Beschleunigung anhand von Rotorblattreferenzpositionen extrapoliert werden. Falls das Blatt beispielsweise nicht rechtwinkelig zur Gravitationsachse steht, kann aus bekannten Referenzpositionen die extrapoliert werden. Somit kann die Lage des Blatts zur Gravitationsachse aus den Signalen der Beschleunigungssensoren abgeleitet werden.According to further embodiments of the present disclosure, the measurement of the first acceleration can be extrapolated from rotor blade reference positions and/or the measurement of the second acceleration can be extrapolated from rotor blade reference positions. For example, if the blade is not perpendicular to the gravitational axis, the can be extrapolated from known reference positions. In this way, the position of the blade in relation to the gravitational axis can be derived from the signals from the acceleration sensors.

Steuerungen moderner Windkraftanlagen beinhalten typischerweise eine sogenannte Pitch-Regelung, wobei das Rotorblatt um die in 2 dargestellte Achse 52 gedreht wird. Demzufolge ändert sich in einem blattfesten Koordinationssystem die Richtung der in 4 dargestellten ersten Achse 131' während einer Rotation des Rotorblatts 101 um die Längsachse 103.Controls of modern wind turbines typically include a so-called pitch control, whereby the rotor blade rotates around the in 2 axis 52 shown is rotated. Consequently, in a leaf-fixed coordination system, the direction of the in 4 illustrated first axis 131' during a rotation of the rotor blade 101 about the longitudinal axis 103.

Bei der Betrachtung der von einem Beschleunigungssensor gemessenen Beschleunigung, wie etwa der vom ersten und vom zweiten Beschleunigungssensor 120, 130 gemessenen, die den Einfluss der Gravitationsbeschleunigung auf eine Testmasse beinhaltet, bedarf es zur verbesserten Bewertung der Signale einer Betrachtung der verschiedenen Koordinatensysteme. Zum einen existiert ein blattfestes Koordinatensystem. Dieses ist in 2 dargestellt. Bei einer Rotation des Rotorblatts um die Längsachse 103 rotieren das Koordinatensystem sowie der erste Beschleunigungssensor 120 und der zweite Beschleunigungssensor 130. Darüber hinaus existiert ein Koordinatensystem welches fest in Bezug auf die Rotornabe 44 ist. Dabei handelt es sich um ein rotierendes Koordinatensystem, welches unabhängig von einer Pitch-Regelung verwendet werden kann. Ferner existiert ein ortsfestes Koordinatensystem, welches fest in Bezug auf die Windenergieanlage 300 und somit fest in Bezug auf die Gravitationskraft bzw. Gravitationsbeschleunigung ist.When considering the acceleration measured by an acceleration sensor, such as that measured by the first and second acceleration sensors 120, 130, which includes the influence of the gravitational acceleration on a test mass, an improved evaluation of the signals requires a consideration of the different coordinate systems. On the one hand there is a fixed coordinate system. This is in 2 shown. When the rotor blade rotates about the longitudinal axis 103, the coordinate system and the first acceleration sensor 120 and the second acceleration sensor 130 rotate. In addition, there is a coordinate system which is fixed in relation to the rotor hub 44. This is a rotating coordinate system that can be used independently of pitch control. Furthermore, there is a stationary coordinate system which is fixed in relation to the wind energy installation 300 and is therefore fixed in relation to the gravitational force or gravitational acceleration.

Gemäß typischen Ausführungsformen wird das Signal oder werden die Signale, die mit einer Beschleunigung korrespondieren, über die Zeit integriert, insbesondere zweifach über die Zeit integriert, um eine Verschiebung, Positionsänderung bzw. Ortsänderung des ersten Beschleunigungssensors und/oder des zweiten Beschleunigungssensor und damit der entsprechenden Verschiebung bzw. Ortsänderung der Rotorblattposition zu bestimmen. Hierbei wird dem Beschleunigungssensor ein Ort am Rotorblatt zugewiesen. Der Sensor misst die Beschleunigung an diesem Ort des Rotorblatts. Diese Beschleunigung ergibt sich aus der Gravitationsbeschleunigung, durch die Rotation des Rotors, und durch Bewegungen, d.h. Verformungen des Rotorblatts. Durch Integration des Signals nach der Zeit (2-fach) erhält man die Verschiebung dieses Ortes bzw. die Positionsänderung dieses Ortes. Die Verschiebung dieses Ortes im Sinne einer Vektorverschiebung der Ortskoordinate dieses Ortes bzw. die Positionsänderung diese Ortes im Sinne von neuen Ortskoordinaten x', y' und z' durch den Zusammenhang x'=x+Δx, y'=y+Ay, und z'=z+Δz, wobei der Vektor (Δx, Δy, Δz) die Positionsänderung angibt, wird hier synonym verwendet.According to typical embodiments, the signal or signals corresponding to an acceleration are integrated over time, in particular integrated twice over time, in order to detect a displacement, change in position or change in location of the first acceleration sensor and/or the second acceleration sensor and thus the corresponding To determine displacement or change of location of the rotor blade position. Here, the acceleration sensor is assigned a location on the rotor blade. The sensor measures the acceleration at this point on the rotor blade. This acceleration results from the gravitational acceleration, from the rotation of the rotor, and from movements, i.e. deformations of the rotor blade. By integrating the signal according to time (twice), one obtains the displacement of this location or the change in position of this location. The displacement of this location in terms of a vector displacement of the location coordinates of this location or the change in position of this location in terms of new location coordinates x', y' and z' through the relationship x'=x+Δx, y'=y+Ay, and z '=z+Δz, where the vector (Δx, Δy, Δz) indicates the change in position, is used synonymously here.

Gemäß noch weiteren Ausführungsformen kann eine Beschleunigung in 3 Richtungen gemessen.According to still further embodiments, an acceleration can be measured in 3 directions.

Bei der Rotation des Blatt an einer Windenergieanlage, ist das Blatt 2-mal zur Gravitationsachse rechtwinklig gelagert. Eine Messung an diesem Punkt zeigt wie der erste und der zweite Beschleunigungssensor im Raum zur Gravitationsachse stehen. Aus dem Vergleich der Lagepositionen aller Sensoren kann auf die Verdrehung des Blatts geschlossen werden. Der Winkel kann über konventionelle Trigonometrie errechnet werden. In diesem Fall ist die Summe der Quadrate statisch 1G.When the blade rotates on a wind turbine, the blade is perpendicular to the gravitational axis twice. A measurement at this point shows how the first and second accelerometers are in space with the gravitational axis. The twisting of the blade can be deduced from the comparison of the positions of all sensors. The angle can be calculated using conventional trigonometry. In this case, the sum of squares is statically 1G.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird beim Bestimmen eine Verdrehung der ersten Beschleunigungsanteile zur Gravitationsrichtung und der zweiten Beschleunigungsanteile zur Gravitationsrichtung ausgewertet.According to further embodiments of the present disclosure, a rotation of the first acceleration components with respect to the gravitational direction and of the second acceleration components with respect to the gravitational direction is evaluated during the determination.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Messen der ersten Beschleunigung an einer horizontalen Rotorblattposition durchgeführt werden und/oder das Messen der zweiten Beschleunigung an einer horizontalen Rotorblattposition durchgeführt werden.According to further embodiments of the present disclosure, the measurement of the first acceleration can be performed at a horizontal rotor blade position and/or the measurement of the second acceleration can be performed at a horizontal rotor blade position.

Die Verwendung von mindestens zwei Beschleunigungssensoren, insbesondere eines ersten Beschleunigungssensors und einer ersten Position und eines zweiten Beschleunigungssensors an einer radial von der ersten Position beabstandeten zweiten Position, ermöglicht eine einfachere und unkompliziertere Installation gegenüber Drehsensoren oder Torsionssensoren. Des Weiteren kann die Anordnung der Beschleunigungssensoren der vorliegenden Offenbarung im geschützten Innenbereich der Rotorblätter bzw. der Windenergieanlage installiert werden. Somit kann die Anordnung vor äußeren Umwelteinwirkungen besser geschützt werden. Alternativ können ein oder mehrere Drucksensoren auch im Außenbereich, zum Beispiel in oder an einer 5-Lochsonde zur Verfügung stellt sein. Beispielsweise kann mittels einer symmetrischen Anordnung der Drucksensoren in oder an der 5-Lochsonde der Anstellwinkel eines Rotorblatts zum Wind bestimmt werden und dadurch eine Torsions-, bzw. Pitchüberwachung durchgeführt werden.The use of at least two acceleration sensors, in particular a first acceleration sensor and a first position and a second acceleration sensor at a second position radially spaced apart from the first position, enables simpler and less complicated installation compared to rotation sensors or torsion sensors. Furthermore, the arrangement of the acceleration sensors of the present disclosure can be installed in the protected interior area of the rotor blades or the wind turbine. The arrangement can thus be better protected against external environmental influences. Alternatively, one or more pressure sensors can also be provided outside, for example in or on a 5-hole probe. For example, by means of a symmetrical arrangement of the pressure sensors in or on the 5-hole probe, the angle of attack of a rotor blade to the wind can be determined and a torsion or pitch monitoring can be carried out as a result.

In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann zum Bestimmen der Torsion und/oder des Pitchwinkels ein Vergleich, insbesondere eine Differenz, verwendet werden. Durch das Messen der ersten Beschleunigung an der ersten Position in und das Messen der zweiten Beschleunigung an einer radial von der ersten beabstandeten zweiten Position kann somit eine Art Differenzmessung bzw. Vergleichsmessung erfolgen. Dadurch können Drifteffekte verringert oder sogar vermieden werden.In embodiments of the present disclosure, a comparison, in particular a difference, can be used to determine the torsion and/or the pitch angle. By measuring the first acceleration at the first position in and measuring the second acceleration at a second position radially spaced apart from the first, a type of differential measurement or comparative measurement can thus be carried out. As a result, drift effects can be reduced or even avoided.

In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können weitere Algorithmen-Möglichkeiten auf der gleichen Hardware erfolgen, wie in etwa eine Frequenzanalyse oder ähnliches. Das heißt, dass zum Beispiel durch eine andere Filterung, eine Vibrationsanalyse oder eine Eigenfrequenzanalyse des Rotorblatts zur Verfügung gestellt werden kann.In further embodiments of the present disclosure, further algorithm possibilities can take place on the same hardware, such as a frequency analysis or the like. This means that a vibration analysis or a natural frequency analysis of the rotor blade can be made available, for example, by means of a different filtering.

Die für die in Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendbaren Beschleunigungssensoren für die hierin beschriebenen Anordnungen und Verfahren werden nun in Bezug auf 5A und 5B beschrieben. 5A zeigt einen Sensor 500 wobei eine Testmasse 512 an einer optischen Fasern 522 angebracht ist. Ein Gehäuse 502 ist derart ausgestaltet, dass bei einer Beschleunigung der Masse 512 eine Dehnung, d.h. eine relative Längenänderung (Verlängerung oder Verkürzung) der optischen Faser 522 eintritt. Durch die Dehnung der optischen Faser 522 wird das Faser-Bragg-Gitter 524 verändert. Dies führt zu einer veränderten Reflexion bzw. Transmission des Faser-Bragg-Gitters in Bezug auf die reflektierten bzw. transportierten Wellenlängen. Diese Änderung kann als Maß für die Dehnung der Faser und somit indirekt als Maß für die Beschleunigung der Testmasse 512 verwendet werden.The acceleration sensors that can be used in embodiments of the present disclosure for the systems and methods described herein will now be described with reference to FIG 5A and 5B described. 5A FIG. 12 shows a sensor 500 with a proof mass 512 attached to an optical fiber 522. FIG. A The housing 502 is designed in such a way that when the mass 512 is accelerated, the optical fiber 522 is stretched, ie there is a relative change in length (lengthening or shortening). By stretching the optical fiber 522, the fiber Bragg grating 524 is changed. This leads to a changed reflection or transmission of the fiber Bragg grating in relation to the reflected or transported wavelengths. This change can be used as a measure of the elongation of the fiber and thus indirectly as a measure of the acceleration of the test mass 512.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung sind der erste und der zweite Beschleunigungssensor eingerichtet um in mindesten zwei Dimensionen eine erste bzw. eine zweite Beschleunigung zu messen. Ein erster Beschleunigungssensor 120 bzw. ein zweiter Beschleunigungssensor 130 kann entsprechen aus einer Kombination von zwei der in 5A gezeigten Sensoren 500 aufgebaut sein. In dieser Ausführungsform misst jeder der zwei Sensoren 500 eines Beschleunigungssensors eine Beschleunigung in einer der jeweiligen zwei Dimensionen.According to the present disclosure, the first and the second acceleration sensor are configured to measure a first and a second acceleration, respectively, in at least two dimensions. A first acceleration sensor 120 or a second acceleration sensor 130 can correspond to a combination of two of the 5A sensors 500 shown can be constructed. In this embodiment, each of the two sensors 500 of an acceleration sensor measures an acceleration in one of the respective two dimensions.

In weiteren Ausführungsformen kann der Beschleunigungssensor als ein 3D-Beschleunigungssensor ausgeführt sein. In 5B ist ein Beschleunigungssensor 550 dargestellt. Die in der 5B gezeigte Anordnung kombiniert 3 der in 5A gezeigten Sensoren 500, wobei die Rotation der Sensoren in Illustration eine dreidimensionale Anordnung darstellen soll, so dass 3 Beschleunigungswerte in einem Koordinatensystem, wie zum Beispiel einem kartesischen Koordinatensystem, gemessen werden.In further specific embodiments, the acceleration sensor can be implemented as a 3D acceleration sensor. In 5B an acceleration sensor 550 is shown. The one in the 5B The arrangement shown combines 3 of the in 5A Sensors 500 are shown, wherein the rotation of the sensors in the illustration is intended to represent a three-dimensional arrangement, so that 3 acceleration values are measured in a coordinate system, such as a Cartesian coordinate system.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die hierin beschriebene Anordnung ein System zur Datenverarbeitung aufweisen, das Mittel zur Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens umfasst. Beispielsweise kann das System einen Computerprozessor umfassen, der derart konfiguriert ist, dass er das hierin beschriebene Verfahren ausführen kann, wobei die auszuführenden Befehle auf einem computerlesbaren Medium vorliegen.According to further embodiments of the present disclosure, the arrangement described herein can have a system for data processing, which comprises means for executing the method described herein. For example, the system may include a computer processor configured to perform the method described herein, the instructions to be performed being on a computer-readable medium.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Windkraftanlage mit der Anordnung zur Torsionsüberwachung und/oder Pitchüberwachung eines Rotorblatts nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt. 3 zeigt beispielsweise einen Abschnitt einer Windenergieanlage 300 aufweisend die hierin beschriebenen Anordnung 100.According to a further aspect of the present disclosure, a wind turbine with the arrangement for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade according to one of the embodiments described herein is made available. 3 shows, for example, a section of a wind turbine 300 having the arrangement 100 described herein.

Die Windenergieanlage beinhaltet typischerweise ein erstes Rotorblatt, das an einer Nabe montiert ist und zumindest ein zweites Rotorblatt das an der Nabe montiert ist. Die Windenergieanlage beinhaltet insbesondere einen ersten Beschleunigungssensor wobei der erste Beschleunigungssensor an einer radialen Position im Bereich der äußeren 70 % des Radius des ersten Rotorblatts zur Verfügung gestellt ist und einen zweiten Beschleunigungssensor, der radial vom ersten Beschleunigungssensor beabstandet zur Verfügung gestellt ist. Typischerweise weist die Windenergieanlage mindestens eine Messsignalleitung zum Führen des Messsignals des ersten Beschleunigungssensors und des zweiten Beschleunigungssensors, zur Überwachung, Steuerung und/oder Regelung des Rotorblatts.The wind turbine typically includes a first rotor blade mounted on a hub and at least one second rotor blade mounted on the hub. In particular, the wind turbine includes a first acceleration sensor, the first acceleration sensor being provided at a radial position in the region of the outer 70% of the radius of the first rotor blade, and a second acceleration sensor being provided radially spaced apart from the first acceleration sensor. The wind energy installation typically has at least one measurement signal line for carrying the measurement signal from the first acceleration sensor and the second acceleration sensor, for monitoring, controlling and/or regulating the rotor blade.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand typischer Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.Although the present invention has been described above on the basis of typical exemplary embodiments, it is not restricted thereto but can be modified in many different ways. The invention is also not limited to the possible applications mentioned.

Claims

procedure after claim 1 , the measurement of the first acceleration and the measurement of the second acceleration being carried out with two statically measuring acceleration sensors (120, 130).

Procedure according to one of Claims 1 until 2 , wherein measuring the first acceleration is performed at a first blade radius and measuring the second acceleration is performed at a second blade radius is performed, wherein the second blade radius differs from the first blade radius.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , wherein when determining a rotation of the first acceleration components to the gravitational direction and the second acceleration components to the gravitational direction is evaluated.

Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein the measurement of the first acceleration is performed at a horizontal rotor blade position and/or the measurement of the second acceleration is performed at a horizontal rotor blade position.

Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein the measurement of the first acceleration is extrapolated based on rotor blade reference positions and/or the measurement of the second acceleration is extrapolated based on rotor blade reference positions.

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , wherein first signals of the measurement of the first acceleration and/or second signals of the measurement of the second acceleration are filtered with a low-pass filter.

Procedure according to one of Claims 1 until 7 , A comparison, in particular a difference, being used to determine the torsion and/or the pitch angle.

Procedure according to one of Claims 1 until 8th , wherein to determine the torsion and/or the pitch angle, the first acceleration is determined in a first plane and the second acceleration is determined in a second plane, which is parallel to the first plane.

Arrangement for torsion monitoring and/or pitch monitoring of a rotor blade (101) of a wind turbine, comprising: a first acceleration sensor (120) for measuring a first acceleration in at least two first dimensions along a first axis (131) and a second axis (132) at a first position of the rotor blade (101), the first axis (131') and the second axis (132') of the two second dimensions are substantially perpendicular to each other; a second acceleration sensor (130) for measuring a second acceleration in at least two second dimensions along a first axis (131') and a second axis (132') at a second position of the rotor blade (101) radially spaced from the first position, wherein the first axis (131') and second axis (132') of the two second dimensions are substantially perpendicular to each other; and a determination unit (250) for determining a torsion and/or a pitch angle of the rotor blade (101) based on first acceleration components in the two first dimensions of the first acceleration and based on second acceleration components in the two second dimensions of the second acceleration.

arrangement according to claim 10 , wherein the first and the second acceleration sensor (120, 130) are designed as fiber optic sensors.

Arrangement according to one of Claims 10 until 11 with a system for data processing, comprising means for carrying out the method claim 1 until 9 .

Wind turbine with the arrangement for torsion monitoring and / or pitch monitoring of a rotor blade claim 10 until 12 .