DE102019114529A1 - Modeling and prediction of wake vortices and wind shear with fiber optic sensors in wind turbines - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Anordnung von Sensoren auf einem Rotorblatt, sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Windströmungen an einem oder mehreren Rotorblättern einer Windkraftanlage offenbart. Die Anordnung besteht aus mindestens zwei Dehnungssensoren, die Blattbiegemomente mindestens eines Rotorblatts einer Windenergieanlage in mindestens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen erfasst. Weiter umfasst die Anordnung einen ersten Beschleunigungssensor zur Erfassung von Beschleunigungen des Rotorblatts in einer ersten Raumrichtung und mindestens einen zweiten Beschleunigungssensor zur Erfassung von Beschleunigungen des Rotorblattes in einer zweiten Raumrichtung, unterschiedlich zur ersten Raumrichtung. Weiter ist eine Auswerteeinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, analoge oder digitale Signale der Spannungsmessensoren und der Beschleunigungssensoren über Eingänge der Auswerteeinrichtung einzulesen, die Signale auszuwerten und ein Auswerteergebnis bezüglich auf das Rotorblatt treffende Wirbelschleppen oder Scherwinde bereitzustellen.An arrangement of sensors on a rotor blade and a method for determining wind currents on one or more rotor blades of a wind turbine are disclosed. The arrangement consists of at least two strain sensors which detect the blade bending moments of at least one rotor blade of a wind energy installation in at least two different spatial directions. The arrangement further comprises a first acceleration sensor for detecting accelerations of the rotor blade in a first spatial direction and at least one second acceleration sensor for detecting accelerations of the rotor blade in a second spatial direction, different from the first spatial direction. An evaluation device is also included, which is designed to read in analog or digital signals from the voltage measurement sensors and the acceleration sensors via inputs of the evaluation device, to evaluate the signals and to provide an evaluation result with regard to wake vortices or wind shear impacting the rotor blade.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Anmeldung ist auf dem Gebiet der Windkraftanlagentechnik. Die vorliegende Anmeldung offenbart insbesondere Systeme und Methoden zur verbesserten Vorhersage und Auswertung ungünstiger Strömungsverhältnisse, wie Wirbelschleppen und/oder Scherwinden in Bezug auf Windenergieerzeugungsanlagen, insbesondere hinsichtlich deren Auswirkungen in Windparks, bestehend aus einer Anzahl an Winderzeugungsanlagen.The registration is in the field of wind turbine technology. The present application discloses in particular systems and methods for the improved prediction and evaluation of unfavorable flow conditions, such as wake vortices and / or wind shear, with regard to wind energy generation plants, in particular with regard to their effects in wind parks, consisting of a number of wind generation plants.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Windkraftanlagen sind Wirtschaftsunternehmungen, die über Verkauf erzeugter Energie einen stetigen finanziellen Ertrag erwirtschaften sollen.Wind turbines are commercial enterprises that are supposed to generate a steady financial return by selling the energy they generate.
Erträge erwarteter Windenergieproduktion werden mit Wahrscheinlichkeiten von P50, P75 und P90 angegeben. Anders ausgedrückt heisst das, dass Wahrscheinlichkeitswerte für einen zu erwartenden Ertrag aus Windkraft mit Wahrscheinlichkeiten von 50, 75 bzw. 90 % vorausgesagt werden können. Man sieht, dass diese Schätzungen recht grob sind.Yields of expected wind energy production are given with probabilities of P50, P75 and P90. In other words, this means that probability values for an expected yield from wind power can be predicted with probabilities of 50, 75 or 90%. You can see that these estimates are quite rough.
Neben Vorhersagen über einen zu erwartenden Ertrag an Windenergie sind Aussagen über Lasten, die zur Materialermüdung und Ausfall der Anlage führen können, von Interesse. Sowohl der Minimumwert für eine erwartete Windenergieproduktion als auch die maximale Ermüdungslast die toleriert wird, gehören daher zu den Parametern beim Design einer Windkraftanlage.In addition to predictions about the expected wind energy yield, statements about loads that can lead to material fatigue and failure of the system are of interest. Both the minimum value for an expected wind energy production and the maximum fatigue load that is tolerated are therefore among the parameters in the design of a wind turbine.
Bekanntlich werden Anlagen im Betrieb durch Einflüsse der sie umgebenden Umwelt belastet, was zu einer eingeschränkten Lebensdauer und im schlimmsten Fall, nämlich dem vorzeitigen Ausfall einer Anlage, somit zu empfindlichen finanziellen Einbussen für den Anlagenbetreiber führen kann.It is known that systems are stressed during operation by the influences of the surrounding environment, which can lead to a limited service life and in the worst case, namely the premature failure of a system, thus to sensitive financial losses for the system operator.
Bessere Schätzungen der Windlasten und Strömungsverhältnisse können daher zur Reduktion des Risikos und zu einem besseren finanziellen Resultat für Windparkbetreiber führen.Better estimates of wind loads and flow conditions can therefore lead to a reduction in risk and to a better financial result for wind farm operators.
Insbesondere während ihres Betriebes sind Windturbinen, entsprechend den sich ändernden Windbedingungen, großen und vor allem wechselnden Lasten ausgesetzt, die zu Materialermüdungen und Ausfällen führen können. Die geschätzte Lebensdauer einer Windturbine basiert daher vorzugsweise auf der Widerstandskraft gegen solche rauen Betriebsbedingungen.Particularly during their operation, wind turbines are exposed to large and, above all, changing loads, depending on the changing wind conditions, which can lead to material fatigue and failures. The estimated life of a wind turbine is therefore preferably based on the resistance to such harsh operating conditions.
Eine verbesserte bessere Beschreibungen von solchen Lasten, die zur Ermüdung des Materials führen, können daher zu einer verbesserten Nutzung der Windkraftanlage (WKA) führen. Eine Schätzung von den Lasten die zu einer Ermüdung von Rotor oder Windkraftanlagenturm führen können, kann auf zeitlich aufeinanderfolgenden Windbedingungen an verschiedenen Bereichen des Rotors oder auch Bereichen des Turms basieren.An improved, better description of such loads, which lead to the fatigue of the material, can therefore lead to an improved use of the wind turbine (WKA). An estimate of the loads that can lead to a fatigue of the rotor or the wind turbine tower can be based on chronologically successive wind conditions at different areas of the rotor or areas of the tower.
Meist werden kostenintensive Messungen von mindestens einem Jahr Dauer mittels Meteorologie- (Met-) Masten inklusive mehrerer Anemometer durchgeführt, um Windströmungsfelder (mathematisch ein Vektorfeld) während der Standortauswahl zu beschreiben, sowie zur Durchführung von Windenergie Schätzungen und Layout Optimierung.Mostly, cost-intensive measurements of at least one year duration are carried out using meteorological (Met) masts including several anemometers in order to describe wind flow fields (mathematically a vector field) during the location selection, as well as to carry out wind energy estimates and layout optimization.
Da lokale, d.h. windturbinenspezifische, Bedingungen von den geographischen Gegebenheiten rund um jede der Turbinen abhängig sind, wird bisher eine generische, repräsentative Wind-Feld Schätzung zuerst mit Messungen über die Meteorologiemasten der WKAs durchgeführt, um diese dann für jede Turbinenposition zu extrapolieren. Einschränkungen der Verfahren und deren Aussagekraft bzw. Relevanz von Messungen sind in den Wahrscheinlichkeitsschätzungen mit eingeschlossen.Since local, i.e. Wind turbine-specific conditions are dependent on the geographic conditions around each of the turbines, a generic, representative wind field estimate has so far been carried out first with measurements over the meteorological masts of the WKAs, in order to then extrapolate them for each turbine position. Limitations of the procedures and their informative value or relevance of measurements are included in the probability estimates.
Windströmungsbedingungen sind als Anregung eines mechanischen Systems zu verstehen, dessen Systemantwort mittels physikalischer Modelle simuliert wird. Daher fokussieren sich die in der Industrie vorgeschlagenen Vorgehensweisen auf eine direkte Messung der Systemantwort d.h. auf die Energieerzeugung, mechanische Lasten oder strukturelle Verformung von Anlagenteilen bei einer bestimmten Windströmung (Anregung).Wind flow conditions are to be understood as the excitation of a mechanical system, the system response of which is simulated using physical models. Therefore, the approaches proposed in the industry focus on a direct measurement of the system response i.e. on the generation of energy, mechanical loads or structural deformation of system parts with a certain wind flow (excitation).
Die Schätzung von Windbedingungen sind daher das Nebenprodukt eines Reverse-Modeling, in dem die Systemantwort dazu benutzt wird, auf eine erwartete Auslenkung zu schliessen bzw. diese zu schätzen. Diese Schätzung der Windbedingungen findet über Meteorologie- (Met-) Masten oder Nacellenbasierten Einrichtungen, also in der Turmgondel, die den Generator und eventuell das Getriebe umschliesst.The estimation of wind conditions is therefore the by-product of reverse modeling in which the system response is used to infer or estimate an expected deflection. This estimate of the wind conditions takes place via meteorology (mead) masts or nacelle-based facilities, i.e. in the tower nacelle that encloses the generator and possibly the gearbox.
Die großen Flächen jedoch, die durch die Rotorblätter abgedeckt werden bedeuten auch dass es verschiedene Bedingungen entlang verschiedener Bereiche des Blattes gibt.However, the large areas covered by the rotor blades also mean that there are different conditions along different areas of the blade.
Anders ausgedrückt kann davon ausgegangen werden, dass die Windbedingungen innerhalb dieser großen Fläche, den das Rotorblatt überstreicht, nicht mehr homogen sind. Dazu ist dieser Bereich zu groß, wenn man von aktuellen Rotordurchmessern von mehr als 130 m ausgeht. Die Fläche, die zum Beispiel schon von einem Rotor mit einem Durchmesser von 100 m umfasst wird, liegt bei ca. 7.800 m2, zum Vergleich: die Fläche eines Standard-Fussballfeldes liegt bei knapp über 7.100 m2. Dies verdeutlicht die Masstäbe und zeigt, dass innerhalb einer solchen überstrichenen Fläche durchaus unterschiedliche Windbedingungen bzw. Windströmungsverhältnisse an verschiedenen Orten der Fläche herrschen können.In other words, it can be assumed that the wind conditions within this large area that the rotor blade sweeps are no longer homogeneous. This area is too big for that, assuming current rotor diameters of more than 130 m. The The area covered by a rotor with a diameter of 100 m, for example, is around 7,800 m 2 , for comparison: the area of a standard football field is just over 7,100 m 2 . This clarifies the standards and shows that within such a swept area, different wind conditions or wind flow conditions can prevail at different locations on the area.
Sowohl zeitliche- als auch räumliche Abhängigkeiten sowie statistische Modelle können genutzt werden, um die Veränderung von Windströmungsbedingungen entlang der Rotorblätter zu schätzen, auch bekannt unter „turbulente Windmodelle“. Die
Da moderne Windräder zudem Höhen erreichen, in denen atmosphärische Einflüsse durchaus eine Auswirkung auf diese Modelle haben können, kann die Langzeitbeschreibung durch tägliche und regionale Unterschiede beeinflusst werden.Since modern wind turbines also reach heights at which atmospheric influences can definitely have an effect on these models, the long-term description can be influenced by daily and regional differences.
Neuere Wege in der Industrie sind auf eine bessere Beschreibung von Windbedingungen vor dem Rotor gerichtet wie etwa mit LiDAR Technologie (Akronym für Light Detection And Ranging), Anemometern, die in der Rotornabe angebracht sind und Kameras in den Rotorblättern, die deren Deformationen sichtbar machen. Jede dieser Vorgehensweisen hat jedoch Vor- und Nachteile:Newer approaches in industry are aimed at a better description of wind conditions in front of the rotor, such as with LiDAR technology (acronym for Light Detection And Ranging), anemometers that are mounted in the rotor hub and cameras in the rotor blades that make their deformations visible. However, each of these approaches has advantages and disadvantages:
LiDARs sind abhängig von Atmosphärenbedingungen und besser geeignet zur Windenergievorhersage als für die Lastabschätzung, da sie bevorzugt ein Gebiet vor der Turbine, also dem Rotor, abtasten, als einen bestimmten Punkt. Beispielsweise offenbart die
Anemometer an der Rotornabe liefern bessere Schätzungen als im Augenblick gängige, Nacellen-basierte Messungen. Eine „Nacelle“ ist das Gehäuse in einer Windkraftanlage, indem beispielsweise der Generator, das Getriebe, Steuereinrichtungen oder auch Kühlanlagen untergebracht sind. Die Nacelle befindet sich drehbar gelagert auf der Spitze des Turms der WKA.Anemometers on the rotor hub provide better estimates than currently common, Nacellen-based measurements. A “nacelle” is the housing in a wind power plant in which, for example, the generator, the gearbox, control devices or cooling systems are housed. The nacelle is rotatably mounted on the top of the tower of the wind farm.
Eine weitere Verbesserung in der Bestimmung stellen Kameras dar, die in den Rotorblättern installiert sind. Hier können sie im direkten Bereich der Windzur-Blatt Interaktion angeordnet sein. Ihre Sichtlinie ist jedoch gegen die Blattspitze begrenzt, nämlich dann, wenn sich die Rotorblätter aus dem Sichtbereich der Kameras biegen. Eine optische Messeinrichtung zur Messung der Verformung eines Rotorblattes einer Windkraftanlage ist beispielsweise in der
Ein besonderes, bisher wenig behandeltes, Problem beim Betrieb einer solchen Anlage entsteht, wenn sich Strömungen sehr schnell oder unstetig ändern oder sich Windverhältnisse ergeben, bei denen die Rotoren gleichzeitig aus unterschiedlichen Richtungen, z.B. seitlich und gleichzeitig vertikal von unten nach oben wie bei einer Windscherung.A special problem, which has not been dealt with so far, arises when operating such a system when currents change very quickly or discontinuously or when wind conditions arise in which the rotors are simultaneously coming from different directions, e.g. laterally and at the same time vertically from bottom to top as in a wind shear.
Scherwinden sind lokale Windphänomene, resultierend aus der örtlichen Topografie, lokaler und Groß-Wetterlage und daraus wachsender, insbesondere unerwarteter Querbewegungen der Luftmassen. Der Scherwind ist ein Wind, dessen Windstärke oder Windrichtung sich in einem kleinen geografischen Gebiet ändert.Shear winds are local wind phenomena, resulting from the local topography, local and large-scale weather conditions and the resulting growing, in particular unexpected, transverse movements of the air masses. The wind shear is a wind whose wind strength or wind direction changes in a small geographic area.
Die Beschreibung von horizontal und vertikal wirkenden Scherwinden ist mit bisherigen Verfahren nur beschränkt möglich.The description of horizontally and vertically acting winches is only possible to a limited extent with previous methods.
Ein anderes Problem, welches beim Design und dem Betrieb von Windkraftanlagen beachtet werden soll ist, dass sich, insbesondere beim Betrieb von mehreren Windkraftanlagen wie sie in Windparks angeordnet sind, Windkraftanlagen gegenseitig beeinflussen, mit negativem Effekt auf die Haltbarkeit und den Energieertrag. Das kann beispielsweise durch Wirbelschleppen geschehen, die sich hinter den Rotoren einer Windkraftanlage bilden.Another problem that should be considered in the design and operation of wind turbines is that, especially when operating several wind turbines such as those arranged in wind parks, wind turbines influence each other, with a negative effect on durability and energy yield. This can happen, for example, through wake vortices that form behind the rotors of a wind turbine.
Windkraftanlagen werden als Einzelanlagen entwickelt, aber meist im Verbund gebaut. Die Einzelanlagen werden so weit wie möglich zusammengerückt, damit sie einen möglichst großen Ertrag bei minimierten Anlagenkosten bringen.Wind turbines are developed as individual systems, but mostly built in a network. The individual systems are brought together as far as possible so that they bring the greatest possible yield with minimized system costs.
Im Verbund bringt eine Anzahl Anlagen jedoch nicht den Betrag den man von einer Einzelanlage multipliziert mit der Anzahl der Anlagen erwarten könnte. Einer der wichtigsten Gründe dafür sind Turbulenzen (Wirbelschleppen), die den Ertrag der nachfolgenden Anlagen erheblich mindern. Einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer der Anlagen haben die Wirbelschleppen ebenfalls.In a network, however, a number of systems does not bring the amount that could be expected from a single system multiplied by the number of systems. One of the most important reasons for this is turbulence (wake vortices), which considerably reduce the yield of the downstream systems. The wake vortices also have a negative impact on the service life of the systems.
Für starke Turbulenzen durch die Wirbelschleppen sind die Windkraftanlagen nicht ausgelegt, ebensowenig für Standorte mit hoher Umgebungsturbulenz, Waldstandorte oder bei Lückenbebauung in bestehenden Windparks. Turbulenzen spielen für die Erträge, die Lebensdauer und Auswirkungen auf die Umwelt jedoch eine große Rolle. Rotorblätter, Getriebe und Generatoren werden durch die Turbulenzen stark durch Vibrationen belastet. Dadurch kann sich die Reparaturanfälligkeit vergrößern und vor allem auf See zu einem gravierenden Kostenfaktor führen.The wind power plants are not designed for strong turbulence caused by the wake vortices, nor for locations with high ambient turbulence, forest locations or where there are gaps in existing wind farms. Turbulence, however, plays a major role in terms of yields, lifespan and impact on the environment. Rotor blades, gears and generators are made by the Turbulence heavily burdened by vibrations. This can increase the need for repairs and lead to a serious cost factor, especially at sea.
Modelle zur Ausbreitung von Wirbelschleppen werden dazu benutzt um darzustellen, wie sich Wirbelschleppen entlang eines Windparks fortbewegen. Die
Bisher wurden Wirbelschleppen in Windparks über einfache Rechenmodelle dargestellt, wie einem Verlust an Windgeschwindigkeit und/oder einer Erhöhung der Intensität von Turbulenzen. Diese verringern zum Einen die Energieproduktion der Anlage und führen zum Zweiten, da der Rotor der wichtigste Angriffspunkt für Kräfte ist, einer erhöhten Last auf die Anlage und damit zu einem stärkeren Risiko einer schnellerem Materialermüdung.So far, wake vortices in wind farms have been represented using simple computational models, such as a loss of wind speed and / or an increase in the intensity of turbulence. On the one hand, these reduce the energy production of the system and, on the other hand, since the rotor is the most important point of application for forces, they lead to an increased load on the system and thus to a greater risk of faster material fatigue.
Einfachere und verbesserte Verfahren sowie eine Einrichtung zur Vorhersage von sich schnell ändernden Windströmungsbedingungen, insbesondere Wirbelschleppen und Windscherungen an einem Rotor ist daher wünschenswert.Simpler and improved methods and a device for predicting rapidly changing wind flow conditions, in particular wake vortices and wind shear on a rotor, is therefore desirable.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
In einem ersten Aspekt ist eine Anordnung von Sensoren auf einem Rotorblatt zur Bestimmung von Windströmungen an einem oder mehreren Rotorblättern einer Windkraftanlage offenbart.In a first aspect, an arrangement of sensors on a rotor blade for determining wind currents on one or more rotor blades of a wind turbine is disclosed.
Die Anordnung kann mindestens einen Dehnungssensor (vorteilhafterweise auch mindestens zwei Dehnungssensoren), umfassen, womit Blattbiegemomente mindestens eines Rotorblatts einer Windenergieanlage in mindestens zwei unterschiedlichen Raumrichtungen erfasst werden können.The arrangement can include at least one strain sensor (advantageously also at least two strain sensors), with which blade bending moments of at least one rotor blade of a wind turbine can be detected in at least two different spatial directions.
Die Anordnung kann einen ersten Beschleunigungssensor zur Erfassung von Beschleunigungen des Rotorblatts in einer ersten Raumrichtung umfassen. Weiter kann die Anordnung mindestens einem zweiten Beschleunigungssensor zur Erfassung von Beschleunigungen des Rotorblattes in einer zweiten Raumrichtung umfassen, wobei die zweite Raumrichtung unterschiedlich zur ersten Raumrichtung ist.The arrangement can comprise a first acceleration sensor for detecting accelerations of the rotor blade in a first spatial direction. The arrangement can further comprise at least one second acceleration sensor for detecting accelerations of the rotor blade in a second spatial direction, the second spatial direction being different from the first spatial direction.
Weiter kann die Anordnung eine Auswerteeinrichtung umfassen, die dazu ausgelegt ist, analoge oder digitale Signale der Spannungsmessensoren und der Beschleunigungssensoren über Eingänge der Auswerteeinrichtung einzulesen, die Signale auszuwerten und ein Auswerteergebnis bereitzustellen.Furthermore, the arrangement can comprise an evaluation device which is designed to read in analog or digital signals from the voltage measurement sensors and the acceleration sensors via inputs of the evaluation device, to evaluate the signals and to provide an evaluation result.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Bestimmung von Windströmungen an einem oder mehreren Rotorblättern einer Windkraftanlage offenbart. Das Verfahren kann dabei das Bestimmen von Spannungs- und Beschleunigungswerten an zumindest zwei Orten einer Rotorblatt Oberfläche umfassen.In another aspect, a method for determining wind currents on one or more rotor blades of a wind turbine is disclosed. The method can include the determination of voltage and acceleration values at at least two locations on a rotor blade surface.
Weiter kann das Verfahren das Umwandeln der bestimmten Spannungs- und Beschleunigungswerten in zumindest ein elektronisch verarbeitbares Signal umfassen, sowie das Übernehmen des zumindest einen, elektronisch verarbeitbaren Signals in eine elektronische Auswerteeinheit. Weiter kann das Auswerten des zumindest einen, elektronisch verarbeitbaren Signals und weiter das Bestimmen eines oder mehrerer Parameter aus der Gruppe: Intensitätswerte von Wirbelschleppen, insbesondere Wirbelschleppen, die durch benachbarte Windkraftanlagen erzeugt werden, Intensitätswerte von Wind-Scherung umfasst sein.The method can further include converting the determined voltage and acceleration values into at least one electronically processable signal, as well as accepting the at least one electronically processable signal in an electronic evaluation unit. Furthermore, the evaluation of the at least one electronically processable signal and further the determination of one or more parameters from the group: intensity values of wake vortices, in particular wake vortices that are generated by neighboring wind turbines, intensity values of wind shear can be included.
In einem weiteren Aspekt kann ein Rotorblatt mit einer Anordnung von Sensoren nach einem der übrigen Aspekte offenbart sein.In a further aspect, a rotor blade with an arrangement of sensors according to one of the other aspects can be disclosed.
Ein weiterer Aspekt kann eine Windkraftanlage mit einem oder mehreren Rotorblättern mit einer Anordnung von Sensoren gemäß einem der übrigen Aspekte offenbaren.Another aspect can disclose a wind power plant with one or more rotor blades with an arrangement of sensors according to one of the other aspects.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 : skizzenhaft einen Einfluss einer Art von Windströmungen auf eine Windkraftanlage; -
2 : skizzenhaft einen Einfluss einer weiteren Art von Windströmungen auf eine Windkraftanlage; -
3 : Windströmungsverteilungen an Windkraftanlagen/in Windparks; -
4 : Sensoranordnung an einem Rotorblatt gemäss Ausführungsformen der Erfindung; -
5 : Sensoranordnungen an einem Rotorblatt gemäss Ausführungsformen der Erfindung; und -
6 : ein Verfahren gemäss Ausführungsformen der Erfindung.
-
1 : a sketch of an influence of a type of wind currents on a wind turbine; -
2 : a sketch of the influence of another type of wind currents on a wind turbine; -
3 : Wind flow distributions at wind turbines / in wind parks; -
4th : Sensor arrangement on a rotor blade according to embodiments of the invention; -
5 : Sensor arrangements on a rotor blade according to embodiments of the invention; and -
6th : a method according to embodiments of the invention.
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments
Insbesondere sind für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung folgende Merkmale vorteilhaft.In particular, the following features are advantageous for embodiments of the present invention.
Es werden vorteilhafterweise faseroptische Sensoren
Beispielsweise können so vertikale und horizontale Scherwinde
Defizite der Windgeschwindigkeit sowie erhöhte Turbulenzen können an einem oder auch mehreren, spezifischen Bereichen
Die vorliegende Anmeldung kann daher die Bestimmung und Berücksichtigung insbesondere starker und unerwünschter Strömungseinflüsse auf eine Windkraftanlage
In einer ersten Ausführungsform wird daher eine Anordnung von Sensoren
Turbulenzen und windabhängige Belastungen können mit Messungen in Windrichtung („out-of-rotor-plane“) abgeschätzt werden.Turbulence and wind-dependent loads can be estimated with measurements in the wind direction (“out-of-rotor-plane”).
Weiter kann ein erster Beschleunigungssensor
Vorzugsweise können drei Dehnungssensoren
Weiter vorzugsweise können mindestens zwei Beschleunigungssensoren
Diese örtliche Anordnung überwindet die Beschränkungen bisheriger Vorgehensweisen weil sie die Windbedingungen entlang der gesamten, durch den Rotor beschriebenen Fläche
Eine Messung einer Auslenkung (z.B. an einem Quadrant
Dies bedeutet einen deutlichen Vorteil bei der Antwortzeit nach einer Anregung. Es ist somit nicht die Systemantwort von Interesse sondern die Messung einer Auslenkung als direkte Reaktion einer Krafteinwirkung durch Windanströmung. Die gesamte Blattlänge und nicht nur Punkt-Schätzungen werden dabei zur Beschreibung des Windflusses genutzt.This means a clear advantage in the response time after a suggestion. It is therefore not the system response that is of interest, but rather the measurement of a deflection as a direct reaction to the action of a force caused by the wind. The entire blade length and not just point estimates are used to describe the wind flow.
Die erfindungsgemäß mögliche Bestimmung der Windverhältnisse mit sehr kurzen Systemantwortzeiten, ermöglicht es, dass schneller auf Belastungen reagiert werden und somit ein übermäßiger Verschleiß der Anlage vermindert werden kann. Durch eine somit erhöhte Lebensdauer der Anlage, kann eine bessere Wirtschaftlichkeit erreicht werden.The determination of the wind conditions with very short system response times, which is possible according to the invention, makes it possible to react more quickly to loads and thus to reduce excessive wear on the system. As a result of the increased service life of the system, better economic efficiency can be achieved.
Wie in
Die Auswirkung auf jeden Rotorblatt Quadranten
Ein Koordinatensystem zur Angabe von Koordinaten eines Strömungsereignisses auf einem Rotorblatt
In einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung gemäss einem oder mehrerer Aspekte der Anmeldung können die Beschleunigungssensoren
Faseroptische Sensoren haben gegenüber auf Halbleitern basierenden Sensoren den Vorteil, dass sie nicht auf elektromagnetische Felder reagieren, und besonders robust sind. D.h. ein optischer Sensor kann einen Blitzeinschlag im Turm oder in den Rotor überstehen, im Gegensatz zu einem auf Halbleiter basierten Sensor es sei denn, dieser ist mit aufwändigen Schutzmechanismen gegen Überspannung ausgestattet. Faseroptische Sensoren eignen sich für Temperatur-, Dehnungs- oder Beschleunigungsmessung. Beispiele dafür sind masselose, verteilte Temperaturmessung bei kleinsten Bauräumen und höchsten Temperaturen. Bei Dehnungsmessung oft elektrischen Dehnungsmessstreifen überlegen hinsichtlich maximaler Dehnung und Lastzyklen. Passive Beschleunigungsmessung ist möglich ohne elektrische Verbindung zwischen Messgerät und Sensor.Compared to sensors based on semiconductors, fiber optic sensors have the advantage that they do not react to electromagnetic fields and are particularly robust. I.e. An optical sensor can withstand a lightning strike in the tower or in the rotor, in contrast to a semiconductor-based sensor unless it is equipped with complex protective mechanisms against overvoltage. Fiber optic sensors are suitable for temperature, strain or acceleration measurements. Examples of this are massless, distributed temperature measurements in the smallest of spaces and at the highest temperatures. When measuring strain, electrical strain gauges are often superior in terms of maximum strain and load cycles. Passive acceleration measurement is possible without an electrical connection between the measuring device and the sensor.
Dadurch, dass über die faseroptischen Sensoren, insbesondere Sensoren zur Messung von Beschleunigung und mechanischer Spannung, bzw. Dehnung Drucksensoren, die Windverhältnisse lokal an den Blättern bzw. an der RotorblattOberfläche durch Auslenkung gemessen werden kann, können genauere Aussagen über einen zu erreichenden Windenergieertrag bzw. die kurzfristig zu erwartenden Windverhältnisse gemacht werden. Dies kann eine wesentlich genauere Regelung der Anlage ermöglichen, da sich an den Rotorblättern ein Echtzeitverhalten der Windverhältnisse ergibt.The fact that the wind conditions can be measured locally on the blades or on the rotor blade surface by deflection via the fiber-optic sensors, in particular sensors for measuring acceleration and mechanical tension or expansion pressure sensors, enables more precise statements to be made about the wind energy yield to be achieved or the wind conditions to be expected in the short term are made. This can enable the system to be regulated much more precisely, since the wind conditions on the rotor blades show real-time behavior.
Eine optimierte Windturbinenkontrolle wird somit nicht über eine Systemantwort realisiert, sondern kann vorteilhafterweise direkt über die Auslenkung der an den Rotorblättern angebrachten faseroptischen Sensoren realisiert werden, um damit die Anlage zu steuern.An optimized wind turbine control is thus not implemented via a system response, but can advantageously be implemented directly via the deflection of the fiber-optic sensors attached to the rotor blades in order to control the system.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Anordnung gemäß einem oder mehrerer anderer Aspekte offenbaren, dass die erste Raumrichtung und die zweite Raumrichtung der mindestens zwei Dehnungssensoren
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird offenbart, dass in der Anordnung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, die Auswerteeinrichtung eine Recheneinheit
Da die Sensoren
D.h. vorzugsweise kann der Algorithmus aus den Sensordaten beliebigen Oberflächenelementen, bzw. Teiloberflächen oder auch Quadranten
Gleichermassen können diese Belastungswerte, die der Algorithmus bestimmt hat, auch repräsentativ für Windscherungen
Diese Winde, daher der Name, können aus unterschiedlichen Richtungen gleichzeitig auf den Rotor und selbstverständlich auch die übrigen Teile der Windkraftanlsge wirken. Das Aufeinandertreffen der Winde selbst nennt man die „Windscherung“, den darausresultierenden Wind den „Scherwind“. Durch diese ungleichmässige Kraftverteilung wird die Windkraftanlage ungleichmässigen Belastungen ausgesetzt.This winch, hence the name, can act simultaneously on the rotor and, of course, the other parts of the wind turbine from different directions. The meeting of the winds itself is called the "wind shear", the resulting wind the "wind shear". As a result of this uneven distribution of force, the wind turbine is exposed to uneven loads.
Mit der erfindungsgemässen Sensoranordnung und der entsprechenden Auswertung ist eine sehr kurzzeitige Windenergievorhersagen (weniger als 10 Minuten Tor Zeit) möglich. Dieses ermöglicht, im Gegensatz zu bisherigen Vorgehensmaßnahmen, eine sehr effektive und schnelle Regelung der Windkraftanlage und kann damit zu einer optimierten Windenergieerzeugung beitragen. Die direkt an den Blättern der Anlage gemessenen Belastungswerte durch die Windströmung können vorteilhaft zum Betrieb und auch im Design von Windkraftanlagen verwendet werden.With the sensor arrangement according to the invention and the corresponding evaluation, a very brief wind energy forecast (less than 10 minutes gate time) is possible. In contrast to previous procedural measures, this enables very effective and rapid regulation of the wind power plant and can thus contribute to optimized wind energy generation. The load values measured directly on the blades of the plant due to the wind flow can be used advantageously for the operation and also in the design of wind power plants.
Der Einfluss der Windgeschwindigkeit auf den Rotor, kann direkt am Meßort bestimmt und zur Pitchwinkel- und Blatt-Torsionskalibrierung verwendet werden.The influence of the wind speed on the rotor can be determined directly at the measurement location and used for pitch angle and blade torsion calibration.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäss weiterer Ausführungsformen der Anmeldung ist offenbart, dass die die Auswertevorrichtung
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäss weiterer Ausführungsformen der Anmeldung, ist offenbart, dass die Auswertevorrichtung
So kann bei Windscherungen oder beim Auftreffen von Wirbelschleppen auf den Rotor ein Blattwinkel des Rotors oder eine Yaw-Verstellung des Rotors erfolgen, insbesondere bei Anlagen, die in Windströmungsrichtung hinter der Anlage liegen, die den Messwert ermittelt hat. So kann eine erhöhte mechanische Belastung der Anlagen vermindert werden. Gleichzeitig kann die Verstellung so gehalten werden, dass der Windenergieertrag, unter Berücksichtigung der Intensitätswerte, maximal gehalten werden kann. In anderen Worten ausgedrückt, wird zur Schonung der Anlage bzw. der in Windrichtung hintereinander liegenden Anlagen die Belastung soweit vermindert wie nötig um immer noch einen optimalen Energieertrag aus der Anlage zu erhalten. Gleichzeitig wird eine erhöhte Belastung, die zur vorzeitigen Materialermüdung führen kann, soweit wie möglich verringert.In the event of wind shear or when wake turbulences hit the rotor, a blade angle of the rotor or a yaw adjustment of the rotor can take place, in particular in the case of systems that are located in the wind flow direction behind the system that determined the measured value. In this way, increased mechanical stress on the systems can be reduced. At the same time, the adjustment can be kept in such a way that the wind energy yield, taking into account the intensity values, can be kept to a maximum. In other words, in order to protect the system or the systems located one behind the other in the wind direction, the load is reduced as much as necessary in order to still obtain an optimal energy yield from the system. At the same time, increased stress, which can lead to premature material fatigue, is reduced as far as possible.
Im Zentrum der Strömungskanäle (schraffiertes Gebiet in der Ellipse), ist der Luftdruck gering, zu den Rändern des Kanals hoch. Rifft die Wirbelschleppe auf Rotorblatt
Die Auswerteeinrichtung
Auswerteeinrichtung
Vorteilhafterweise können mehrere oder alle Rotorblätter
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäss weiterer Ausführungsformen der Anmeldung ist offenbart, dass die Oberflächenelemente ein oder mehrere Quadranten
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäss einem oder mehrerer anderer Ausführungsformen kann die Auswerteeinrichtung
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung wird ein Verfahren zur Bestimmung von insbesondere unerwünschten bzw. stark belastenden Windströmungen an einem oder mehreren Rotorblättern einer Windkraftanlage offenbart. Das Verfahren kann umfassen:In a further embodiment of the present application, a method for determining, in particular, undesirable or highly stressful wind currents on one or more rotor blades of a wind power plant is disclosed. The procedure can include:
Bestimmen
Die Parameter können beispielsweise Intensitätswerte von Wirbelschleppen
Die Bedeutung für eine Optimierung besteht darin, „Proxy-Parameter“ zu finden. Diese „Proxy-Parameter“ und nicht unbedingt die genauen Parameter selbst, können es ermöglichen, beim Design von Windkraftanlagen entsprechende Entscheidungen zu treffen. Eine Annäherung an die Turbulenzintensität kann zum Beispiel ausreichen, um eine Hypothese/Verbesserung zu erstellen, die einen Windpark optimieren kann.The importance for optimization is to find “proxy parameters”. These “proxy parameters” and not necessarily the exact parameters themselves can make it possible to make appropriate decisions when designing wind turbines. An approximation of the turbulence intensity can, for example, be sufficient to create a hypothesis / improvement that can optimize a wind farm.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren zur Bestimmung von Windparametern nach einem oder mehrerer anderer Aspekte weiter umfassen:
- übermitteln bestimmter Intensitätswerte der
Wirbelschleppen 210 und/oder Scherwinde 120 ,130 mittels einer Datenschnittstelle anbenachbarte Windturbinen 100 ;
- transmit certain intensity values of the
wake vortices 210 and / orwindshear 120 ,130 by means of a data interface to neighboringwind turbines 100 ;
Bestimmung einer individuellen Blattwinkelverstellung (Pitch) und/oder einer Rotorwinkelverstellung (yaw) der benachbarten Windturbinen
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Rotorblatt
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Windkraftanlage
Zusammenfassend ermöglichen die vorgestellten Verfahren und Einrichtungen neue Anwendungen. Eine fortlaufende Wirbelschleppenerkennung auf Rotor-Quadranten
Der Einfluss der Windgeschwindigkeit auf den Rotor, kann direkt am Meßort bestimmt werden (Pitchwinkel und Blatt-Torsionskalibrierung)The influence of the wind speed on the rotor can be determined directly at the measuring location (pitch angle and blade torsion calibration)
Die Beschreibung der Winde am Standort dient zur Vorhersage der Leistungsabgabe und Vorhersage der Belastung der Windturbine.The description of the winds at the site is used to predict the power output and the load on the wind turbine.
Eine Wind/Last Abhängigkeit ist in Echtzeit messbar (Hybridmodellkorrektur für Aero-elastische Modelle) und kann zu einem verbesserten Design bei der Windkraftanlagenentwicklung beitragen.A wind / load dependency can be measured in real time (hybrid model correction for aero-elastic models) and can contribute to an improved design in wind turbine development.
Eine optimierte Turbinenkontrolle wird nicht, wie bisher, über deren Systemantwort sondern direkt über deren Auslenkung, insbesondere über Auslenkungen, Dehnungen, und/oder Beschleunigungen, gemessen an Teiloberflächen bzw. Oberflächenelementen des Rotorblattes realisiert, um damit die Windkraftturbine zu steuern und gegebenenfalls hinsichtlich Materialermüdung und Windkraftertrag eine optimierte Betriebsposition zu erreichen.An optimized turbine control is not, as before, implemented via its system response but directly via its deflection, in particular via deflections, expansions, and / or accelerations, measured on partial surfaces or surface elements of the rotor blade in order to control the wind power turbine and, if necessary, with regard to material fatigue and Wind power yield to achieve an optimized operating position.
Die Messeinrichtung gemäß der hier vorliegenden Offenbarung und entsprechende Verfahren überwindet somit Probleme und Einschränkungen alternativer Vorgehensweisen:The measuring device according to the present disclosure and corresponding methods thus overcome problems and limitations of alternative approaches:
Windgeschwindigkeitsvektor, Turbulenzintensität und Wind-Scherung werden als Flächen mit hohen Abtastraten messbar.The wind speed vector, turbulence intensity and wind shear can be measured as surfaces with high sampling rates.
Turbulente Wind-Feld Modelle können besser validiert und weiter verbessert werden. Wind-Energie-Wahrscheinlichkeitsschätzungen können in ihrer Genauigkeit und Präzision verbessert werden.Turbulent wind field models can be better validated and further improved. Wind energy probability estimates can be improved in accuracy and precision.
Insbesondere die Ausbreitung von Wirbelschleppen von Windfarmen wird mittels Analyse von Wind Defiziten, also ausbleibender Wind und erhöhte Last auf Windturbinen, in derselben Windrichtung bestimmt.In particular, the spread of wake vortices from wind farms is determined by analyzing wind deficits, i.e. lack of wind and increased load on wind turbines, in the same wind direction.
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 rather can be modified in many ways. The invention is also not restricted to the possible applications mentioned.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 6909198 B2 [0015]US 6909198 B2 [0015]
- US 20090311096 A1 [0015]US 20090311096 A1 [0015]
- US 7281891 B2 [0018]US 7281891 B2 [0018]
- DE 102011011392 A1 [0020]DE 102011011392 A1 [0020]
- US 20130255363 A1 [0028]US 20130255363 A1 [0028]
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6909198B2 (en) * | 2000-07-07 | 2005-06-21 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. | Method and device for processing and predicting the flow parameters of turbulent media |
US7281891B2 (en) * | 2003-02-28 | 2007-10-16 | Qinetiq Limited | Wind turbine control having a lidar wind speed measurement apparatus |
US20090311096A1 (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Stefan Herr | Method and apparatus for measuring air flow condition at a wind turbine blade |
DE102011011392A1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-08-23 | Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg | Optical measuring device for the deformation of a rotor blade of a wind turbine |
US20130255363A1 (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | Alstom Wind, S.L.U. | Detecting a Wake Situation in a Wind Farm |
DE112011105026T5 (en) * | 2011-03-14 | 2014-01-02 | General Electric Company | Wind turbine blades with air pressure sensors |
DE102012108776A1 (en) * | 2012-09-18 | 2014-03-20 | Technische Universität München | Method and device for monitoring operating states of rotor blades |
DE102014210949A1 (en) * | 2014-06-06 | 2015-12-17 | Wobben Properties Gmbh | Wind energy plant with optical pressure sensors and method for operating a wind energy plant |
DE102014117915A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | fos4X GmbH | Method for monitoring a wind turbine, method for detecting ice on a wind turbine, acceleration sensor for a rotor blade, rotor blade with acceleration sensor, and profile for a rotor blade |
DE102017115927A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | fos4X GmbH | Strain and vibration measuring system for monitoring rotor blades |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1988284B1 (en) * | 2007-05-03 | 2018-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of operating a wind turbine and wind turbine |
US9644610B2 (en) * | 2011-12-06 | 2017-05-09 | Vestas Wind Systems A/S | Warning a wind turbine generator in a wind park of an extreme wind event |
CN105408625B (en) * | 2013-07-30 | 2018-10-19 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | The operating method and device of wind turbine based on the load and acceleration that are measured on blade |
DK179018B1 (en) * | 2016-03-14 | 2017-08-21 | Ventus Eng Gmbh | Method of condition monitoring one or more wind turbines and parts thereof and performing instant alarm when needed |
-
2019
- 2019-05-29 DE DE102019114529.5A patent/DE102019114529A1/en active Pending
-
2020
- 2020-05-25 WO PCT/EP2020/064461 patent/WO2020239706A1/en active Application Filing
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6909198B2 (en) * | 2000-07-07 | 2005-06-21 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. | Method and device for processing and predicting the flow parameters of turbulent media |
US7281891B2 (en) * | 2003-02-28 | 2007-10-16 | Qinetiq Limited | Wind turbine control having a lidar wind speed measurement apparatus |
US20090311096A1 (en) * | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Stefan Herr | Method and apparatus for measuring air flow condition at a wind turbine blade |
DE102011011392A1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-08-23 | Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg | Optical measuring device for the deformation of a rotor blade of a wind turbine |
DE112011105026T5 (en) * | 2011-03-14 | 2014-01-02 | General Electric Company | Wind turbine blades with air pressure sensors |
US20130255363A1 (en) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | Alstom Wind, S.L.U. | Detecting a Wake Situation in a Wind Farm |
DE102012108776A1 (en) * | 2012-09-18 | 2014-03-20 | Technische Universität München | Method and device for monitoring operating states of rotor blades |
DE102014210949A1 (en) * | 2014-06-06 | 2015-12-17 | Wobben Properties Gmbh | Wind energy plant with optical pressure sensors and method for operating a wind energy plant |
DE102014117915A1 (en) * | 2014-12-04 | 2016-06-09 | fos4X GmbH | Method for monitoring a wind turbine, method for detecting ice on a wind turbine, acceleration sensor for a rotor blade, rotor blade with acceleration sensor, and profile for a rotor blade |
DE102017115927A1 (en) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | fos4X GmbH | Strain and vibration measuring system for monitoring rotor blades |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020239706A1 (en) | 2020-12-03 |
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