EP2425130A2 - Verfahren zum betreiben eines rotorblattverstellantriebs - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines rotorblattverstellantriebs

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Publication number
EP2425130A2
EP2425130A2 EP10709450A EP10709450A EP2425130A2 EP 2425130 A2 EP2425130 A2 EP 2425130A2 EP 10709450 A EP10709450 A EP 10709450A EP 10709450 A EP10709450 A EP 10709450A EP 2425130 A2 EP2425130 A2 EP 2425130A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical
energy
charger
rotor blade
energy store
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10709450A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Hagedorn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SSB Wind Systems GmbH and Co KG filed Critical SSB Wind Systems GmbH and Co KG
Publication of EP2425130A2 publication Critical patent/EP2425130A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a Rotorblattverstellantriebs a wind turbine, wherein an electrical operating load is supplied by an electric primary power supply and failure of the same by an electrical energy storage with electrical energy. Furthermore, the invention relates to a Rotorblattverstellantrieb for a wind turbine.
  • the power and speed control takes place via the change in the rotor blade angle, the adjustment of which blade adjustment systems are used. Usually these are hydraulic or electrical systems. In general, the adjustment of the blade angle is also used for shutdown and Störrabrabfahren, so that the Blattverstellsystem represents the primary brake system of the wind turbine.
  • energy storage devices are used to power the blade drive system drives in the event of a primary power failure.
  • accumulators batteries are regularly used as energy stores, with monitoring devices being used to ensure the safety and availability of the Ensure accumulators. Typically, this is done by voltage monitor relays, which deliver a message to the higher-level controller in the event of an undervoltage.
  • None of the above-mentioned methods makes it possible to make an accurate statement about the state of health and / or the state of charge of the accumulator during operation of the system.
  • the disadvantages of the above-mentioned methods are, in particular, that when using voltage monitor relays, only the voltage level of the accumulator is considered. However, this only allows a conditional statement about the state of health and the state of charge of the accumulator. Even in the case of loading of the accumulator by the motor of the Blattverstellantriebs the voltage level has only a conditional significance, since usually the degree of stress is not constant. Furthermore, when using a continuous monitoring of the battery voltage, the same problems arise as with the voltage monitor relay.
  • an alarm rest voltage is determined from a previously determined reserve time and the discharge voltage determined during the first measurement from the current discharge characteristic of the rest voltage, which represents a measure of a respective remaining residual energy of the battery and when it is reached during operation at the load an alarm of the operator of the power system takes place.
  • This power system forms an uninterruptible power supply, so that the batteries do not serve for emergency supply, but fulfill a fundamental function of the system. This has the consequence that several batteries must be provided, of which at least one is always coupled to the load.
  • the known power supply system is relatively expensive. Furthermore, the condition of each battery must be determined separately, so it takes a relatively long time until the condition of all batteries is detected.
  • the invention has the object to be able to extend the aforementioned method in the most cost-effective manner to a meaningful state detection of the energy storage. Furthermore, the method should be relatively quickly feasible.
  • the method according to the invention for operating a rotor blade adjustment drive of a wind power plant comprises the step of supplying an electrical operating load with electrical energy by means of an electric primary energy supply and, in the event of failure thereof, by an electrical energy store.
  • the development of this method consists in particular in that the electrical energy storage is electrically charged by means of an electric charger, and that the energy storage is separated in successive time intervals temporarily from the charger and charged with an electrical test load, which thereby, ie by the application of the battery is separated from the energy storage device with the test load, caused electrical discharge of the energy storage is observed.
  • the inventive method can be carried out with only a single energy storage, so that costs for additional energy storage can be saved.
  • the costs for it are significantly lower than for an additional energy store, which is suitable for operating at least one electric motor of a Blattwinkelverstellantriebs a wind turbine. Since, in particular, only one energy store is checked, the method according to the invention is also relatively fast.
  • the temporary disconnection of the energy store from the charger is preferably done periodically.
  • the operating load is or is electrically decoupled from the energy store while it is being powered by the primary power supply with electrical energy.
  • the primary energy supply is preferably an electrical network, in particular an AC network.
  • the primary power supply can also be formed by a DC network.
  • the electrical network is for example an internal network of the wind turbine or a external network, such as a wind farm network or the public power grid.
  • the charger is particularly provided in addition to the primary power supply. Preferably, however, the charger is powered by the primary power supply with electrical energy.
  • the charger leads the energy storage to an electric charging current and / or applies an electrical charging voltage to the energy storage.
  • the charger preferably controls or regulates the electrical charging current supplied to the energy store and / or the electrical charging voltage applied to the energy store, in particular as a function of the state of charge of the energy store.
  • the observation of the discharge of the energy store comprises measuring the voltage drop across the test load and / or the electrical load supplied to the test load or passing through it. From the measured voltage and / or the measured current, one or at least one discharge curve is preferably determined and / or represented.
  • the discharge curve comprises a plurality of values of the measured voltage and / or of the measured current as a function of time.
  • the discharge curve is stored in a memory.
  • the state of health of the energy store is preferably determined on the basis of the discharge curve. Since the discharge is repeatedly carried out and observed at successive time intervals, it is preferable to determine a plurality of health states from which, in particular, a temporal course of the state of health is determined.
  • a state-dependent replacement of the energy store is performed or planned on the basis of the time course of the state of health.
  • the test load is preferably a power resistor, which is in particular an ohmic resistor.
  • the test load is constant.
  • the energy store preferably has one or more accumulators or is formed by it or these.
  • the operating load comprises in particular at least one electric motor coupled to at least one rotor blade or is formed by the latter, by means of which the rotor blade is rotated about a blade axis.
  • the coupling between the electric motor and the rotor blade is preferably mechanical.
  • the electric motor is particularly suitable as a DC motor or as an AC motor, e.g. in the form of a rotating field machine, formed.
  • the charger which loads the battery at cyclic intervals with a resistor. During the load, the voltage drop across the load resistor is then measured and thus a statement about the condition of the batteries is made.
  • the load of the accumulator by the charger would be according to the current However, knowledge is limited to very short and low-energy discharges, which are very limited in their informative value.
  • the loading of the energy store with the test load according to the invention thus preferably takes place outside the charger. In particular, the test load is provided externally from the charger.
  • the invention further relates to a rotor blade pitch for a wind turbine, with an electrical operating load, which is supplied by a primary power supply with electrical energy or can be electrically coupled to the operating load electrical energy storage, by means of which the operating load in case of failure of the primary power supply electrical energy is supplied or can be, and an electrical switching device by means of which the energy storage is coupled in case of failure of the primary power supply to the operating load or can be.
  • the development of the rotor blade adjustment drive is in particular that the energy storage is electrically charged by an electric charger or can be, and that the energy storage means of the switching device in successive time intervals can be temporarily separated from the charger and charged with an electrical test load, said characterized electrical discharge of the energy storage is observed by means of an evaluation or can be.
  • the method according to the invention is carried out in particular with the rotor blade adjustment drive according to the invention.
  • the rotor blade adjustment drive and / or its features can thus be further developed according to all embodiments described in connection with the method according to the invention. The same applies vice versa for the inventive method.
  • the energy storage device can preferably be periodically separated from the charger by means of the switching device and subjected to an electrical test load so that the successive time intervals are, in particular, constant or substantially constant.
  • a periodic discharge of the energy storage is feasible and observable.
  • the operating load of the energy store is electrically decoupled or decoupled while it is powered by the primary power supply with electrical energy or can be.
  • the charger is or can be supplied with electrical energy from the primary energy supply.
  • the charger is preferably electrically coupled or coupled to the primary power supply.
  • the charger can supply the energy storage an electrical charging current and / or create an electrical charging voltage to the energy storage.
  • the electrical charging current supplied to the energy store and / or the electrical charging voltage applied to the energy store can preferably be controlled or regulated by means of the charging device, in particular as a function of the state of charge of the energy store.
  • the energy store preferably has one or more accumulators or is formed from this or these.
  • the operating load comprises in particular at least one electric motor coupled to at least one rotor blade or is formed by the latter, by means of which the rotor blade is or can be rotated about a blade axis.
  • the coupling between the electric motor and the rotor blade is preferably mechanical.
  • the operating load with the interposition of an inverter with the primary power supply is electrically coupled.
  • the converter preferably comprises a rectifier, an output stage and an intermediate circuit which is connected between the rectifier and the output stage and in particular comprises a capacitor.
  • the output stage is e.g. an inverter, DC chopper or other device to provide a controllable DC or AC current to the electric motor.
  • the invention opens up a possibility of determining the state, in particular the state of charge and / or the state of health of the energy store, without reducing the availability of the wind power plant.
  • the energy store is preferably separated from the charger at periodic intervals and charged with a power resistor. During this load, both the voltage and the current are measured and displayed as a discharge curve. On the basis of this discharge curve, it is possible to determine the state of charge and / or the state of health of the energy store. Since the discharge is carried out every time under the same conditions, over track the development of health status over time, and schedule a condition-based replacement of the accumulators. The verification of the energy storage can be performed during the ongoing operation of the wind turbine, so that losses in their availability can be avoided.
  • the energy store is preferably an accumulator or a battery.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of a Blattwinkelverstellantriebs according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 3 a schematic plan view of the rotor of the wind turbine.
  • FIG. 1 is a schematic view of a wind turbine 1 can be seen, comprising a standing on a foundation 2 tower 3, at its end remote from the foundation 2 a nacelle 4 is arranged.
  • the machine house 4 has a holder (support) 5, on which a rotor 6 is rotatably mounted, which comprises a rotor hub 7 and a plurality of rotor blades 8, 9 and 10 connected thereto (see also FIG. 3).
  • the rotor 6 is mechanically with an electric generator 11 which is arranged in the machine house 4 and fixed to the carrier 5.
  • Rotorblattverstellsystem 12 In the rotor hub 7 a Rotorblattverstellsystem 12 is arranged, which Blattwinkelverstellantriebe 14 with emergency power supply devices 13, wherein the rotor blades 8, 9 and 10 by means of Blattwinkelverstellantriebe 14 about their respective longitudinal axis 15, 16 and 17 relative to the rotor hub 7 can be rotated (see also Fig. 3).
  • the rotor 6 is rotated by wind power 18 about a rotor axis 19.
  • Fig. 3 shows a schematic plan view of the rotor 6, so that the three rotor blades 8, 9 and 10 are visible.
  • Fig. 2 is a schematic representation of one of the Blattwinkelverstellahntriebe 14 with the associated emergency power supply device 13 can be seen, which comprises an accumulator 20 which is electrically connected via an electrical switch 21 with an electric charger 22 or connectable.
  • the Blattwinkelverstellahntrieb 14 includes an electric motor 23 which is mechanically coupled to the rotor blade 8 so that it can be rotated by the electric motor 23 about the blade axis 15.
  • the electric motor 23 is electrically coupled or coupled with the interposition of an electrical switch 24 with a converter 25 which is electrically connected to a primary power supply 26 and is fed by this.
  • the converter 25 comprises a rectifier 35, an output stage 36 and a switched between the rectifier 35 and the output stage 36 DC voltage intermediate circuit 37 with a capacitor.
  • the output stage 36 is eg an inverter or a DC chopper. Since the electric motor 23 according to this embodiment is formed as a DC motor, the reference numeral 36 denotes a DC chopper or other apparatus for providing a controllable DC current for the electric motor.
  • the inverter 25 is coupled to a controller 27, by means of which the inverter
  • the electric motor 23 is electrically coupled or couplable via an electrical switch 28 to the accumulator 20. Further, the charger 22 is with the primary power supply
  • the accumulator 20 can be loaded via an electrical switch 29 with a power resistor 30, which is coupled to a measuring unit 31, by means of which the voltage U applied to the power resistor 30 and the current I flowing through the power resistor 30 can be measured.
  • the measuring unit 31 is coupled to an evaluation device 32, by means of which an unloading curve 33 can be determined from the time profile of the measured voltage and / or the measured current, which is shown only schematically.
  • the evaluation device 32 can determine the state of health (SOH) of the accumulator 20.
  • the switches 21, 24, 28 and 29 are part of an electrical switching device 34, by means of which these switches can be electrically operated.
  • the switches 21, 24, 28 and 29 can be designed in each case as a relay or as a transistor.
  • the switching device 34 is controlled by the controller 27 or by a separate controller.
  • the switch 24 is closed, whereas the switch 28 is open.
  • the electric motor 23, with the interposition of the inverter 25, only supplied by the primary power supply 26 with electrical energy.
  • the switch 21 is closed, so that the accumulator 20 is or can be charged by means of the charger 22, and the switch 29 is preferably opened.
  • Charger 22 controls charging voltage UL applied to accumulator 20 and / or charging current IL supplied to accumulator 20, preferably as a function of the state of charge of accumulator 20.
  • switch 21 is opened when switch 28 is open, whereas the switch 29 is closed.
  • the accumulator 20 now discharges via the power resistor 30, which is monitored by means of the evaluation device 32 with the interposition of the measuring unit 31. If the health status is detected, the switch 29 is opened again, whereas the switch 21 is closed. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Rotorblattverstellantriebs einer Windkraftanlage, wobei eine elektrische Betriebslast (23) durch eine elektrische Primär-Energieversorgung (26) und bei Ausfall derselben durch einen elektrischen Energiespeicher (20) mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Energiespeicher (20) wird mittels eines elektrischen Ladegeräts (22) elektrisch aufgeladen. Ferner wird der Energiespeicher (20) in aufeinanderfolgenden, zeitlichen Abständen vorübergehend von dem Ladegerät (22) getrennt und mit einer elektrischen Prüflast (30) beaufschlagt, wobei die dadurch hervorgerufene elektrische Entladung des Energiespeichers (20) beobachtet wird.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Rotorblattverstellantriebs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rotorblattverstellantriebs einer Windkraftanlage, wobei eine elektrische Betriebslast durch eine elektrische Primär- Energieversorgung und bei Ausfall derselben durch einen elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Rotorblattverstellantrieb für eine Windkraftanlage.
Bei modernen Windkraftanlagen erfolgt die Leistungs- und Drehzahlregelung über die Veränderung des Rotorblattwinkels, zu dessen Verstellung Blattverstellsysteme eingesetzt werden. Üblicherweise handelt es sich hierbei um hydraulische oder elektrische Systeme. In der Regel wird die Verstellung des Blattwinkels auch zum Abfahren und Störabfahren genutzt, sodass das Blattverstellsystem das primäre Bremssystem der Windkraftanlage darstellt. Um die Verfügbarkeit des Blattverstellsystems sicherzustellen, werden Energiespeicher verwendet, die im Falle eines Ausfalls der Primär- Energieversorgung die Antriebe des Blattverstellsystems mit Energie versorgen. Bei elektrischen Blattwinkelverstell- systemen werden regelmäßig Akkumulatoren (Batterien) als Energiespeicher verwendet, wobei Überwachungseinrichtungen eingesetzt werden, um die Sicherheit und Verfügbarkeit der Akkumulatoren sicherzustellen. Typischerweise erfolgt dies durch Spannungswächterrelais, die im Falle einer Unterspannung eine Meldung an die übergeordnete Steuerung abgeben. Ebenfalls ist es möglich, die Spannung kontinuierlich zu messen und in Abhängigkeit vom Spannungswert Aussagen über den Zustand des Akkumulators zu treffen. Weiterhin ist es üblich, in periodischen Abständen die Funktion der Batterien zu testen, indem die Windkraftanlage angehalten wird und die Rotorblätter mittels der Akkumulatoren verfahren werden.
Keine der oben genannten Methoden erlaubt es, eine genaue Aussage über den Gesundheitszustand und/oder den Ladezustand des Akkumulators im laufenden Betrieb der Anlage zu treffen. Die Nachteile der oben genannten Verfahren bestehen insbesondere darin, dass beim Einsatz von Spannungswächterrelais ausschließlich der Spannungspegel des Akkumulators betrachtet wird. Dieser erlaubt aber nur eine bedingte Aussage über den Gesundheitszustand und den Ladezustands des Akkumulators. Auch im Falle einer Belastung des Akkumulators durch den Motor des Blattverstellantriebs hat der Spannungspegel nur eine bedingte Aussagekraft, da in der Regel der Grad der Belastung nicht konstant ist. Ferner ergeben sich bei Einsatz einer kontinuierlichen Überwachung der Akkumulatorspannung die gleichen Probleme wie beim Spannungswächterrelais. Das Verfahren der Rotorblätter bei gestoppter Anlage ermöglicht zwar eine aussagekräftige Ermittlung des Gesundheitszustands, allerdings wird durch das Anhalten der Anlage deren Verfügbarkeit beeinträchtigt. Aus der DE 102 01 136 Cl ist ein Verfahren zur Bewertung des Zustandes von Batterien in batteriegestützten Stromversorgungsanlagen mit mindestens zwei parallelen Batteriezweigen bekannt, die je nach Ladezustand abwechselnd eine Last mit Energie versorgen oder von einem Generator nachgeladen werden. Von einer erstmalig an der Stromversorgungsanlage in Betrieb genommenen, aufgeladenen Batterie wird nach Freischaltung von der Stromversorgungsanlage mittels einer Steuereinheit selbsttätig in einem stufenweisen Entladezyklus an einem Entladewiderstand eine Entladekennlinie der Ruhespannung aufgenommen. Dieser stufenweise Entladezyklus wird zu festzulegenden Zeitpunkten zur Aufnahme einer aktuellen Entladekennlinie der Ruhespannung wiederholt. Ferner wird aus einer zuvor festgelegten Reservezeit und der bei der ersten Messung ermittelten Entladeschlussspannung aus der aktuellen Entladekennlinie der Ruhespannung eine Alarm-Ruhe-Spannung ermittelt, die ein Maß für eine jeweils noch verbleibende Restenergie der Batterie darstellt und bei deren Erreichen beim Betrieb an der Last eine Alarmierung des Betreibers der Stromversorgungsanlage erfolgt .
Diese Stromversorgungsanlage bildet eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, sodass die Batterien nicht zur Notversorgung dienen, sondern eine grundsätzliche Funktion der Anlage erfüllen. Dies hat zur Folge, dass mehrere Batterien vorgesehen sein müssen, von denen immer wenigstens eine mit der Last gekoppelt ist.
Die bekannte Stromversorgungsanlage ist relativ teuer. Ferner muss der Zustand jeder Batterie separat ermittelt werden, sodass es verhältnismäßig lange dauert, bis der Zustand aller Batterien erfasst ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren in möglichst kostengünstiger Weise um eine aussagekräftige Zustandserfassung des Energiespeichers erweitern zu können. Ferner soll das Verfahren relativ schnell durchführbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch einen Rotorblattverstellantrieb nach Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Rotorblattverstellantriebs einer Windkraftanlage umfasst den Verfahrensschritt, dass eine elektrische Betriebslast durch eine elektrische Primär-Energieversorgung und bei Ausfall derselben durch einen elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Weiterbildung dieses Verfahrens besteht insbesondere darin, dass der elektrische Energiespeicher mittels eines elektrischen Ladegeräts elektrisch aufgeladen wird, und dass der Energiespeicher in aufeinanderfolgenden, zeitlichen Abständen vorübergehend von dem Ladegerät getrennt und mit einer elektrischen Prüflast beaufschlagt wird, wobei die dadurch, d.h. durch die Beaufschlagung des von dem Ladegerät getrennten Energiespeichers mit der Prüflast, hervorgerufene elektrische Entladung des Energiespeichers beobachtet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit lediglich einem einzigen Energiespeicher durchführbar, sodass Kosten für zusätzliche Energiespeicher eingespart werden können. Zwar ist zusätzlich ein Ladegerät erforderlich, die Kosten dafür sind aber deutlich geringer als für einen zusätzlichen Energiespeicher, der zum Betreiben wenigstens eines Elektromotors eines Blattwinkelverstellantriebs einer Windkraftanlage geeignet ist. Da insbesondere nur ein Energiespeicher überprüft wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch relativ schnell.
Durch die Beobachtung der elektrischen Entladung des Energiespeichers wird die Möglichkeit eröffnet, einen Zustand des Energiespeichers zu bestimmen. Vorzugsweise wird daher auf Basis der beobachteten Entladung des Energiespeichers der Ladezustand (SOC = engl. Abkürzung für: State of Charge) und/oder der Gesundheitszustand (SOH = engl. Abkürzung für: State of health) des Energiespeichers ermittelt.
Das vorübergehende Trennen des Energiespeichers von dem Ladegerät erfolgt vorzugsweise periodisch. Insbesondere ist oder wird die Betriebslast von dem Energiespeicher elektrisch entkoppelt, während sie von der Primär-Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird.
Bei der Primär-Energieversorgung handelt es sich bevorzugt um ein elektrisches Netz, insbesondere um ein Wechselstromnetz. Alternativ kann die Primär-Energieversorgung aber auch durch ein Gleichstromnetz gebildet sein. Das elektrische Netz ist beispielsweise ein internes Netz der Windkraftanlage oder ein externes Netz, wie z.B. ein Windparknetz oder das öffentliche Stromversorgungsnetz .
Das Ladegerät ist insbesondere zusätzlich zu der Primär- Energieversorgung vorgesehen. Vorzugsweise wird das Ladegerät aber von der Primär-Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt .
Während eines Ladevorgangs führt das Ladegerät dem Energiespeicher einen elektrischen Ladestrom zu und/oder legt eine elektrische Ladespannung an den Energiespeicher an. Bevorzugt steuert oder regelt das Ladegerät den dem Energiespeicher zugeführten elektrischen Ladestrom und/oder die an dem Energiespeicher anliegende elektrische Ladespannung, insbesondere in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeichers.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Beobachtung der Entladung des Energiespeichers das Messen der an der Prüflast abfallenden elektrischen Spannung und/oder des der Prüflast zugeführten oder diese durchfließenden elektrischen Stroms. Aus der gemessenen Spannung und/oder dem gemessenen Strom wird vorzugsweise eine oder wenigstens eine Entladekurve ermittelt und/oder dargestellt. Die Entladekurve umfasst insbesondere mehrere Werte der gemessenen Spannung und/oder des gemessenen Stroms in Abhängigkeit von der Zeit. Insbesondere wird die Entladekurve in einem Speicher abgelegt. Der Gesundheitszustand des Energiespeichers wird vorzugsweise auf Basis der Entladekurve bestimmt. Da die Entladung in aufeinanderfolgenden zeitlichen Abständen wiederholt durchgeführt und beobachtet wird, werden bevorzugt mehrere Gesundheitszustände ermittelt, aus denen insbesondere ein zeitlicher Verlauf des Gesundheitszustands bestimmt wird. Vorzugsweise wird auf Basis des zeitlichen Verlaufs des Gesundheitszustands ein zustandsabhängiger Austausch des Energiespeichers durchgeführt oder geplant.
Die Prüflast ist bevorzugt ein Leistungswiderstand, der insbesondere ein ohmscher Widerstand ist. Vorzugsweise ist die Prüflast konstant.
Bevorzugt weist der Energiespeicher ein oder mehrere Akkumulatoren auf oder ist durch diesen oder diese gebildet.
Die Betriebslast umfasst insbesondere wenigstens einen mit zumindest einem Rotorblatt gekoppelten Elektromotor oder ist durch diesen gebildet, mittels welchem das Rotorblatt um eine Blattachse gedreht wird. Die Kopplung zwischen dem Elektromotor und dem Rotorblatt ist vorzugsweise mechanisch. Der Elektromotor ist insbesondere als Gleichstrommotor oder als Wechselstrommotor, z.B. in Form einer Drehfeldmaschine, ausgebildet .
Als Alternative zum erfindungsgemäßen Verfahren wäre es möglich, ein Ladegerät einzusetzen, welches in zyklischen Abständen die Batterie mit einem Widerstand belastet. Während der Belastung wird dann der Spannungsabfall über den Lastwiderstand gemessen und hierdurch eine Aussage über den Zustand der Batterien getroffen. Die Belastung des Akkumulators durch das Ladegerät ließe nach derzeitigem Kenntnisstand aber nur sehr kurze und wenig energieintensive Entladungen zu, die in ihrer Aussagekraft sehr begrenzt sind. Das erfindungsgemäße Beaufschlagen des Energiespeichers mit der Prüflast erfolgt somit vorzugsweise außerhalb des Ladegeräts. Insbesondere ist die Prüflast extern vom Ladegerät vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Rotorblattverstellantrieb für eine Windkraftanlage, mit einer elektrischen Betriebslast, die von einer Primär-Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden kann, einem mit der Betriebslast elektrisch koppelbaren elektrischen Energiespeicher, mittels welchem die Betriebslast bei Ausfall der Primär-Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden kann, und einer elektrischen Schalteinrichtung, mittels welcher der Energiespeicher bei Ausfall der Primär-Energieversorgung mit der Betriebslast gekoppelt wird oder werden kann. Die Weiterbildung des Rotorblattverstellantriebs besteht insbesondere darin, dass der Energiespeicher mittels eines elektrischen Ladegeräts elektrisch aufgeladen wird oder werden kann, und dass der Energiespeicher mittels der Schalteinrichtung in aufeinanderfolgenden, zeitlichen Abständen vorübergehend von dem Ladegerät getrennt und mit einer elektrischen Prüflast beaufschlagt werden kann, wobei die dadurch hervorgerufene elektrische Entladung des Energiespeichers mittels einer Auswerteeinrichtung beobachtet wird oder werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Rotorblattverstellantrieb durchgeführt. Der Rotorblattverstellantrieb und/oder dessen Merkmale können somit gemäß allen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet sein. Entsprechendes gilt umgekehrt für das erfindungsgemäße Verfahren.
Der Energiespeicher kann mittels der Schalteinrichtung bevorzugt periodisch von dem Ladegerät getrennt und mit einer elektrischen Prüflast beaufschlagt werden, sodass die aufeinanderfolgenden, zeitlichen Abstände insbesondere konstant oder im Wesentlichen konstant sind. Somit ist eine periodische Entladung des Energiespeichers durchführbar und beobachtbar. Bevorzugt ist die Betriebslast von dem Energiespeicher elektrisch entkoppelt oder entkoppelbar, während sie von der Primär-Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden kann. Insbesondere wird oder ist das Ladegerät von der Primär-Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgt bzw. versorgbar. Dazu ist das Ladegerät vorzugsweise mit der Primär-Energieversorgung elektrisch gekoppelt oder koppelbar.
Bevorzugt kann das Ladegerät dem Energiespeicher einen elektrischen Ladestrom zuführen und/oder eine elektrische Ladespannung an den Energiespeicher anlegen. Der dem Energiespeicher zugeführte elektrische Ladestrom und/oder die an dem Energiespeicher anliegende elektrische Ladespannung kann vorzugsweise mittels des Ladegeräts gesteuert oder geregelt werden, insbesondere in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeichers.
Der Energiespeicher weist vorzugsweise ein oder mehrere Akkumulatoren auf oder ist aus diesem oder diesen gebildet. Die Betriebslast umfasst insbesondere wenigstens einen mit zumindest einem Rotorblatt gekoppelten Elektromotor oder ist durch diesen gebildet, mittels welchem das Rotorblatt um eine Blattachse gedreht wird oder werden kann. Die Kopplung zwischen dem Elektromotor und dem Rotorblatt ist vorzugsweise mechanisch.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Betriebslast unter Zwischenschaltung eines Umrichters mit der Primär- Energieversorgung elektrisch gekoppelt. Der Umrichter umfasst bevorzugt einen Gleichrichter, eine Ausgangsstufe sowie einen zwischen den Gleichrichter und die Ausgangsstufe geschalteten Zwischenkreis, der insbesondere einen Kondensator umfasst. Die Ausgangsstufe ist z.B. ein Wechselrichter, ein Gleichstromsteller oder ein anderes Gerät zur Bereitstellung eines steuerbaren Gleich- oder Wechselstroms für den Elektromotor .
Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit eröffnet, den Zustand, insbesondere den Ladezustand und/oder den Gesundheitszustand, des Energiespeichers zu bestimmen, ohne dabei die Verfügbarkeit der Windkraftanlage zu reduzieren. Bevorzugt wird hierzu der Energiespeicher in periodischen Abständen vom Ladegerät getrennt und mit einem Leistungswiderstand belastet. Während dieser Belastung werden sowohl die Spannung als auch der Strom gemessen und als Entladekurve dargestellt. Anhand dieser Entladekurve ist es möglich, den Ladezustand und/oder den Gesundheitszustand des Energiespeichers zu bestimmen. Da die Entladung jedes Mal unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wird, kann über den zeitlichen Verlauf die Entwicklung des Gesundheitszustands verfolgt und ein zustandsabhängiger Austausch der Akkumulatoren geplant werden. Die Überprüfung des Energiespeichers kann während des laufenden Betriebs der Windkraftanlage durchgeführt werden, sodass Einbußen in deren Verfügbarkeit vermieden werden. Der Energiespeicher ist vorzugsweise ein Akkumulator oder eine Batterie.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage ,
Fig. 2: ein schematisches Blockschaltbild eines Blattwinkelverstellantriebs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 3: eine schematische Draufsicht auf den Rotor der Windenergieanlage .
Aus Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Windkraftanlage 1 ersichtlich, die einen auf einem Fundament 2 aufstehenden Turm 3 umfasst, an dessen dem Fundament 2 abgewandten Ende ein Maschinenhaus 4 angeordnet ist. Das Maschinenhaus 4 weist eine Halterung (Träger) 5 auf, an der ein Rotor 6 drehbar gelagert ist, der eine Rotornabe 7 und mehrere mit dieser verbundene Rotorblätter 8, 9 und 10 umfasst (siehe auch Fig. 3) . Der Rotor 6 ist mechanisch mit einem elektrischen Generator 11 gekoppelt, der in dem Maschinehaus 4 angeordnet und an dem Träger 5 befestigt ist.
In der Rotornabe 7 ist ein Rotorblattverstellsystem 12 angeordnet, welches Blattwinkelverstellantriebe 14 mit Notstromversorgungseinrichtungen 13 umfasst, wobei die Rotorblätter 8, 9 und 10 mittels der Blattwinkelverstellantriebe 14 um ihre jeweilige Längsachse 15, 16 bzw. 17 relativ zur Rotornabe 7 gedreht werden können (siehe auch Fig. 3) . Der Rotor 6 wird durch Windkraft 18 um eine Rotorachse 19 gedreht.
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Rotor 6, sodass die drei Rotorblätter 8, 9 und 10 ersichtlich sind.
Aus Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines der Blattwinkelverstellahntriebe 14 mit der zugehörigen Notstromversorgungseinrichtung 13 ersichtlich, die einen Akkumulator 20 umfasst, der über einen elektrischen Schalter 21 mit einem elektrischen Ladegerät 22 elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Der Blattwinkelverstellahntrieb 14 umfasst einen Elektromotor 23, der mechanisch mit dem Rotorblatt 8 gekoppelt ist, sodass dieses mittels des Elektromotors 23 um die Blattachse 15 gedreht werden kann. Der Elektromotor 23 ist unter Zwischenschaltung eines elektrischen Schalters 24 mit einem Umrichter 25 elektrisch gekoppelt oder koppelbar, der mit einer Primär- Energieversorgung 26 elektrisch verbunden ist und von dieser gespeist wird. Der Umrichter 25 umfasst einen Gleichrichter 35, eine Ausgangsstufe 36 und einen zwischen den Gleichrichter 35 und die Ausgangsstufe 36 geschalteten Gleichspannungszwischenkreis 37 mit einem Kondensator. Die Ausgangsstufe 36 ist z.B. ein Wechselrichter oder ein Gleichstromsteller. Da der Elektromotor 23 gemäß dieser Ausführungsform als Gleichstrommotor ausgebildet ist, bezeichnet das Bezugszeichen 36 einen Gleichstromsteller oder ein anderes Gerät zur Bereitstellung eines steuerbaren Gleichstroms für den Elektromotor. Der Umrichter 25 ist mit einer Steuerung 27 gekoppelt, mittels welcher der Umrichter
25 zum Drehen des Rotorblatts 8 um die Blattachse 15 angesteuert wird.
Der Elektromotor 23 ist über einen elektrischen Schalter 28 mit dem Akkumulator 20 elektrisch gekoppelt oder koppelbar. Ferner ist das Ladegerät 22 mit der Primär-Energieversorgung
26 elektrisch verbunden und wird von dieser gespeist.
Der Akkumulator 20 ist über einen elektrischen Schalter 29 mit einem Leistungswiderstand 30 belastbar, der mit einer Messeinheit 31 gekoppelt ist, mittels welcher die an dem Leistungswiderstand 30 anliegende Spannung U und der den Leistungswiderstand 30 durchfließende Strom I gemessen werden kann. Die Messeinheit 31 ist mit einer Auswerteeinrichtung 32 gekoppelt, mittels welcher aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Spannung und/oder des gemessenen Stroms eine Entladekurve 33 ermittelt werden kann, die lediglich schematisch dargestellt ist. Auf Basis der Entladekurve 33 kann die Auswerteeinrichtung 32 den Gesundheitszustand (SOH) des Akkumulators 20 bestimmen.
Die Schalter 21, 24, 28 und 29 sind Teil einer elektrischen Schalteinrichtung 34, mittels welcher diese Schalter elektrisch betätigt werden können. Die Schalter 21, 24, 28 und 29 können dabei jeweils als Relais oder als Transistor ausgebildet sein. Die Schalteinrichtung 34 wird mittels der Steuerung 27 oder mittels einer separaten Steuerung gesteuert .
Im normalen Betrieb, d.h. bei vorhandener Primär- Energieversorgung 26, ist der Schalter 24 geschlossen, wohingegen der Schalter 28 geöffnet ist. Somit wird der Elektromotor 23, unter Zwischenschaltung des Umrichters 25, ausschließlich von der Primär-Energieversorgung 26 mit elektrischer Energie versorgt. Ferner ist zum Laden des Akkumulators 20 der Schalter 21 geschlossen, sodass der Akkumulator 20 mittels des Ladegeräts 22 geladen wird oder werden kann, und der Schalter 29 bevorzugt geöffnet. Das Ladegerät 22 steuert dabei die an dem Akkumulator 20 anliegende Ladespannung UL und/oder den dem Akkumulator 20 zugeführten Ladestrom IL, vorzugsweise in Abhängigkeit vom Ladezustand des Akkumulators 20. Zum Überprüfen des Gesundheitszustands des Akkumulators 20 wird bei geöffnetem Schalter 28 der Schalter 21 geöffnet, wohingegen der Schalter 29 geschlossen wird. Der Akkumulator 20 entlädt sich nun über den Leistungswiderstand 30, was mittels der Auswerteeinrichtung 32 unter Zwischenschaltung der Messeinheit 31 beobachtet wird. Ist der Gesundheitszustands erfasst, wird der Schalter 29 wieder geöffnet, wohingegen der Schalter 21 geschlossen wird. Bezugszeichenliste
1 Windkraftanlage
2 Fundament
3 Turm
4 Maschinenhaus
5 Träger / Halterung
6 Rotor
7 Rotornabe
8 Rotorblatt
9 Rotorblatt
10 Rotorblatt
11 elektrischer Generator
12 Rotorblattverstellsystem
13 NotStromversorgungseinrichtung
14 Blattwinkelverstellantrieb
15 Blattachse
16 Blattachse
17 Blattachse
18 Wind
19 Rotorachse
20 Akkumulator
21 Schalter
22 Ladegerät
23 Elektromotor
24 Schalter
25 Umrichter
26 elektrische Primär-Energieversorgung 27 Steuerung
28 Schalter 29 Schalter
30 Leistungswiderstand
31 Messeinheit
32 Auswerteeinrichtung
33 Entladekurve
34 Schalteinrichtung
35 Gleichrichter
36 Ausgangsstufe
37 Zwischenkreis
I elektrischer Strom durch Leistungswiderstand U elektrische Spannung an Leistungswiderstand IL elektrischer Ladestrom UL elektrische Ladespannung

Claims

Verfahren zum Betreiben eines RotorblattverstellantriebsPatentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Rotorblattverstellantriebs einer Windkraftanlage, wobei
- eine elektrische Betriebslast (23) durch eine elektrische Primär-Energieversorgung (26) und bei Ausfall derselben durch einen elektrischen Energiespeicher (20) mit elektrischer Energie versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- der elektrische Energiespeicher (20) mittels eines elektrischen Ladegeräts (22) elektrisch aufgeladen wird,
- der Energiespeicher (20) in aufeinanderfolgenden, zeitlichen Abständen vorübergehend von dem Ladegerät (22) getrennt und mit einer elektrischen Prüflast (30) beaufschlagt wird, wobei die dadurch hervorgerufene elektrische Entladung des Energiespeichers (20) beobachtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das vorübergehende Trennen des Energiespeichers (20) von dem Ladegerät (22) periodisch erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebslast (23) von dem Energiespeicher (20) elektrisch entkoppelt ist oder wird, während sie von der Primär-
Energieversorgung (26) mit elektrischer Energie versorgt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (22) von der Primär-Energieversorgung (26) mit elektrischer Energie versorgt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (22) den dem Energiespeicher (20) zugeführten elektrischen Ladestrom (IL) und/oder die an dem Energiespeicher anliegende elektrische Ladespannung (UL) in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeichers (20) steuert oder regelt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtung der Entladung des Energiespeichers (20) das Messen der an der Prüflast (30) abfallenden elektrischen Spannung (U) und/oder des der Prüflast (30) zugeführten elektrischen Stroms (I) umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass aus der gemessenen Spannung (U) und/oder dem gemessenen Strom (I) eine Entladekurve (33) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Entladekurve (33) ein Gesundheitszustand des Energiespeichers (20) bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des zeitlichen Verlaufs des Gesundheitszustands ein zustandsabhängiger Austausch des Energiespeichers (20) erfolgt oder geplant wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüflast ein Leistungswiderstand (30) ist.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher ein oder mehrere Akkumulatoren (20) umfasst .
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebslast wenigstens einen mit zumindest einem Rotorblatt (8) gekoppelten Elektromotor (23) umfasst, mittels welchem das Rotorblatt (8) um eine Blattachse (15) gedreht wird.
13. Rotorblattverstellantrieb für eine Windkraftanlage, mit - einer elektrischen Betriebslast (23), die von einer
Primär-Energieversorgung (26) mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden kann, - einem mit der Betriebslast (23) elektrisch koppelbaren elektrischen Energiespeicher (20) , mittels welchem die Betriebslast (23) bei Ausfall der Primär-
Energieversorgung (26) mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden kann,
- einer elektrischen Schalteinrichtung (34), mittels welcher der Energiespeicher (20) bei Ausfall der Primär- Energieversorgung (26) mit der Betriebslast (23) gekoppelt wird oder werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Energiespeicher (20) mittels eines elektrischen Ladegeräts (22) elektrisch aufgeladen wird oder werden kann,
- der Energiespeicher (20) mittels der Schalteinrichtung
(34) in aufeinanderfolgenden, zeitlichen Abständen vorübergehend von dem Ladegerät (22) getrennt und mit einer elektrischen Prüflast (30) beaufschlagt werden kann, wobei die dadurch hervorgerufene elektrische Entladung des Energiespeichers (20) mittels einer Auswerteeinrichtung (32) beobachtet wird oder werden kann.
14. Rotorblattverstellantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden, zeitlichen Abstände konstant oder im Wesentlichen konstant sind.
15. Rotorblattverstellantrieb nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebslast (23) von dem Energiespeicher (20) elektrisch entkoppelt ist, während sie von der Primär-Energieversorgung (26) mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden kann.
16. Rotorblattverstellantrieb nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladegerät (22) von der Primär-Energieversorgung (26) mit elektrischer Energie versorgt wird oder werden kann.
17. Rotorblattverstellantrieb nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Energiespeicher (20) zugeführte elektrische Ladestrom (IL) und/oder die an dem Energiespeicher (20) anliegende elektrische Ladespannung (UL) mittels des Ladegeräts (22) in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeichers (20) gesteuert oder geregelt wird oder werden kann.
18. Rotorblattverstellantrieb nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher ein oder mehrere Akkumulatoren (20) umfasst .
19. Rotorblattverstellantrieb nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebslast wenigstens einen mit zumindest einem
Rotorblatt (8) gekoppelten Elektromotor (23) umfasst, mittels welchem das Rotorblatt (8) um eine Blattachse (15) gedreht wird oder werden kann.
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