EP3877646A1 - Improving or optimizing wind turbine output by detecting flow detachment - Google Patents

Improving or optimizing wind turbine output by detecting flow detachment

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EP3877646A1
EP3877646A1 EP19801535.6A EP19801535A EP3877646A1 EP 3877646 A1 EP3877646 A1 EP 3877646A1 EP 19801535 A EP19801535 A EP 19801535A EP 3877646 A1 EP3877646 A1 EP 3877646A1
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EP
European Patent Office
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rotor blade
wind turbine
noise
fiber
stall
Prior art date
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Pending
Application number
EP19801535.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Onur KIMILLI
Markus Schmid
Luis VERA-TUDELA
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Vc Viii Polytech Holding Aps
Original Assignee
Polytech Wind Power Technology Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Polytech Wind Power Technology Germany GmbH filed Critical Polytech Wind Power Technology Germany GmbH
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention generally relates to a control or regulation of wind turbines, in particular a measurement for improving the yield of wind turbines.
  • embodiments relate to measurements for improved operation of rotor blades with a relatively large thickness, for example with regard to a stall.
  • the invention particularly relates to a method for controlling a wind energy installation and a wind energy installation.
  • Wind turbines have an increasingly larger rotor diameter. This poses major challenges in terms of structural stability, particularly in their construction. In order to withstand extreme wind conditions, it is advantageous if rotor blades have a certain stiffness.
  • One way to provide the required stiffness is to increase the material thickness of rotor blades. However, this leads to an increased weight of the rotor blades and increasing costs of wind energy plants. Another possibility is to increase the thickness of the profile of the rotor blades. As a result, the rigidity can also be increased, but the use of material is not increased unnecessarily. This leads to cheaper rotor blades.
  • the profile thickness can be increased by increasing the profile depth while maintaining the relative profile thickness.
  • the profile depth is the distance of the Front edge to the rear edge of the profile.
  • the profile thickness can be increased by using thicker profiles for a rotor blade, ie the relative thickness is increased.
  • the profile depth is generally limited by the loads on the rotor blade. Increasing the profile depth generally results in hearing fatigue loads.
  • the profile depth can be limited by the reasons for the transportation of a wind energy installation. Furthermore, it is not desirable to increase the profile depth beyond certain limits, since it can lead to buckling problems.
  • Vortex generators In order to counteract part of the negative, aerodynamic effects of thicker profiles of a wing structure, vortex generators (or turbulators) can be used on rotor blades of wind turbines. Vortex generators are used to reduce or minimize the performance differences between clean and dirty wing structures and to prevent stall by increasing the stall angle. However, vortex generators create high air resistance. This reduces the lift-to-resistance ratio of the wing profiles. As a result, the yield of a wind turbine is reduced compared to a clean rotor blade without vortex generators. The vortex generators typically produce a yield that lies between that of a clean rotor blade without vortex generators and a dirty rotor blade without vortex generators. A large number of compromises are typically considered when designing the construction.
  • Retractable vortex generators are used for example in aviation (see for example US 2007 / 0018056A1 A further improvement or optimization of the yield of wind energy plants is desirable.
  • Embodiments of the present invention provide a method for controlling a wind turbine according to claim 1, an arrangement for controlling a wind turbine with a rotor according to claim 10, and a
  • Wind turbine according to claim 12 Further details, embodiments, features and aspects result from the subclaims, the description and the drawings.
  • Wind turbine provided.
  • the method includes measuring a sound emission by means of at least one pressure sensor attached to the rotor blade; Recognizing a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall based on the noise emission; and controlling or regulating one or more components of the wind turbine based on the detection of the characteristic aeroacoustic noise of the stall.
  • Wind turbine provided with a rotor.
  • the arrangement includes at least one pressure sensor attached to a rotor blade; and an evaluation unit for recognizing a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall based on the noise emission; and controlling or regulating one or more components of the wind turbine based on the detection of the characteristic aeroacoustic noise.
  • wind turbines with arrangements according to the embodiments described here are provided.
  • a hardware module comprising a computer program that is designed to carry out the methods of the embodiments described here.
  • FIG. 1 schematically shows a rotor blade with an arrangement or a
  • Measuring device adapted to improve the yield with regard to the detection of a stall at a wind energy installation according to the embodiments described herein;
  • FIG. 2 shows a wind turbine according to the one described herein
  • FIG. 3 schematically shows a fiber-optic pressure sensor with a cavity in a longitudinal section along an optical fiber axis, according to one embodiment
  • FIG. 4A schematically shows a fiber optic pressure sensor with an optical one
  • FIG. 4B shows the one shown in FIG. 4A illustrates the fiber optic pressure sensor in a perspective view according to an embodiment
  • FIG. 5 schematically shows a measurement setup for a fiber optic pressure sensor according to the embodiments described here;
  • FIG. 6 schematically shows a measurement setup for a fiber optic pressure sensor according to the embodiments described here;
  • FIG. 7 shows a flowchart of a method for controlling or regulating a wind energy installation according to embodiments of the invention.
  • the same reference numerals designate the same or functionally identical components or steps.
  • Embodiments of the present invention relate to the measurement of airborne sound, in particular with fiber-optic pressure sensors, in a frequency band, for example a broad frequency band.
  • the noises or the noise ie the measured airborne noise, can be analyzed and divided or classified into different categories.
  • a noise for the stall can be identified.
  • the airborne sound associated with a stall can be used to move or change vortex generators.
  • vortex generators can be moved or extended on an inner part of a rotor blade. Vortex generators can also be changed so that the change can provide an active state and a passive state.
  • a change of a vortex generator to an active state leads to an aerodynamic effect, while a change to a passive state reduces or prevents the aerodynamic effect. This reduces the load on outer parts of the rotor blade and prevents stalling or the noise of the stall. Since the full performance of the rotor blade is made available on its inner part, the yield of the wind turbine increases.
  • the vortex generators can be moved or withdrawn or changed to a passive state. Unnecessary flow resistance due to vortex generators and their disadvantages can be avoided.
  • the pitch angle and / or a tip speed ratio (TSR) can be based be improved or optimized based on the recognized noise of a stall in order to improve or maximize the yield of the wind turbine.
  • FIG. 1 shows the arrangement 100 for controlling a wind energy installation. This can partially be provided in a rotor blade 101.
  • the arrangement 100 comprises an evaluation unit 250.
  • the evaluation unit 250 is connected to at least one first pressure sensor 120.
  • the at least one pressure sensor 120 such as a fiber-optic pressure sensor, can be connected to the evaluation unit 250, for example, via signal lines, such as electrical lines, fiber-optic lines, etc.
  • a fiber optic pressure sensor can be provided in an area 125 along the radius of the rotor blade 101. Furthermore, further pressure sensors can be arranged along further, for example radially arranged areas 125 of the rotor blade. According to typical embodiments, pressure sensors 120 can be provided on the rear edge of the rotor blade 120. The direction of movement of the rotor blade on the rotor is shown by way of example with arrow 104.
  • vortex generators 150 are provided on a rotor blade. As shown by arrows 152, a vortex generator can be moved with an actuator. As an alternative or in addition, the vortex generator can be changed, in particular in order to change from a passive to an active state or from an active state to a passive state. In the present disclosure, reference is usually made to a movement of a vortex generator. Alternatively or additionally, according to the embodiments described here, vortex generators can be of variable design. A variable vortex generator can be in an active or a passive state.
  • a vortex generator can be withdrawn or extended. In the retracted state, the air resistance of the vortex generator can be reduced, in particular in comparison to the extended state.
  • a vortex generator can be moved or pulled in (or changed) in order to be arranged essentially flat or flush with a surface of the rotor blade 101.
  • the evaluation unit 250 can analyze the airborne sound measured by means of the fiber-optic pressure sensors. A noise that can be assigned to a stall is detected. When determining a stall, the evaluation unit 250 can control the actuators or an actuator for moving or changing a vortex generator. According to further, alternative or additional refinements, the evaluation unit 250 can determine one or more target values for at least one of the parameters selected from the group consisting of: a high-speed number and a pitch angle.
  • the longitudinal axis 103 of the rotor blade 101 has a coordinate system aligned with it, that is to say a blade-fixed coordinate system which is shown in FIG. 1 is exemplified by the above-described first axis 131 and second axis 132.
  • the third axis 133 is essentially parallel to the longitudinal axis 103.
  • a change in the pitch angle corresponds essentially to a rotation of the rotor blade around the longitudinal axis 103.
  • the rotor blade 101 from FIG. 1 is equipped with the arrangement 100.
  • One or more pressure sensors 120 are mounted in one or more areas 125.
  • Pressure sensors 120 can be spaced apart, in particular in the direction of the longitudinal axis 103 of the rotor blade 101.
  • the emitted sound level can be detected by means of the pressure sensors.
  • the sound level can be determined as a function of frequency.
  • the sound level can be measured as a function of frequency in a broad frequency band, for example from 10 Hz to 30 kHz, in particular from 50 Hz to 500 Hz.
  • pressure sensors can be provided on a rear edge of a rotor blade.
  • the sound level or the noise can be analyzed. Different causes of sound in a wind turbine can be based on characteristic Properties can be distinguished. A corresponding evaluation can thus be used to determine whether the measured airborne noise is to be assigned to a stall or whether the measured airborne sound has components, for example in the event of superimposition of several effects which is to be assigned to a stall. If a stall is acoustically detected, signals can be generated to control the wind turbine, to regulate the wind turbine, and / or to control movable or variable vortex generators. For example, signals can be generated by the evaluation unit 250.
  • setpoints for the high-speed number and / or the pitch angle can also be determined or defined.
  • the setpoints for operation are set in order to increase the yield of the wind turbine.
  • the values of the improved operating parameters can be determined on the basis of a lookup table which, for example, contains values for optimal pitch angles and fast running numbers for different aeroacoustic noises.
  • a lookup table can be provided in an evaluation unit, for example.
  • a control unit or any other digital computer unit of a wind energy installation can also be regarded as an evaluation unit.
  • a lookup table can be used to interpolate between the values provided there in order to determine new setpoints for operating parameters.
  • the yield of a wind turbine can be improved or optimized, stall can be avoided, and / or high loads can be avoided or reduced.
  • Vortex generators can be used if necessary, for example extended or changed. In the case of operating conditions that do not require vortex generators, the vortex generators can be retracted or placed in a passive state in order to avoid unnecessary drag (drag).
  • a pressure sensor for example a fiber-optic pressure sensor, which is adapted to measure a sound level is provided or mounted on a rotor blade.
  • a fiber optic pressure sensor can be used advantageously in wind turbines because it has no metallic parts needed.
  • the measuring principle also enables aeroacoustic measurement in a wide frequency range. The aeroacoustic measurement can be carried out directly on the rotor blade.
  • a method for controlling a wind energy installation is provided.
  • a corresponding flow diagram is shown in FIG. 7 shown.
  • the method includes measuring sound emission using a pressure sensor attached to the rotor blade, as illustrated by box 702, for example.
  • a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall is recognized based on the noise emission.
  • Several aeroacoustic noises can also be recognized here. For example, noise for turbulence intensity or flow input noise can also be characterized.
  • one or more components are regulated or controlled, they box 706.
  • VGs can be controlled.
  • the rotor or its high-speed index or a rotor blade or its pitch angle can be controlled or regulated.
  • a real-time determination of the characteristic aeroacoustic noises can be a determination at a rate of 1 Hz or faster, for example.
  • the sound level can be measured at a much higher sampling rate.
  • FIG. 2 shows part of a wind energy installation 300.
  • a gondola 42 is arranged on a tower 40.
  • Rotor blades 101 are arranged on a rotor hub 44, so that the rotor (with the rotor hub and the rotor blades) rotates in a plane represented by line 305. Typically, this plane is inclined relative to the normal 307.
  • Vortex generators and fiber optic pressure sensors are provided on the rotor blades.
  • a vortex generator is connected to an actuator, for example to provide a movable vortex generator.
  • an actuator can be selected from the group consisting of electrical actuators, pneumatic actuators, hydraulic actuators, and combinations thereof.
  • Pneumatic actuators in particular can be used sensibly in the context of a wind energy installation, since a moving rotor experiences pressure differences in the air pressure, which can possibly be used for an actuator.
  • the embodiments of the present invention can only activate vortex generators (VGs) under certain conditions. These conditions are based on aeroacoustic noise. By conditionally activating the VGs, unnecessary air resistance can be avoided. When activated, the use of VGs is recommended or necessary. As a result, conditional activation can improve overall yield.
  • VGs vortex generators
  • VGs can be used in wide areas of a rotor blade, since an unnecessary increase in air resistance can be reduced or avoided.
  • VGs can be placed in an area of at least 50% of the blade radius along the length of a rotor blade.
  • the extended use of VGs can improve the performance of a rotor blade. For example, it can be made more robust with regard to leaf contamination without neglecting the yield too much as part of a compromise.
  • rotor blades with thicker blade profiles in particular at outer radial positions, can be provided. Furthermore, this is done in combination with moving, i.e. retractable ballasts. Greater stiffness can thus be made available through thicker profiles without increasing the material thickness or, where appropriate, the material thickness can even be reduced. This can reduce costs for a rotor blade.
  • the aeroacoustic measurement with fiber optic sensors thus allows a cost reduction by means of increased profile thickness of rotor blades.
  • the profile depth can be reduced as required in accordance with the relationships described above.
  • loads that lead to wear or weakening or aging can also be reduced. Costs for a wind turbine can thus be reduced further.
  • Flow conditions which lead to a stall can also be detected for setpoints of operating parameters for a control or regulation. Aeroacoustic noises can be local and / or in real time or be made available in real time.
  • one or more setpoints for at least one of the parameters are selected from the group consisting of: a high-speed number and a pitch angle.
  • the wind turbine is controlled or regulated based on the one or more setpoints.
  • a real-time determination, for example of a stall can be a determination at a rate of 1 Hz or faster, for example. For this purpose, the sound level can be measured at a much higher sampling rate. Operating parameters such as high-speed number and pitch angle therefore do not have to be taken under the most difficult conditions.
  • the parameters or their target values can be adjusted based on the measurement in order to improve the yield. For example, the parameters can be adjusted for the respective conditions of the rotor blade and the atmospheric conditions.
  • FIG. 3 schematically shows a fiber-optic pressure sensor 110 in a longitudinal section along an optical fiber axis of an optical fiber 112, according to an embodiment.
  • a fiber optic pressure sensor can be used for sound emission measurement to measure aeroacoustic noise.
  • Fiber-optic pressure sensors are preferred for methods for controlling a wind energy installation according to the embodiments described here, arrangements for controlling a wind energy installation with a rotor according to the embodiments described here, and wind energy installations according to the embodiments described here.
  • the possibility Measurement without metallic lines and components is particularly advantageous for reducing lightning damage.
  • the light guide 112 extends below a sensor body 300.
  • a cavity 302 is formed in the sensor body 300, which cavity is covered with a sensor membrane 303.
  • the sensor body 300 as a whole is provided with a cover 304 such that an adjustable overall sensor thickness 305 is achieved.
  • the outer protective jacket of the light guide 112 is removed, so that a light guide jacket 115 and / or a light guide core 113 run along the lower side of the sensor body 300.
  • an optical deflection unit 301 is attached, which serves to exit light from the light guide by approximately 90 ° in the direction of the sensor body 300, for example by 60 ° to 120 ° , and thus to redirect to the cavity 302.
  • the end of the light guide 112 serves both as a light exit surface for emitting light in the direction of the optical deflection unit 301 and as a light entry surface for receiving light which is reflected back from the cavity 302.
  • the sensor body 300 for example in the form of a substrate, is irradiated in such a way that light can enter the cavity 302 and be reflected on the sensor membrane 303.
  • the top and bottom of the cavity thus form an optical resonator, such as a Labry-Perot resonator.
  • the spectrum of the light reflected back into the optical laser shows an interference spectrum, in particular interference maxima or interference minima, the position of which depends on the size of the optical resonator.
  • a fiber optic pressure sensor such as in LIG. 3 it is advantageous if the fiber optic pressure sensor has a cross section perpendicular to the light guide 112 in LIG. 3 a low one Dimension 305 has.
  • a maximum dimension 305 in a cross section perpendicular to the axis of the light guide 112 may be 10 mm or less, and may in particular be 5 mm or less. Due to the design, as it relates to FIG. 3, such dimensioning can be easily implemented.
  • the sensor membrane 303 is exposed to the pressure to be detected. Depending on the pressure present, the membrane bulges, as a result of which the cross-sectional dimensions of the cavity 302 and thus of the optical resonator become smaller.
  • the pressure measurement can be used to measure sound emissions, such as those caused by a stall, with the pressure sensor.
  • the senor can be used to measure airborne sound.
  • the sensor for measuring airborne noise can e.g. on the rear edge of a rotor blade.
  • the fiber optic pressure sensor 110 and / or the end of the light guide 112 have at least one optical beam shaping component, for example at the end of the light guide core 113, in order to shape the light beam emerging from the light guide core 113, for example in order to expand it.
  • the optical beam shaping component has at least one of the following: a gradient index lens (GRIN lens), a micromirror, a prism, a spherical lens, and any combination thereof.
  • the deflection unit 301 can be integrally formed with one of the following: a gradient index lens (GRIN lens), a micromirror, a prism, a spherical lens, and any combination of these.
  • GRIN lens gradient index lens
  • micromirror micromirror
  • prism prism
  • spherical lens any combination of these.
  • a fiber optic pressure sensor 110 which has: an optical fiber 112 with one end, one with the end of the optical fiber 112 connected optical deflection unit 301 and the sensor body 300, on which an optical resonator 302 is formed by means of the sensor membrane 303, the light guide 112 and / or the deflection unit 301 being attached to the sensor body 300 by means of a hardenable adhesive or a soldered connection.
  • the curable adhesive can be provided as an adhesive curable by means of UV light.
  • the optical resonator 302 can be designed as a Fabry-Perot interferometer, which forms a cavity with the at least one sensor membrane 303. In this way, a high resolution can be achieved when detecting a pressure-dependent deflection of the sensor membrane 303.
  • the optical resonator 302 can form a cavity which is sealed airtight to the surroundings and has a predetermined internal pressure. In this way, the possibility is provided to carry out a reference measurement related to the internal pressure.
  • the membrane is designed to carry out a movement, in particular an oscillating movement, at a corresponding sound pressure, which movement is transmitted into an optical signal via the optical resonator.
  • the optical resonator 302 can form a cavity which is sealed airtight to the surroundings and is evacuated.
  • a fiber-optic pressure sensor 110 it is possible to carry out an optical pressure measurement by detecting an optical interference spectrum output from the optical resonator and evaluating the interference spectrum in order to determine the pressure to be measured will.
  • a sinusoidal interference spectrum is used for evaluation via an edge filter.
  • the spectrum can be selected such that some periods of the interference spectrum are covered by the light source will. In other words, it is typically possible to provide an interference period of 20 nm while the light source width is 50 nm. Due to the spectral evaluation, the coherence length of the incident radiation may not be taken into account here.
  • Fiber-optic pressure sensors allow aeroacoustic noises from the wind energy installation to be recorded in a wide frequency range.
  • the aeroacoustic noises can be analyzed in. Categories of noise can be determined.
  • the noise can be associated with the trailing edge of a rotor blade, a stall, and / or an input turbulence noise.
  • at least one characteristic for a stall can be determined from the aeroacoustic noise.
  • the overall noise can be used to determine whether a stall has occurred or is in danger of occurring.
  • the different aerodynamic noises have individual frequency ranges and characteristics.
  • the noise of a stall is a semitone, broadband noise, with peaks at medium and low frequencies. For example, sound level peaks in the range from 30 Hz to 5 kHz, in particular from 50 Hz to 500 Hz, can occur.
  • the characterization of the stall can be detected by this characterization. It is determined that a stall occurs or begins to occur.
  • a signal can be output during the detection, for example by the evaluation unit 250 in FIG. 1.
  • VGs that are arranged for operation without stall within a rotor blade, for example flat or flush with the surface of a rotor blade, can be extended. This reduces loads on the outer rotor blade areas, which prevents the stall.
  • the stall has a semitone characteristic for the human ear.
  • pressure sensors 120 and VGs 150 are arranged in areas 125.
  • the areas can, for example, be evaluated individually and / or the VGs can be controlled individually, for example for two or more areas along the longitudinal axis of the rotor blade. This prevents a stall in areas. If, for example, a stall is detected in an outer area by pressure sensors in an outer area, ballasts can be moved or activated in this area. The full performance in an inner area is maintained. The overall yield of the wind energy installation can be improved by the control or regulation. In the case of an analysis of the aerodynamic noise that does not result in a stall, VGs can be retracted. An unnecessary air resistance is prevented.
  • the detection of a stall based on the characteristic of the aeroacoustic noise can also be used for setpoints of other operating parameters for a control or regulation.
  • the operating parameters can be, for example, a high-speed index (TSR) and / or a rotor blade pitch angle.
  • TSR high-speed index
  • a flow stall can thus also be prevented by the setpoints of the operating parameters.
  • FIG. 4A schematically shows a fiber optic pressure sensor or pressure sensor 910 with an optical resonator 930.
  • the principle of a fiber optic pressure sensor 910 is based on an effect similar to that of the fiber optic pressure sensor, i.e. deflection of a membrane changes the length of a resonator.
  • the optical resonator 930 can also be formed in a region between the exit surface of the light guide 112 and a reflection surface of a membrane 914.
  • an additional mass 922 can be attached to the membrane in accordance with some embodiments that can be combined with embodiments described herein.
  • the fiber optic sensor 910 can be used to measure sound and / or acceleration in a direction approximately perpendicular to the surface of the optical resonator.
  • the fiber optic sensor 910 can be provided as a pressure sensor as follows.
  • the fiber optic sensor 910 contains a light guide 112 or an optical fiber with a light exit surface.
  • the fiber-optic sensor 910 includes a membrane 914 and a mass 922 connected to the membrane 303.
  • the mass 922 can either be provided in addition to the mass of the membrane or the membrane can be designed with a suitable, sufficiently large mass.
  • the fiber-optic pressure sensor 910 thus provided contains an optical resonator 930, which is formed between the light exit surface of the light guide 112 and the membrane 914 along an extension 901, 903.
  • the resonator can be a Fabry-Perot resonator.
  • the fiber-optic pressure sensor 910 includes an optical deflection unit 916, which is provided in the beam path between the leveling surface and the membrane 914, the optical deflection unit 916 as a prism or a mirror at an angle of 30 ° to 60 ° relative can be arranged to an optical axis of the fiber or the optical fiber.
  • the mirror can be formed at an angle of 45 °.
  • the primary optical signal is deflected by mirror 916 and directed onto membrane 914. A reflection of the primary optical signal takes place at the membrane 914. The reflected spruce is coupled back into the optical fiber or the spruce conductor 112 as shown by the arrow 903.
  • the optical resonator 930 is thus formed between the layer exit surface for the exit of the primary optical signal and the membrane 914. It must be taken into account here that in general the spruce exit surface of the primary optical signal is equal to the spruce entry surface for the reflected secondary signal.
  • the optical resonator 930 can thus be designed as a Fabry-Perot resonator.
  • the in the FIGS. Components of an extrinsic fiber optic pressure sensor 910 shown in FIGS. 4A and 4B may be made of the following materials, in accordance with exemplary embodiments.
  • the fiber conductor 112 can be, for example, a glass fiber, an optical fiber or a fiber waveguide, wherein materials such as optical polymers, polymethyl methacrylate, polycarbonate, quartz glass, ethylene tetrafluoroethylene, which are optionally doped, can be used.
  • the substrate 912 or the mirror 916 configured therein can be made of silicon, for example.
  • the membrane can be provided from a plastic or a semiconductor, which is suitable to be formed as a thin membrane.
  • the membrane 914 can be used both for measuring a static pressure and for measuring a sound pressure level.
  • the area of the optical resonator 930 is separated from the ambient pressure, so that the membrane moves when the ambient pressure changes.
  • the membrane is designed to perform a movement, in particular an oscillating movement, at a corresponding sound pressure, which movement is transmitted via the optical resonator 930 into an optical signal.
  • FIG. 5 shows a typical measurement system for fiber optic pressure measurement according to the embodiments described herein.
  • the system includes one or more pressure sensors 110.
  • the system has a source 602 for electromagnetic radiation, for example a primary light source.
  • the source 602 serves to provide optical radiation with which at least one fiber-optic pressure sensor 110 can be irradiated.
  • an optical transmission fiber or a fiber 603 is provided between the primary light source 602 and a first fiber coupler 604.
  • the fiber coupler 604 couples the primary light into the optical fiber or the fiber conductor 112.
  • the source 602 can be, for example, a broadband light source, a fiber, an FED (light emitting diode), an SED (superluminescent diode), an ASE spruce source (Amplified Spontaneous Emission spruce source) or an SOA (Semiconductor Optical Amplifier).
  • a broadband light source a fiber
  • FED light emitting diode
  • SED superluminescent diode
  • an ASE spruce source An ASE spruce source
  • SOA semiconductor Optical Amplifier
  • the sensor element such as an optical resonator 302 is optically coupled to the sensor fiber 112.
  • the spruce thrown back by the fiber-optic pressure sensors 110 is in turn passed through the fiber coupler 604, which directs the spruce into a beam splitter 606 via the transmission fiber 605.
  • the beam splitter 606 splits the thrown-back spruce for detection by means of a first detector 607 and a second detector 608.
  • the signal is first filtered using an optical filter device 609.
  • the filter device 609 can detect a position of an interference maximum or minimum output from the optical resonator 302 or a change in wavelength by the optical resonator.
  • a measuring system can be provided without the beam splitter 606 or the detector 607.
  • the detector 607 enables the measurement signal of the pressure sensor to be normalized with respect to other intensity fluctuations, such as, for example, fluctuations in the intensity of the source 602, fluctuations due to reflections at interfaces between individual light guides, fluctuations due to reflections at interfaces between the light guide 112 and the deflection unit 301, Fluctuations due to reflections at interfaces between the deflection unit 301 and the optical resonator 302 or other intensity fluctuations.
  • This standardization improves the measuring accuracy and reduces a dependence on the length of the light guides 112 provided between the evaluation unit 150 and the fiber-optic pressure sensor 110 during operation of the measuring system.
  • the optical filter device 609 or additional optical filter devices for filtering the interference spectrum or for detecting interference maxima and minima can include an optical filter which is selected from the group consisting of an edge filter, a thin-film filter, a fiber -Bragg grating, an LPG, an arrayed waveguide grating (AWG), an Echelle grating, a grating arrangement, a prism, an interferometer, and any combination thereof.
  • an optical filter which is selected from the group consisting of an edge filter, a thin-film filter, a fiber -Bragg grating, an LPG, an arrayed waveguide grating (AWG), an Echelle grating, a grating arrangement, a prism, an interferometer, and any combination thereof.
  • FIG. 6 shows an evaluation unit 150, wherein a signal from a fiber-optic pressure sensor 110 is led to the evaluation unit 150 via a light guide 112.
  • a light source 602 which can optionally be made available in the evaluation unit. However, the light source 602 can also be provided independently or outside of the evaluation unit 150.
  • the optical signal of the fiber-optic pressure sensor 110 ie the optical interference signal, which may have interference maxima and interference minima, is converted into an electrical signal with a detector, ie with an opto-electrical converter 702.
  • the electrical signal is filtered with an analog anti-aliasing filter 703. Following the analog filtering with the analog anti-aliasing filter or low-pass filter 703, the signal is digitized by an analog-digital converter 704.
  • the evaluation unit 150 can be designed such that it not only analyzes the interference signal with regard to the position of interference maxima and Tn terferen zma, but also that the phase position is determined of the interference signal.
  • FIG. 6 also shows a digital evaluation unit 706, which may include, for example, a CPU, memory and other elements for digital data processing.
  • an evaluation unit 150 is provided.
  • the evaluation unit 150 can include a converter for converting the optical signal into an electrical signal.
  • a photodiode, a photomultiplier (PM) or another optoelectronic detector can be used as a converter.
  • the evaluation unit 150 also includes an anti-aliasing filter 703, which is connected, for example, to the output of the converter or the optoelectronic detector.
  • the evaluation unit 150 can further include an analog-digital converter 704, which is connected to the output of the anti-aliasing filter 703.
  • the evaluation unit 150 can also include a digital evaluation unit 706, which is set up to evaluate the digitized signals.
  • temperature compensation can be provided in the fiber optic pressure sensor 110 in such a way that materials with a very high density are used for the sensor body 300 and / or the sensor membrane 303 and / or the cover 304 low thermal expansion coefficient can be used.
  • the light guide 112 can be, for example, a glass fiber, an optical fiber or a polymer guide, wherein materials such as optical Polymers, polymethyl methacrylate, polycarbonate, quartz glass, ethylene tetrafluoroethylene can be used, which are optionally doped.
  • the optical fiber can be designed as a single-mode fiber, for example an SMF-28 fiber.
  • SMF fiber here denotes a special type of standard single-mode fiber.
  • a computer program product can be loaded directly into a memory, for example a digital memory of a digital computing device.
  • a computing device can contain a CPU, signal inputs and signal outputs, and further elements typical of a computing device.
  • a computing device can be part of an evaluation unit, or the evaluation unit can be part of a computing device.
  • a computer program product can comprise software code sections with which the steps of the methods of the embodiments described here are at least partially carried out when the computer program product runs on the computing device. Any embodiment of the method can be done by a

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Abstract

The present document describes a method for controlling a wind turbine. The method involves measuring noise emission by means of at least one pressure sensor attached to the rotor blade; recognising a characteristic aeroacoustic sound for at least one flow detachment on the basis of the noise emission; and controlling, in open- or closed-loop fashion, one or more components of the wind turbine on the basis of the recognition of the characteristic aeroacoustic sound of the flow detachment.

Description

VERBESSERUNG BZW. OPTIMIERUNG DES ERTRAGS EINER  IMPROVEMENT OR OPTIMIZATION OF A YIELD
WINDENERGIEANLAGE DURCH DETEKTION EINES STRÖMUNGSABRISSES  WIND POWER PLANT BY DETECTING A FLOW STOP
TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Steuerung bzw. Regelung von Windenergieanlagen, insbesondere eine Messung für eine Verbesserung des Ertrags von Windenergieanlagen. Insbesondere betreffen Ausführungsformen Messungen zum verbesserten Betrieb von Rotorblättern mit einer relativ großen Dicke, zum Beispiel im Hinblick auf einen Strömungsabriss. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage und eine Windenergieanlage. The present invention generally relates to a control or regulation of wind turbines, in particular a measurement for improving the yield of wind turbines. In particular, embodiments relate to measurements for improved operation of rotor blades with a relatively large thickness, for example with regard to a stall. The invention particularly relates to a method for controlling a wind energy installation and a wind energy installation.
TECHNISCHER HINTERGRUND TECHNICAL BACKGROUND
[0002] Windenergieanlagen haben einen zunehmend größeren Rotordurchmesser. Dies bringt insbesondere bei deren Konstruktion große Herausforderungen im Hinblick auf die strukturelle Stabilität mit sich. Um auch extremen Windbedingungen standhalten zu können ist es vorteilhaft wenn Rotorblätter eine bestimmte Steifigkeit aufweisen. [0002] Wind turbines have an increasingly larger rotor diameter. This poses major challenges in terms of structural stability, particularly in their construction. In order to withstand extreme wind conditions, it is advantageous if rotor blades have a certain stiffness.
[0003] Eine Möglichkeit die benötigt der Steifigkeit zur Verfügung zu stellen ist es, die Materialstärke von Rotorblättern zu erhöhen. Dies führt jedoch zu einem erhöhten Gewicht der Rotorblätter und steigenden Kosten von Windenergieanlagen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin die Dicke des Profils der Rotorblätter zu vergrößern. Hierdurch kann die Steifigkeit ebenfalls erhöht werden, wobei jedoch der Materialeinsatz nicht unnötig vergrößert wird. Dies führt zu kostengünstigeren Rotorblättern. One way to provide the required stiffness is to increase the material thickness of rotor blades. However, this leads to an increased weight of the rotor blades and increasing costs of wind energy plants. Another possibility is to increase the thickness of the profile of the rotor blades. As a result, the rigidity can also be increased, but the use of material is not increased unnecessarily. This leads to cheaper rotor blades.
[0004] Die Profildicke kann vergrößert werden in dem die Profiltiefe vergrößert wird während die relative Profildicke beibehalten wird. Die Profiltiefe ist der Abstand der Vorderkante zur Hinterkante des Profils. Weiterhin kann die Profildicke vergrößert werden, in dem dickere Profile für ein Rotorblatt verwendet werden, d.h. die relative Dicke vergrößert wird. Die Profiltiefe ist im allgemeinen durch die Lasten auf das Rotorblatt beschränkt. Eine Vergrößerung der Profiltiefe resultiert im allgemeinen zu hören Ermüdungslasten. Ferner kann die Profiltiefe durch Gründe des Transports einer Windenergieanlage beschränkt sein. Weiterhin ist es nicht erstrebenswert die Profiltiefe über gewisse Grenzen hinaus zu vergrößern, da es zu Beulproblemen führen kann. The profile thickness can be increased by increasing the profile depth while maintaining the relative profile thickness. The profile depth is the distance of the Front edge to the rear edge of the profile. Furthermore, the profile thickness can be increased by using thicker profiles for a rotor blade, ie the relative thickness is increased. The profile depth is generally limited by the loads on the rotor blade. Increasing the profile depth generally results in hearing fatigue loads. Furthermore, the profile depth can be limited by the reasons for the transportation of a wind energy installation. Furthermore, it is not desirable to increase the profile depth beyond certain limits, since it can lead to buckling problems.
[0005] Basierend auf den Begrenzungen der Profiltiefe neigt man dazu die absolute Profildicke von Rotorblättern zu erhöhen. Obwohl dies strukturell vorteilhaft ist, ergeben sich hieraus aerodynamische Nachteile. Zum Beispiel sind die Profile sensitive in Bezug auf die Oberflächenrauigkeit, Ertragsunterschiede zwischen sauberen Rotorblätter und verschmutzten Rotorblättern nehmen zu, und der Widerstand eines Rotorblatts nimmt ebenfalls zu. Diese aerodynamischen Nachteile reduzieren den Ertrag von Windenergieanlagen. Bei der Auslegung und Konstruktion werden daher Kompromisse eingegangen. Based on the limitations of the profile depth, one tends to increase the absolute profile thickness of rotor blades. Although this is structurally advantageous, there are aerodynamic disadvantages. For example, the profiles are sensitive to surface roughness, yield differences between clean rotor blades and dirty rotor blades increase, and the resistance of a rotor blade also increases. These aerodynamic disadvantages reduce the yield of wind turbines. Compromises are therefore made in the design and construction.
[0006] Um einem Teil der negativen, aerodynamischen Effekte von dickeren Profilen einer Tragflächenstruktur entgegenzuwirken können Vortex generatoren (oder Turbulatoren) an Rotorblättern von Windenergieanlagen verwendet werden. Vortexgeneratoren werden eingesetzt um die Leistungsunterschiede zwischen sauberen und verschmutzten Tragflächenstrukturen zu reduzieren bzw. zu minimieren und um einen Strömungsabriss zu verhindern, indem der Strömungsabrisswinkel erhöht wird. Jedoch erzeugen Vortexgeneratoren einen hohen Luftwiderstand. Somit wird das Auftriebs-zu-Widerstandsverhältnis der Tragflächenprofile reduziert. Folglich wird der Ertrag einer Windenergieanlage im Vergleich zu einem sauberen Rotorblatt ohne Vortexgeneratoren reduziert. Die Vortexgeneratoren erzeugen typischerweise einen Ertrag, der zwischen dem eines sauberen Rotorblatts ohne Vortex generatoren und einem verschmutzten Rotorblatt ohne Vortex generatoren liegt. Bei der Auslegung der Konstruktion werden typischerweise eine Vielzahl von Kompromissen betrachtet. In order to counteract part of the negative, aerodynamic effects of thicker profiles of a wing structure, vortex generators (or turbulators) can be used on rotor blades of wind turbines. Vortex generators are used to reduce or minimize the performance differences between clean and dirty wing structures and to prevent stall by increasing the stall angle. However, vortex generators create high air resistance. This reduces the lift-to-resistance ratio of the wing profiles. As a result, the yield of a wind turbine is reduced compared to a clean rotor blade without vortex generators. The vortex generators typically produce a yield that lies between that of a clean rotor blade without vortex generators and a dirty rotor blade without vortex generators. A large number of compromises are typically considered when designing the construction.
[0007] Einziehbare Vortexgeneratoren werden zum Beispiel in der Luftfahrt verwendet (siehe zum Beispiel US 2007/0018056A1 [0008] Eine weitere Verbesserung bzw. Optimierung des Ertrags von Windenergieanlagen ist erstrebenswert. Retractable vortex generators are used for example in aviation (see for example US 2007 / 0018056A1 A further improvement or optimization of the yield of wind energy plants is desirable.
ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY
[0009] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1, eine Anordnung zur Steuerung einer Windenergieanlage mit einem Rotor gemäß Anspruch 10, und eine[0009] Embodiments of the present invention provide a method for controlling a wind turbine according to claim 1, an arrangement for controlling a wind turbine with a rotor according to claim 10, and a
Windenergieanlage gemäß Anspruch 12 Verfügung. Weitere Details, Ausführungsformen, Merkmale und Aspekt ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Wind turbine according to claim 12. Further details, embodiments, features and aspects result from the subclaims, the description and the drawings.
[0010] Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer[0010] According to one aspect, a method for controlling a
Windenergieanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beinhaltet Messen einer Schallemission mittels zumindest eines am Rotorblatt angebrachten Drucksensors; Erkennen eines charakteristischen aeroakustischen Geräuschs für zumindest einen Strömungsabriss basierend auf der Schallemission; und Steuern oder Regeln von einer oder mehrerer Komponenten der Windenergieanlage basierend auf dem Erkennen des charakteristischen aeroakustischen Geräuschs des Strömungsabrisses. Wind turbine provided. The method includes measuring a sound emission by means of at least one pressure sensor attached to the rotor blade; Recognizing a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall based on the noise emission; and controlling or regulating one or more components of the wind turbine based on the detection of the characteristic aeroacoustic noise of the stall.
[0011] Gemäß einem Aspekt wird eine Anordnung zur Steuerung einerIn one aspect, an arrangement for controlling a
Windenergieanlage mit einem Rotor zur Verfügung gestellt. Die Anordnung beinhaltet zumindest ein an einem Rotorblatt angebrachter Drucksensor; und eine Auswerteeinheit zum Erkennen eines charakteristischen aeroakustischen Geräuschs für zumindest einen Strömungsabriss basierend auf der Schallemission; und Steuern oder Regeln von einer oder mehrerer Komponenten der Windenergieanlage basierend auf dem Erkennen des charakteristischen aeroakustischen Geräuschs. Wind turbine provided with a rotor. The arrangement includes at least one pressure sensor attached to a rotor blade; and an evaluation unit for recognizing a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall based on the noise emission; and controlling or regulating one or more components of the wind turbine based on the detection of the characteristic aeroacoustic noise.
[0012] Gemäß einem weiteren Aspekt werden Windenergieanlagen mit Anordnungen gemäß hier beschriebener Ausführungsformen zur Verfügung gestellt. [0013] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Hardwaremodul bereitgestellt, umfassend ein Computerprogramm, das ausgelegt ist, die Verfahren der hier beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen. According to a further aspect, wind turbines with arrangements according to the embodiments described here are provided. According to a further embodiment, a hardware module is provided, comprising a computer program that is designed to carry out the methods of the embodiments described here.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0014] Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Exemplary embodiments are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. The drawings show:
FIG. 1 zeigt schematisch ein Rotorblatt mit einer Anordnung bzw. eine FIG. 1 schematically shows a rotor blade with an arrangement or a
Messvorrichtung angepasst zur Verbesserung des Ertrags hinsichtlich der Erkennung eines Strömungsabrisses an einer Windenergieanlage gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen;  Measuring device adapted to improve the yield with regard to the detection of a stall at a wind energy installation according to the embodiments described herein;
FIG. 2 zeigt eine Windenergieanlage gemäß hierin beschriebenen FIG. 2 shows a wind turbine according to the one described herein
Ausführungsformen;  Embodiments;
FIG. 3 zeigt schematisch einen faseroptischen Drucksensor mit einer Kavität in einem Längsschnitt entlang einer Lichtleiterachse, gemäß einer Ausführungsform; FIG. 3 schematically shows a fiber-optic pressure sensor with a cavity in a longitudinal section along an optical fiber axis, according to one embodiment;
FIG. 4A zeigt schematisch einen faseroptischen Drucksensor mit einem optische FIG. 4A schematically shows a fiber optic pressure sensor with an optical one
Resonator gemäß einer Ausführungsform;  Resonator according to an embodiment;
FIG. 4B zeigt den in FIG. 4A dargestellten faseroptischen Drucksensor in einer perspektivischen Ansicht gemäß einer Ausführungsform; FIG. 4B shows the one shown in FIG. 4A illustrates the fiber optic pressure sensor in a perspective view according to an embodiment;
FIG. 5 zeigt schematisch einen Messaufbau für einen faseroptischen Drucksensor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen; FIG. 5 schematically shows a measurement setup for a fiber optic pressure sensor according to the embodiments described here;
FIG. 6 zeigt schematisch einen Messaufbau für einen faseroptischen Drucksensor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen; FIG. 6 schematically shows a measurement setup for a fiber optic pressure sensor according to the embodiments described here;
FIG. 7 zeigt ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Steuerung bzw. Regelung einer Windenergieanlage gemäß Ausführungsformen der Erfindung. [0015] In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte. FIG. 7 shows a flowchart of a method for controlling or regulating a wind energy installation according to embodiments of the invention. In the drawings, the same reference numerals designate the same or functionally identical components or steps.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFUHRUNGSFORMEN DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
[0016] Im Folgenden wird detaillierter Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In the following, reference is made in more detail to various embodiments of the invention, one or more examples being illustrated in the drawings.
[0017] Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf die Messung von Luftschall, insbesondere mit faseroptischen Drucksensoren, in einem Frequenzband, zum Beispiel einem breiten Frequenzband. Die Geräusche bzw. der Lärm, d. h. der gemessene Luftschall, kann analysiert werden und in unterschiedliche Kategorien unterteilt werden bzw. klassifiziert werden. Insbesondere kann ein Geräusch für den Strömungsabriss identifiziert werden. Der einem Strömungsabriss zugeordnete Luftschall kann verwendet werden, um Vortexgeneratoren zu bewegen oder zu verändern. Insbesondere können Vortex generatoren an einem inneren Teil eines Rotorblattes bewegt werden oder ausgefahren werden. Weiterhin können Vortex generatoren verändert werden, so dass durch die Veränderung ein aktiver Zustand und ein passiver Zustand zur Verfügung gestellt werden können. Eine Veränderung eines Vortexgenerators in einen aktiven Zustand führt zu einer aerodynamischen Wirkung während eine Veränderung einen passiven Zustand, die aerodynamische Wirkung reduziert oder unterbindet. Dies reduziert die Last an äußeren Teilen des Rotorblatts und verhindert einen Strömungsabriss bzw. das Geräusch des Strömungsabrisses. Da die volle Leistungsfähigkeit des Rotorblatts an seinem inneren Teil zur Verfügung gestellt ist, erhöht sich der Ertrag der Windenergieanlage. Für Betriebsbedingungen, bei denen das charakteristische Geräusch eines Strömungsabrisses nicht detektiert wird, können die Vortexgeneratoren bewegt werden bzw. zurückgezogen werden oder in einen passiven Zustand verändert werden. Unnötiger Strömungswiderstand durch Vortexgeneratoren und deren Nachteile können hierbei vermieden werden. Weiterhin können alternativ oder zusätzlich der Pitchwinkel und/oder eine Schnelllaufzahl (tip speed ratio, TSR) basierend auf dem erkannten Geräusch eines Strömungsabrisses verbessert bzw. optimiert werden, um den Ertrag der Windenergieanlage zu verbessern bzw. zu maximieren. [0017] Embodiments of the present invention relate to the measurement of airborne sound, in particular with fiber-optic pressure sensors, in a frequency band, for example a broad frequency band. The noises or the noise, ie the measured airborne noise, can be analyzed and divided or classified into different categories. In particular, a noise for the stall can be identified. The airborne sound associated with a stall can be used to move or change vortex generators. In particular, vortex generators can be moved or extended on an inner part of a rotor blade. Vortex generators can also be changed so that the change can provide an active state and a passive state. A change of a vortex generator to an active state leads to an aerodynamic effect, while a change to a passive state reduces or prevents the aerodynamic effect. This reduces the load on outer parts of the rotor blade and prevents stalling or the noise of the stall. Since the full performance of the rotor blade is made available on its inner part, the yield of the wind turbine increases. For operating conditions in which the characteristic noise of a stall is not detected, the vortex generators can be moved or withdrawn or changed to a passive state. Unnecessary flow resistance due to vortex generators and their disadvantages can be avoided. Furthermore, alternatively or additionally, the pitch angle and / or a tip speed ratio (TSR) can be based be improved or optimized based on the recognized noise of a stall in order to improve or maximize the yield of the wind turbine.
[0018] FIG. 1 zeigt die Anordnung 100 zur Steuerung einer Windenergieanlage. Diese kann teilweise in einem Rotorblatt 101 zur Verfügung gestellt sein.. Die Anordnung 100 umfasst eine Auswerteeinheit 250. Die Auswerteeinheit 250 ist mit zumindest einem ersten Drucksensor 120 verbunden. Der zumindest eine Drucksensor 120, wie zum Beispiel ein faseroptischer Drucksensor, kann beispielsweise über Signalleitungen, wie in etwa elektrische Leitungen, faseroptische Leitungen etc. mit der Aus werteeinheit 250 verbunden sein. [0018] FIG. 1 shows the arrangement 100 for controlling a wind energy installation. This can partially be provided in a rotor blade 101. The arrangement 100 comprises an evaluation unit 250. The evaluation unit 250 is connected to at least one first pressure sensor 120. The at least one pressure sensor 120, such as a fiber-optic pressure sensor, can be connected to the evaluation unit 250, for example, via signal lines, such as electrical lines, fiber-optic lines, etc.
[0019] Gemäß manchen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann ein faseroptischer Drucksensoren in einem Bereich 125 entlang des Radius des Rotorblatts 101 zur Verfügung gestellt sein. Weiterhin können weitere Drucksensoren entlang weiterer, zum Beispiel radial angeordneter Bereiche 125 des Rotorblatts angeordnet sein. Gemäß typischen Ausführungsformen können Drucksensoren 120 an der Hinterkante des Rotorblatts 120 zur Verfügung gestellt sein. Die Bewegungsrichtung des Rotorblatts am Rotor ist exemplarisch mit Pfeil 104 dargestellt. [0019] According to some embodiments, which can be combined with other embodiments, a fiber optic pressure sensor can be provided in an area 125 along the radius of the rotor blade 101. Furthermore, further pressure sensors can be arranged along further, for example radially arranged areas 125 of the rotor blade. According to typical embodiments, pressure sensors 120 can be provided on the rear edge of the rotor blade 120. The direction of movement of the rotor blade on the rotor is shown by way of example with arrow 104.
[0020] Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen sind an einem Rotorblatt Vortexgeneratoren 150 zur Verfügung gestellt. Wie durch die Pfeile 152 dargestellt, kann ein Vortex generator mit einem Aktuator bewegt werden. Alternativ oder zusätzliche kann der Vortexgenerator verändert werden, insbesondere um von einem passiven in einen aktiven Zustand oder von einem aktiven Zustand in einen passiven Zustand zu gelangen. In der vorliegenden Offenbarung wird zumeist auf eine Bewegung eines Vortexgenerators Bezug genommen. Alternative oder zusätzlich können gemäß hier beschriebener Ausführungsformen Vortex generatoren veränderlich ausgestaltet sein. Ein veränderlicher Vortextgenerator kann einen aktiven oder einen passiven Zustand einnehmen. According to the embodiments described here, vortex generators 150 are provided on a rotor blade. As shown by arrows 152, a vortex generator can be moved with an actuator. As an alternative or in addition, the vortex generator can be changed, in particular in order to change from a passive to an active state or from an active state to a passive state. In the present disclosure, reference is usually made to a movement of a vortex generator. Alternatively or additionally, according to the embodiments described here, vortex generators can be of variable design. A variable vortex generator can be in an active or a passive state.
[0021] Ein Vortex generator kann zurückgezogen werden oder ausgefahren werden. Im zurückgezogenen Zustand kann der Luftwiderstand des Vortexgenerators reduziert sein, insbesondere im Vergleich zum ausgefahrenen Zustand. Zum Beispiel kann gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, ein Vortexgenerator bewegt werden bzw. ein gezogen werden (oder verändert werden), um im Wesentlichen plan oder oberflächenbündig mit einer Oberfläche des Rotorblatts 101 angeordnet zu sein. A vortex generator can be withdrawn or extended. In the retracted state, the air resistance of the vortex generator can be reduced, in particular in comparison to the extended state. For example, according to some embodiments, that may correspond to other embodiments described herein can be combined, a vortex generator can be moved or pulled in (or changed) in order to be arranged essentially flat or flush with a surface of the rotor blade 101.
[0022] Die Auswerteeinheit 250 kann den mittels der faseroptischen Drucksensoren gemessenen Luftschall analysieren. Ein Geräusch, das einem Strömungsabriss zugeordnet werden kann, wird detektiert. Bei der Bestimmung eines Strömungsabriss, kann die Auswerteeinheit 250 die Aktuatoren bzw. einen Aktuator zum Bewegen oder Verändern eines Vortex generators ansteuern. Gemäß weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltungen, kann die Auswerteeinheit 250 einen oder mehrere Sollwerte für zumindest einen der Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Schnelllaufzahl und eines Pitchwinkels bestimmen. The evaluation unit 250 can analyze the airborne sound measured by means of the fiber-optic pressure sensors. A noise that can be assigned to a stall is detected. When determining a stall, the evaluation unit 250 can control the actuators or an actuator for moving or changing a vortex generator. According to further, alternative or additional refinements, the evaluation unit 250 can determine one or more target values for at least one of the parameters selected from the group consisting of: a high-speed number and a pitch angle.
[0023] In FIG. 1 hat die Längsachse 103 des Rotorblatts 101 ein dazu ausgerichtetes Koordinatensystem, das heißt ein blattfestes Koordinatensystem, das in FIG. 1 exemplarisch durch vorstehend beschriebe erste Achse 131 und zweite Achse 132 dargestellt ist. Die dritte Achse 133 ist im Wesentlichen parallel zur Längsachse 103. Eine Änderung des Pitchwinkels entspricht im Wesentlichen einer Rotation des Rotorblatts um die Längsachse 103. . In FIG. 1, the longitudinal axis 103 of the rotor blade 101 has a coordinate system aligned with it, that is to say a blade-fixed coordinate system which is shown in FIG. 1 is exemplified by the above-described first axis 131 and second axis 132. The third axis 133 is essentially parallel to the longitudinal axis 103. A change in the pitch angle corresponds essentially to a rotation of the rotor blade around the longitudinal axis 103.
[0024] Das Rotorblatt 101 aus FIG. 1 ist mit der Anordnung 100 ausgestattet. Ein oder mehrere Drucksensoren 120 sind in einem oder mehreren Bereichen 125 angebracht. Zum Beispiel können Drucksensoren an radial unterschiedlichen Positionen, d.h. entlang der Achse 103, zur Verfügung gestellt sein. Drucksensoren 120 können beabstandet, insbesondere in Richtung der Längsachse 103 des Rotorblatts 101 beabstandet sein. The rotor blade 101 from FIG. 1 is equipped with the arrangement 100. One or more pressure sensors 120 are mounted in one or more areas 125. For example, pressure sensors at radially different positions, i.e. along axis 103. Pressure sensors 120 can be spaced apart, in particular in the direction of the longitudinal axis 103 of the rotor blade 101.
[0025] Mittels der Drucksensoren kann der emittierte Schallpegel erfasst werden. Insbesondere kann der Schallpegel frequenzabhängig bestimmt werden. Insbesondere kann der Schallpegel frequenzabhängig in einem breiten Frequenzband, zum Beispiel von 10 Hz bis 30 kHz, insbesondere von 50 Hz bis 500 Hz gemessen werden. Zum Beispiel können Drucksensoren an einer Hinterkante eines Rotorblatts zur Verfügung gestellt sein. The emitted sound level can be detected by means of the pressure sensors. In particular, the sound level can be determined as a function of frequency. In particular, the sound level can be measured as a function of frequency in a broad frequency band, for example from 10 Hz to 30 kHz, in particular from 50 Hz to 500 Hz. For example, pressure sensors can be provided on a rear edge of a rotor blade.
[0026] Der Schallpegel bzw. das Geräusch kann analysiert werden. Unterschiedliche Ursachen von Schall können bei einer Windenergieanlage anhand charakteristischen Eigenschaften unterschieden werden. Somit kann durch eine entsprechende Auswertung ermittelt werden, ob der gemessene Luftschall einem Strömungsabriss zuzuordnen ist bzw. ob der gemessene Luftschall Komponenten aufweist, zum Beispiel im Lalle von Überlagerung mehrerer Effekte, die einem Strömungsabriss zuzuordnen ist. Wird ein Strömungsabriss akustisch detektiert, können Signale zur Steuerung der Windenergieanlage, zur Regelung der Windkraftanlage, und/oder zur Steuerung von beweglichen oder veränderlichen Vortexgeneratoren generiert werden. Signale können zum Beispiel von der Auswerteeinheit 250 generiert werden. [0026] The sound level or the noise can be analyzed. Different causes of sound in a wind turbine can be based on characteristic Properties can be distinguished. A corresponding evaluation can thus be used to determine whether the measured airborne noise is to be assigned to a stall or whether the measured airborne sound has components, for example in the event of superimposition of several effects which is to be assigned to a stall. If a stall is acoustically detected, signals can be generated to control the wind turbine, to regulate the wind turbine, and / or to control movable or variable vortex generators. For example, signals can be generated by the evaluation unit 250.
[0027] Neben der Steuerung beweglicher oder veränderbaren Vortexgeneratoren können zum Beispiel auch Sollwerte für die Schnelllaufzahl und/oder den Pitchwinkel bestimmt werden bzw. definiert werden. Die Sollwerte für den Betrieb werden eingestellt, um den Ertrag Windenergieanlage zu erhöhen. Zum Beispiel können die Werte der verbesserten Betriebsparameter basierend auf einem lookup table ermittelt werden, der zum Beispiel Werte für optimale Pitch winkel und schnelle Laufzahlen für unterschiedliche aeroakustische Geräusche enthält. Ein solcher lookup table kann zum Beispiel in einer Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt sein. Als Auswerteeinheit, kann auch eine Kontrolleinheit oder jedwede andere digitale Rechnereinheit einer Windenergieanlage angesehen werden. Zum Beispiel kann im Rahmen eines lookup tables zwischen dort zur Verfügung gestellten Werten interpoliert werden, um neue Sollwerte für Betriebsparameter zu bestimmen. In addition to the control of movable or changeable vortex generators, for example, setpoints for the high-speed number and / or the pitch angle can also be determined or defined. The setpoints for operation are set in order to increase the yield of the wind turbine. For example, the values of the improved operating parameters can be determined on the basis of a lookup table which, for example, contains values for optimal pitch angles and fast running numbers for different aeroacoustic noises. Such a lookup table can be provided in an evaluation unit, for example. A control unit or any other digital computer unit of a wind energy installation can also be regarded as an evaluation unit. For example, a lookup table can be used to interpolate between the values provided there in order to determine new setpoints for operating parameters.
[0028] Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, kann der Ertrag einer Windenergieanlage verbessert werden bzw. optimiert werden, Strömungsabriss kann vermieden werden, und/oder hohe Lasten können vermieden bzw. reduziert werden. Vortexgeneratoren können bei Bedarf eingesetzt werden, zum Beispiel ausgefahren oder verändert werden. Im Falle von Betriebsbedingungen, die keine Vortexgeneratoren erfordern könne die Vortex generatoren ein gefahren werden oder in einen passiven Zustand versetzt werden, um unnötigen Luftwiderstand (drag) zu vermeiden. According to embodiments of the present invention, the yield of a wind turbine can be improved or optimized, stall can be avoided, and / or high loads can be avoided or reduced. Vortex generators can be used if necessary, for example extended or changed. In the case of operating conditions that do not require vortex generators, the vortex generators can be retracted or placed in a passive state in order to avoid unnecessary drag (drag).
[0029] Gemäß hier beschriebener Ausführungsformen wird ein Drucksensor, zum Beispiel ein faseroptischer Drucksensor, der angepasst ist, einen Schallpegel zu messen an einem Rotorblatt zur Verfügung gestellt bzw. montiert. Ein faseroptischer Drucksensor kann vorteilhaft in Windenergieanlagen eingesetzt werden, da er keine metallischen Teile benötigt. Ferner ermöglicht das Messprinzip die aeroakustische Messung in einem breiten Frequenzbereich. Die aeroakustische Messung kann unmittelbar am Rotorblatt erfolgen. According to embodiments described here, a pressure sensor, for example a fiber-optic pressure sensor, which is adapted to measure a sound level is provided or mounted on a rotor blade. A fiber optic pressure sensor can be used advantageously in wind turbines because it has no metallic parts needed. The measuring principle also enables aeroacoustic measurement in a wide frequency range. The aeroacoustic measurement can be carried out directly on the rotor blade.
[0030] Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage zur Verfügung gestellt. Ein entsprechendes Flussdiagramm ist in FIG. 7 dargestellt. Das Verfahren beinhaltet ein Messen einer Schallemission mittels eines am Rotorblatt angebrachten Drucksensors, wie zum Beispiel durch Box 702 illustriert. Wie in Box 704 dargestellt wird eines charakteristischen aeroakustischen Geräuschs für zumindest einen Strömungsabriss basierend auf der Schallemission erkannt. Hierbei können auch mehrere aeroakustische Geräusche erkannt werden. Zum Beispiel können auch Geräusche für eine Turbulenzintensität oder Strömungseingangsgeräusche charakterisiert werden. Aus der Erkennen eines Strömungsabrisses wird eine oder mehrere Komponenten geregelt oder gesteuert, sie Box 706. Zum Beispiel können VGs gesteuert werden. Ferner kann der Rotor bzw., dessen Schnelllaufzahl oder eine Rotorblatt bzw., dessen Pitchwinkel gesteuert oder geregelt werden. According to further embodiments of the present disclosure, a method for controlling a wind energy installation is provided. A corresponding flow diagram is shown in FIG. 7 shown. The method includes measuring sound emission using a pressure sensor attached to the rotor blade, as illustrated by box 702, for example. As shown in box 704, a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall is recognized based on the noise emission. Several aeroacoustic noises can also be recognized here. For example, noise for turbulence intensity or flow input noise can also be characterized. From the detection of a stall, one or more components are regulated or controlled, they box 706. For example, VGs can be controlled. Furthermore, the rotor or its high-speed index or a rotor blade or its pitch angle can be controlled or regulated.
[0031] Eine Echtzeitermittlung der charakteristischen aeroakustischen Geräusche kann zum Beispiel eine Ermittlung mit einer Rate von 1 Hz oder schneller sein. Ein Messung des Schallpegels kann hierzu mit einer vielfach höheren Abtastrate erfolgen. A real-time determination of the characteristic aeroacoustic noises can be a determination at a rate of 1 Hz or faster, for example. For this purpose, the sound level can be measured at a much higher sampling rate.
[0032] FIG. 2 zeigt einen Teil einer Windenergieanlage 300. Auf einem Turm 40 ist eine Gondel 42 angeordnet. An einer Rotornabe 44 sind Rotorblätter 101 angeordnet, so dass der Rotor (mit der Rotornabe und den Rotorblättern) in einer durch die Linie 305 dargestellten Ebene rotiert. Typischerweise ist diese Ebene relativ zu der Senkrechten 307 geneigt. An den Rotorblättern sind Vortex generatoren und faseroptische Drucksensoren zur Verfügung gestellt. Ein Vortex generatoren ist mit einem Aktuator verbunden, um zum Beispiel einen beweglichen Vortex generator zur Verfügung zu stellen. Ein Aktuator kann gemäß hier beschriebene Ausführungsformen ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus, elektrischen Aktuatoren, pneumatischen Aktuatoren, hydraulischen Aktuatoren, und Kombinationen daraus. Insbesondere pneumatische Aktoren können im Rahmen einer Windenergieanlage sinnvoll eingesetzt werden, da ein sich bewegender Rotor Druckunterschiede im Luftdruck erfährt, die gegebenenfalls für einen Aktor Anwendung finden können. [0033] Durch die Ausführungsformen der vorliegende Erfindung können Vortexgeneratoren (VGs) nur unter bestimmten Bedingungen aktiviert werden. Diese Bedingungen basieren auf aeroakustischen Geräuschen. Durch die bedingte Aktivierung der VGs kann unnötiger Luftwiderstand vermieden werden. Bei Aktivierung ist die Verwendung von VGs empfehlenswert oder notwendig. Folglich kann eine bedingten Aktivierung den Gesamtertrag verbessern. [0032] FIG. 2 shows part of a wind energy installation 300. A gondola 42 is arranged on a tower 40. Rotor blades 101 are arranged on a rotor hub 44, so that the rotor (with the rotor hub and the rotor blades) rotates in a plane represented by line 305. Typically, this plane is inclined relative to the normal 307. Vortex generators and fiber optic pressure sensors are provided on the rotor blades. A vortex generator is connected to an actuator, for example to provide a movable vortex generator. According to the embodiments described here, an actuator can be selected from the group consisting of electrical actuators, pneumatic actuators, hydraulic actuators, and combinations thereof. Pneumatic actuators in particular can be used sensibly in the context of a wind energy installation, since a moving rotor experiences pressure differences in the air pressure, which can possibly be used for an actuator. The embodiments of the present invention can only activate vortex generators (VGs) under certain conditions. These conditions are based on aeroacoustic noise. By conditionally activating the VGs, unnecessary air resistance can be avoided. When activated, the use of VGs is recommended or necessary. As a result, conditional activation can improve overall yield.
[0034] Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen können VGs in weiten Bereichen eines Rotorblatts verwendet werden, da eine unnötiger Anstieg des Luftwiderstands reduziert oder vermieden werden kann. Zum Beispiel können VGs in einem Bereich von zumindest 50% des Blattradius entlang der Läge eines Rotorblatts angebracht werden. Durch die erweiterte Nutzung von VGs kann die Leistungsfähigkeit eines Rotorblatts verbessert werden. Zum Beispiel kann es robuster im Hinblick auf Blattverschmutzung ausgelegt werden, ohne den Ertrag im Rahmen eines Kompromisses zu sehr zu vernachlässigen. According to the embodiments described here, VGs can be used in wide areas of a rotor blade, since an unnecessary increase in air resistance can be reduced or avoided. For example, VGs can be placed in an area of at least 50% of the blade radius along the length of a rotor blade. The extended use of VGs can improve the performance of a rotor blade. For example, it can be made more robust with regard to leaf contamination without neglecting the yield too much as part of a compromise.
[0035] Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Rotorblätter mit dickeren Blattprofilen, insbesondere an äußeren radialen Positionen zur Verfügung gestellt werden. Ferner geschieht dies in Kombination mit beweglichen, d.h. einziehbaren VGs. Es kann somit eine größere Steifigkeit durch dickere Profile zur Verfügung gestellt werden, ohne die Materialstärke zur erhöhen bzw. wobei die Materialstärke gegebenenfalls sogar verringert werden kann. Hierdurch können Kosten für ein Rotorblatt reduziert werden. [0035] According to embodiments of the present invention, rotor blades with thicker blade profiles, in particular at outer radial positions, can be provided. Furthermore, this is done in combination with moving, i.e. retractable ballasts. Greater stiffness can thus be made available through thicker profiles without increasing the material thickness or, where appropriate, the material thickness can even be reduced. This can reduce costs for a rotor blade.
[0036] Die aeroakustische Messung mit faseroptischen Sensoren erlaubt somit eine Kostenreduktion mittels vergrößerter Profildicke von Rotorblättem. Alternativ oder zusätzlich kann die Profiltiefe gemäß der oben beschriebenen Zusammenhänge nach Bedarf reduziert werden. Folglich können auch Lasten, die zu eine Abnutzung bzw. Schwächung oder Alterung führen, reduziert werden. Kosten für eine Windenergieanlage können somit weiter verringert werden. The aeroacoustic measurement with fiber optic sensors thus allows a cost reduction by means of increased profile thickness of rotor blades. Alternatively or additionally, the profile depth can be reduced as required in accordance with the relationships described above. As a result, loads that lead to wear or weakening or aging can also be reduced. Costs for a wind turbine can thus be reduced further.
[0037] Eine Detektion von Strömungsbedingungen, die zu einem Strömungsabriss führen, kann auch für Sollwerte von Betriebsparametem für eine Steuerung bzw. Regelung erfolgen. Aeroakustische Geräusche können lokal und/oder in Echtzeit bzw. quasi Echtzeit zur Verfügung gestellt werden. Zum Beispiel werden ein oder mehrerer Sollwerte für zumindest einen der Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Schnelllaufzahl und eines Pitchwinkel bestimmt. Die Windenergieanlage wird basierend auf des einen oder der mehreren Sollwerte gesteuert bzw. geregelt. Eine Echtzeitermittlung, von zum Beispiel einem Strömungsabriss, kann zum Beispiel eine Ermittlung mit einer Rate von 1 Hz oder schneller sein. Ein Messung des Schallpegels kann hierzu mit einer vielfach höheren Abtastrate erfolgen. Betriebsparameter wie Schnelllaufzahl und Pitchwinkel müssen folglich nicht unter einer Annahme von schwierigsten Bedingungen getroffen werden. Die Parameter bzw. deren Sollwerte können basierend auf der Messung angepasst werden, um so den Ertrag zu verbessern. Zum Beispiel können die Parameter für die jeweiligen Bedingungen des Rotorblatts und den atmosphärischen Bedingungen angepasst werden. [0037] Flow conditions which lead to a stall can also be detected for setpoints of operating parameters for a control or regulation. Aeroacoustic noises can be local and / or in real time or be made available in real time. For example, one or more setpoints for at least one of the parameters are selected from the group consisting of: a high-speed number and a pitch angle. The wind turbine is controlled or regulated based on the one or more setpoints. A real-time determination, for example of a stall, can be a determination at a rate of 1 Hz or faster, for example. For this purpose, the sound level can be measured at a much higher sampling rate. Operating parameters such as high-speed number and pitch angle therefore do not have to be taken under the most difficult conditions. The parameters or their target values can be adjusted based on the measurement in order to improve the yield. For example, the parameters can be adjusted for the respective conditions of the rotor blade and the atmospheric conditions.
[0038] Die Verwendung von faseroptischen Drucksensoren mit ihrer Messcharakteristik erlaubt es bewegliche VGs zu verwenden. Bislang wurden VGs an Windenergieanlagen starr angebracht, wobei der Ertrag für Bedingungen ohne Gefahr von Strömungsabriss beeinträchtigt wurde. Der Betriebspunkt von Rotorblättern wurde bislang so gewählt, um unter extremen Bedingungen einen Strömungsabriss zur vermeiden. Dies geschah durch Beeinträchtigung bzw. Abwägung des Ertrags für normale Betriebsbedingungen und/oder Zeiten, zu denen die Blattoberfläche sauberer ist bzw. die Strömung nicht gestört ist. The use of fiber-optic pressure sensors with their measurement characteristics allows movable ballasts to be used. VGs have so far been rigidly attached to wind turbines, whereby the yield for conditions without risk of stalling has been impaired. The operating point of rotor blades has so far been chosen in order to avoid stalling under extreme conditions. This was done by impairing or weighing the yield for normal operating conditions and / or times when the leaf surface is cleaner or the flow is not disturbed.
[0039] Durch die hier beschriebenen Mess- und Auswerteprinzipien kann der Gesamtertrag basierend auf einem oder mehreren der hier beschriebenen Mechanismen verbessert werden. [0039] The measurement and evaluation principles described here can improve the overall yield based on one or more of the mechanisms described here.
[0040] FIG. 3 zeigt schematisch einen faseroptischen Drucksensor 110 in einem Längsschnitt entlang einer Lichtleiterachse eines Lichtleiters 112, gemäß einer Ausführungsform. Ein faseroptischer Drucksensor kann zur Schallemissionsmessung zur Messung von Aeroakustischen Geräuschen verwendet werden. Faseroptische Drucksensoren sind bevorzugt für Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, Anordnungen zur Steuerung einer Windenergieanlage mit einem Rotor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, und Windenergieanlagen gemäß hier beschriebener Ausführungsformen. Die Möglichkeit einer Messung ohne metallische Leitungen und Komponenten ist insbesondere für die Reduzierung von Blitzschäden vorteilhaft. [0040] FIG. 3 schematically shows a fiber-optic pressure sensor 110 in a longitudinal section along an optical fiber axis of an optical fiber 112, according to an embodiment. A fiber optic pressure sensor can be used for sound emission measurement to measure aeroacoustic noise. Fiber-optic pressure sensors are preferred for methods for controlling a wind energy installation according to the embodiments described here, arrangements for controlling a wind energy installation with a rotor according to the embodiments described here, and wind energy installations according to the embodiments described here. The possibility Measurement without metallic lines and components is particularly advantageous for reducing lightning damage.
[0041] Wie in FIG. 3 gezeigt, erstreckt sich der Lichtleiter 112 unterhalb eines Sensorkörpers 300. In dem Sensorkörper 300 ist eine Kavität 302 ausgebildet, welche mit einer Sensormembran 303 abgedeckt ist. Der Sensorkörper 300 ist in seiner Gesamtheit mit einer Abdeckung 304 versehen, derart, dass eine einstellbare Gesamt-Sensordicke 305 erreicht wird. As shown in FIG. 3, the light guide 112 extends below a sensor body 300. A cavity 302 is formed in the sensor body 300, which cavity is covered with a sensor membrane 303. The sensor body 300 as a whole is provided with a cover 304 such that an adjustable overall sensor thickness 305 is achieved.
[0042] An einer longitudinalen Position unterhalb der Kavität 302 ist der äußere Schutzmantel des Lichtleiters 112 entfernt, so dass ein Lichtleitermantel 115 und/oder ein Lichtleiterkern 113 entlang der unteren Seite des Sensorkörpers 300 verlaufen. At a longitudinal position below the cavity 302, the outer protective jacket of the light guide 112 is removed, so that a light guide jacket 115 and / or a light guide core 113 run along the lower side of the sensor body 300.
[0043] An einem Ende oder in der Nähe des Endes des Lichtleiters 112 ist eine optische Umlenkeinheit 301 angebracht, welche dazu dient, aus dem Lichtleiter austretendes Licht um ungefähr 90° in Richtung auf den Sensorkörper 300, zum Beispiel um 60° bis 120°, und damit auf die Kavität 302 umzulenken. Das Ende des Lichtleiters 112 dient hierbei sowohl als Lichtaustrittsfläche zum Emittieren von Licht in Richtung zur optischen Umlenkeinheit 301 als auch als Lichteintrittsfläche zum Aufnehmen von Licht, welches aus der Kavität 302 zurück reflektiert wird. At one end or near the end of the light guide 112, an optical deflection unit 301 is attached, which serves to exit light from the light guide by approximately 90 ° in the direction of the sensor body 300, for example by 60 ° to 120 ° , and thus to redirect to the cavity 302. The end of the light guide 112 serves both as a light exit surface for emitting light in the direction of the optical deflection unit 301 and as a light entry surface for receiving light which is reflected back from the cavity 302.
[0044] Der beispielsweise als ein Substrat ausgebildete Sensorkörper 300 wird durchstrahlt, derart, dass Licht in die Kavität 302 eintreten und an der Sensormembran 303 reflektiert werden kann. Die Oberseite und die Unterseite der Kavität bilden somit einen optischen Resonator, wie beispielsweise einen Labry-Perot-Resonator. Das Spektrum des in die optische Laser zurückgeworfenen Lichts zeigt ein Interferenzspektrum, insbesondere Interferenzmaxima bzw. Interferenzminima, deren Lage von der Größe des optischen Resonators abhängt. Durch eine Analyse der Lage der Maxima bzw. Minima im reflektierten Spektrum kann eine Veränderung der Resonator- Größe bzw. eine druckabhängige Auslenkung der Sensormembran 303 detektiert werden. The sensor body 300, for example in the form of a substrate, is irradiated in such a way that light can enter the cavity 302 and be reflected on the sensor membrane 303. The top and bottom of the cavity thus form an optical resonator, such as a Labry-Perot resonator. The spectrum of the light reflected back into the optical laser shows an interference spectrum, in particular interference maxima or interference minima, the position of which depends on the size of the optical resonator. By analyzing the position of the maxima or minima in the reflected spectrum, a change in the resonator size or a pressure-dependent deflection of the sensor membrane 303 can be detected.
[0045] Um einen faseroptischen Drucksensor, wie er zum Beispiel in LIG. 3 dargestellt ist, zur Verfügung zu stellen, ist es von Vorteil, wenn der faseroptische Drucksensor in einem Querschnitt senkrecht zum Lichtleiter 112 in LIG. 3 eine geringe Abmessung 305 aufweist. Zum Beispiel kann eine maximale Abmessung 305 in einem Querschnitt senkrecht zur Achse des Lichtleiter 112 10 mm oder weniger betragen, und kann insbesondere 5 mm oder weniger betragen. Durch die Ausgestaltung, wie sie in Bezug auf FIG. 3 dargestellt ist, kann eine solche Dimensionierung einfach realisiert werden. To a fiber optic pressure sensor, such as in LIG. 3, it is advantageous if the fiber optic pressure sensor has a cross section perpendicular to the light guide 112 in LIG. 3 a low one Dimension 305 has. For example, a maximum dimension 305 in a cross section perpendicular to the axis of the light guide 112 may be 10 mm or less, and may in particular be 5 mm or less. Due to the design, as it relates to FIG. 3, such dimensioning can be easily implemented.
[0046] Zur Durchführung einer Druckmessung wird die Sensormembran 303 dem zu erfassenden Druck ausgesetzt. Abhängig vom anliegenden Druck wölbt sich die Membran, wodurch die Querschnittsabmessungen der Kavität 302 und damit des optischen Resonators kleiner werden. Durch die Druckmessung kann Schallemission, wie Sie zum Beispiel durch einen Strömungsabriss entsteht, mit dem Drucksensor gemessen werden. To carry out a pressure measurement, the sensor membrane 303 is exposed to the pressure to be detected. Depending on the pressure present, the membrane bulges, as a result of which the cross-sectional dimensions of the cavity 302 and thus of the optical resonator become smaller. The pressure measurement can be used to measure sound emissions, such as those caused by a stall, with the pressure sensor.
[0047] Gemäß einer Ausführungsform, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann der Sensor zur Messung von Luftschall verwendet werden. Der Sensor zur Messung von Luftschall kann z.B. an der Hinterkante eines Rotorblatts, angebracht werden. According to an embodiment that can be combined with other embodiments, the sensor can be used to measure airborne sound. The sensor for measuring airborne noise can e.g. on the rear edge of a rotor blade.
[0048] Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen der faseroptische Drucksensor 110 und/oder das Ende des Lichtleiters 112 mindestens eine optische Strahlformungskomponente auf, beispielsweise am Ende des Lichtleiterkerns 113, um den aus dem Lichtleiterkern 113 austretenden Lichtstrahl zu formen, beispielsweise um denselben aufzuweiten. Die optische Strahlformungskomponente weist mindestens eines der folgenden auf: eine Gradientenindex-Linse (GRIN-Linse), einen Mikrospiegel, ein Prisma, eine Kugellinse, und jedwede Kombination davon. According to a further embodiment, the fiber optic pressure sensor 110 and / or the end of the light guide 112 have at least one optical beam shaping component, for example at the end of the light guide core 113, in order to shape the light beam emerging from the light guide core 113, for example in order to expand it. The optical beam shaping component has at least one of the following: a gradient index lens (GRIN lens), a micromirror, a prism, a spherical lens, and any combination thereof.
[0049] Gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden kann, kann die Umlenkeinheit 301 mit einem der folgenden integral ausgebildet sein: einer Gradientenindex-Linse (GRIN- Linse), einem Mikrospiegel, einem Prisma, einer Kugellinse, und jedweder Kombination davon. According to a further embodiment, which can be combined with other embodiments described herein, the deflection unit 301 can be integrally formed with one of the following: a gradient index lens (GRIN lens), a micromirror, a prism, a spherical lens, and any combination of these.
[0050] Auf diese Weise wird ein faseroptischer Drucksensor 110 erhalten, welcher aufweist: einen Lichtleiter 112 mit einem Ende, eine mit dem Ende des Lichtleiters 112 verbundene optische Umlenkeinheit 301 und den Sensorkörper 300, an welchem mittels der Sensormembran 303 ein optischer Resonator 302 ausgebildet ist, wobei der Lichtleiter 112 und/oder die Umlenkeinheit 301 an dem Sensorkörper 300 mittels eines aushärtbaren Klebers oder einer Lötverbindung angebracht sind. Gemäß einer Ausführungsform kann der aushärtbare Kleber als ein mittels UV-Licht aushärtbarer Kleber bereitgestellt sein. In this way, a fiber optic pressure sensor 110 is obtained, which has: an optical fiber 112 with one end, one with the end of the optical fiber 112 connected optical deflection unit 301 and the sensor body 300, on which an optical resonator 302 is formed by means of the sensor membrane 303, the light guide 112 and / or the deflection unit 301 being attached to the sensor body 300 by means of a hardenable adhesive or a soldered connection. According to one embodiment, the curable adhesive can be provided as an adhesive curable by means of UV light.
[0051] Gemäß Ausführungsformen, welche mit anderen hierin beschriebenen[0051] According to embodiments described with others herein
Ausführungsformen kombinierbar sind, kann der optische Resonator 302 als ein Fabry- Perot-Interferometer ausgebildet sein, das eine Kavität mit der mindestens einen Sensormembran 303 bildet. Auf diese Weise kann eine hohe Auflösung bei der Erfassung einer druckabhängigen Auslenkung der Sensormembran 303 erreicht werden. Embodiments can be combined, the optical resonator 302 can be designed as a Fabry-Perot interferometer, which forms a cavity with the at least one sensor membrane 303. In this way, a high resolution can be achieved when detecting a pressure-dependent deflection of the sensor membrane 303.
[0052] Gemäß Ausführungsformen, welche mit anderen hierin beschriebenenAccording to embodiments described with others herein
Ausführungsformen kombinierbar sind, kann der optische Resonator 302 eine Kavität bilden, welche luftdicht zur Umgebung abgeschlossen ist und einen vorbestimmten Innendruck aufweist. Auf diese Weise wird die Möglichkeit bereitgestellt, eine auf den Innendruck bezogene Referenzmessung auszuführen. Für die Messung eines Schalldruckpegels ist die Membran ausgestaltet um bei einem entsprechenden Schalldruck eine Bewegung, insbesondere eine oszillierende Bewegung auszuführen, die über den optischen Resonator in ein optisches Signal übertragen wird. Embodiments can be combined, the optical resonator 302 can form a cavity which is sealed airtight to the surroundings and has a predetermined internal pressure. In this way, the possibility is provided to carry out a reference measurement related to the internal pressure. For the measurement of a sound pressure level, the membrane is designed to carry out a movement, in particular an oscillating movement, at a corresponding sound pressure, which movement is transmitted into an optical signal via the optical resonator.
[0053] Gemäß weiteren Ausführungsformen, welche mit hierin beschriebenen[0053] According to further embodiments described with herein
Ausführungsformen kombinierbar sind, kann der optische Resonator 302 eine Kavität bilden, welche luftdicht zur Umgebung abgeschlossen ist und evakuiert ist. Embodiments can be combined, the optical resonator 302 can form a cavity which is sealed airtight to the surroundings and is evacuated.
[0054] Mit einem derartigen faseroptischen Drucksensor 110 ist es möglich, eine optische Druckmessung mittels des Erfassen eines aus dem optischen Resonators ausgegebenen optischen Interferenzspektrums, und Auswerten des Interferenzspektrums zur Bestimmung des zu messenden Drucks. Bei einem Aus werten kann die Phasenlage des Interferenz Spektrums ausgewertet werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein sinusförmiges Interferenz Spektrum über ein Kantenfilter zur Auswertung herangezogen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden kann, kann das Spektrum derart gewählt werden, dass einige Perioden des Interferenzspektrums von der Lichtquelle abgedeckt werden. Mit anderen Worten ist es in typischer Weise möglich, eine Interferenzperiode von 20 nm bereitzustellen, während die Lichtquellenbreite 50 nm beträgt. Aufgrund der spektralen Auswertung kann die Kohärenzlänge der einfallenden Strahlung hier gegebenenfalls nicht berücksichtigt werden. With such a fiber-optic pressure sensor 110, it is possible to carry out an optical pressure measurement by detecting an optical interference spectrum output from the optical resonator and evaluating the interference spectrum in order to determine the pressure to be measured will. For this purpose, for example, a sinusoidal interference spectrum is used for evaluation via an edge filter. According to an exemplary embodiment, which can be combined with other exemplary embodiments described herein, the spectrum can be selected such that some periods of the interference spectrum are covered by the light source will. In other words, it is typically possible to provide an interference period of 20 nm while the light source width is 50 nm. Due to the spectral evaluation, the coherence length of the incident radiation may not be taken into account here.
[0055] Faseroptische Drucksensoren erlauben es aeroakustische Geräusche der Windenergieanlage in einem breiten Frequenzbereich zu erfassen. Die aeroakustischen Geräusche können in analysiert werden. Es können Kategorien des Geräuschs ermittelt werden. Zum Beispiel kann das Geräusch der Hinterkante eines Rotorblatts, einem Strömungsabriss, und/oder einem Eingangsturbulenzgeräusch zugeordnet werden. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen kann aus dem aeroakustischen Geräusch zumindest eine Charakteristik für einen Strömungsabriss ermittelt werden. Es kann Anhand des Gesamtgeräuschs ermittelt werden, ob ein Strömungsabriss vorliegt bzw. droht vorzuliegen. [0055] Fiber-optic pressure sensors allow aeroacoustic noises from the wind energy installation to be recorded in a wide frequency range. The aeroacoustic noises can be analyzed in. Categories of noise can be determined. For example, the noise can be associated with the trailing edge of a rotor blade, a stall, and / or an input turbulence noise. According to the embodiments described here, at least one characteristic for a stall can be determined from the aeroacoustic noise. The overall noise can be used to determine whether a stall has occurred or is in danger of occurring.
[0056] Die unterschiedlichen aerodynamischen Geräusche haben individuelle Frequenzbereich und Charakteristiken. Das Geräusche eines Strömungsabrisses ist ein halbtonales, breitbandiges Geräusch, mit Spitzen bei mittleren und niedrigen Frequenzen. Zum Beispiel können Schallpegelspitzen im Bereich von 30 Hz bis 5 kHz, insbesondere von 50 Hz bis 500 Hz auftreten. Durch diese Charakterisierung kann das Geräusch eines Strömungsabrisses detektiert werden. Es wird ermittelt, dass ein Strömungsabriss auftritt bzw. beginnt aufzutreten. [0056] The different aerodynamic noises have individual frequency ranges and characteristics. The noise of a stall is a semitone, broadband noise, with peaks at medium and low frequencies. For example, sound level peaks in the range from 30 Hz to 5 kHz, in particular from 50 Hz to 500 Hz, can occur. The characterization of the stall can be detected by this characterization. It is determined that a stall occurs or begins to occur.
[0057] Gemäß hier beschriebener Ausführungsformen kann bei der Detektion ein Signal ausgegeben werden, zum Beispiel durch die Auswerteeinheit 250 in FIG. 1. VGs, die für den Betrieb ohne Strömungsabriss innerhalb eines Rotorblatts, zum Beispiel plan oder oberflächenbündig mit der Oberfläche eines Rotorblatts angeordnet sind, können ausgefahren werden. Hierdurch werden Lasten an den äußeren Rotorblattbereichen reduziert, was den Strömungsabriss verhindert. Der Strömungsabriss hat eine halbtonale Charakteristik für das menschliche Ohr. [0057] According to the embodiments described here, a signal can be output during the detection, for example by the evaluation unit 250 in FIG. 1. VGs that are arranged for operation without stall within a rotor blade, for example flat or flush with the surface of a rotor blade, can be extended. This reduces loads on the outer rotor blade areas, which prevents the stall. The stall has a semitone characteristic for the human ear.
[0058] In FIG. 1 sind Drucksensoren 120 und VGs 150 in Bereichen 125 angeordnet. Die Bereiche können zum Beispiel einzeln ausgewertet und/oder die VGs können einzeln angesteuert werden, zum Beispiel für zwei oder mehr Bereiche entlang der Längsachse des Rotorblatts. Somit kann eine Strömungsabriss in Bereiche unterteilt verhindert werden. Wird zum Beispiel in einem äußeren Bereich durch Drucksensoren in einem äußeren Bereich ein Strömungsabriss detektiert, können VGs in diesem Bereich bewegt bzw. aktiviert werden. Die volle Leistungsfähigkeit in einem inneren Bereich wird beibehalten. Durch die Steuerung bzw. Regelung kann der Gesamtertrag der Windenergieanlage verbessert werden. Im Falle einer Analyse des aerodynamischen Geräusches, die keinen Strömungsabriss ergibt, können VGs eingefahren werden. Ein unnötiger Luftwiderstand wird verhindert. In FIG. 1, pressure sensors 120 and VGs 150 are arranged in areas 125. The areas can, for example, be evaluated individually and / or the VGs can be controlled individually, for example for two or more areas along the longitudinal axis of the rotor blade. This prevents a stall in areas. If, for example, a stall is detected in an outer area by pressure sensors in an outer area, ballasts can be moved or activated in this area. The full performance in an inner area is maintained. The overall yield of the wind energy installation can be improved by the control or regulation. In the case of an analysis of the aerodynamic noise that does not result in a stall, VGs can be retracted. An unnecessary air resistance is prevented.
[0059] Wie oben bereits beschrieben, kann die Detektion eines Strömungsabrisses basierend auf der Charakteristik des aeroakustischen Geräusches auch für Sollwerte anderen Betriebsparameter für eine Steuerung bzw. Regelung verwendet werden. Die Betriebsparameter können zum Beispiel eine Schnelllaufzahl (TSR) und/oder ein Rotorblatt-Pitchwinkel sein. Somit können auch durch die Sollwerte der Betriebsparameter eine Strömungsabriss verhindert werden. As already described above, the detection of a stall based on the characteristic of the aeroacoustic noise can also be used for setpoints of other operating parameters for a control or regulation. The operating parameters can be, for example, a high-speed index (TSR) and / or a rotor blade pitch angle. A flow stall can thus also be prevented by the setpoints of the operating parameters.
[0060] FIG. 4A zeigt schematisch einen faseroptischen Drucksensor oder Drucksensor 910 mit einem optischen Resonator 930. Das Prinzip eines faseroptischen Drucksensors 910 beruht auf einer ähnlichen Wirkung wie jener des faseroptischen Drucksensors, d.h. eine Auslenkung einer Membran ändert die Länge eines Resonators. Gemäß einigen Ausführungsformen von Druck- und/oder Drucksensoren, wie in FIG. 4A exemplarisch anhand eines Drucksensors mit einer Masse 922 dargestellt, kann der optische Resonator 930 auch in einem Bereich zwischen der Austrittsfläche des Lichtleiters 112 und einer Reflexionsfläche einer Membran 914 gebildet werden. Um die Auslenkung der Membran 914 bei einer vorgegebenen Beschleunigung zu verstärken, kann gemäß manchen Ausführungsformen, welche mit hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind, auf der Membran eine Zusatzmasse 922 angebracht sein. [0060] FIG. 4A schematically shows a fiber optic pressure sensor or pressure sensor 910 with an optical resonator 930. The principle of a fiber optic pressure sensor 910 is based on an effect similar to that of the fiber optic pressure sensor, i.e. deflection of a membrane changes the length of a resonator. According to some embodiments of pressure and / or pressure sensors, as shown in FIG. 4A, illustrated by way of example using a pressure sensor with a mass 922, the optical resonator 930 can also be formed in a region between the exit surface of the light guide 112 and a reflection surface of a membrane 914. In order to increase the deflection of the membrane 914 at a predetermined acceleration, an additional mass 922 can be attached to the membrane in accordance with some embodiments that can be combined with embodiments described herein.
[0061] Gemäß Ausführungsformen, welche mit anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind, kann der faseroptische Sensor 910 zum Messen von Schall und/oder einer Beschleunigung in einer Richtung ungefähr senkrecht zur Oberfläche des optischen Resonators herangezogen werden. Hierbei kann der faseroptische Sensor 910 als ein Drucksensor wie folgt zur Verfügung gestellt werden. Der faseroptische Sensor 910 beinhaltet einen Lichtleiter 112 bzw. eine optische Faser mit einer Lichtaustrittsfläche. Ferner beinhaltet der faseroptische Sensor 910 eine Membran 914 und eine mit der Membran 303 in Verbindung stehende Masse 922. Hierbei kann die Masse 922 entweder zusätzlich zur Masse der Membran zur Verfügung gestellt werden oder die Membran kann mit einer geeigneten ausreichend großen Masse ausgestaltet sein. Der so bereitgestellte faseroptische Drucksensor 910 beinhaltet einen optischen Resonator 930, der zwischen der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters 112 und der Membran 914 entlang einer Erstreckung 901, 903 ausgebildet ist. Zum Beispiel kann der Resonator ein Fabry-Perot-Resonator sein. According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the fiber optic sensor 910 can be used to measure sound and / or acceleration in a direction approximately perpendicular to the surface of the optical resonator. Here, the fiber optic sensor 910 can be provided as a pressure sensor as follows. The fiber optic sensor 910 contains a light guide 112 or an optical fiber with a light exit surface. Furthermore, the fiber-optic sensor 910 includes a membrane 914 and a mass 922 connected to the membrane 303. In this case, the mass 922 can either be provided in addition to the mass of the membrane or the membrane can be designed with a suitable, sufficiently large mass. The fiber-optic pressure sensor 910 thus provided contains an optical resonator 930, which is formed between the light exit surface of the light guide 112 and the membrane 914 along an extension 901, 903. For example, the resonator can be a Fabry-Perot resonator.
[0062] Ferner beinhaltet der faseroptische Drucksensor 910 eine optische Umlenkeinheit 916, die im Strahlengang zwischen der Fichtaustrittsfläche und der Membran 914 zur Verfügung gestellt ist, wobei die optische Umlenkeinheit 916 als ein Prisma oder ein Spiegel in einem Winkel von 30° bis 60° relativ zu einer optischen Achse des Fichtleiter bzw. der optischen Faser angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann der Spiegel in einem Winkel von 45° ausgebildet sein. Das primäre optische Signal wird wie durch den Pfeil 901 angedeutet durch den Spiegel 916 umgelenkt und auf die Membran 914 gerichtet. An der Membran 914 findet eine Reflexion des primären optischen Signals statt. Das reflektierte Ficht wird wie durch den Pfeil 903 dargestellt zurück in die optische Faser bzw. den Fichtleiter 112 gekoppelt. Somit wird zwischen der Fichtaustrittsfläche für den Austritt des primären optischen Signals und der Membran 914 der optische Resonator 930 ausgebildet. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Allgemeinen die Fichtaustrittsfläche des primären optischen Signals gleich der Fichteintrittsfläche für das reflektierte sekundäre Signal ist. Der optische Resonator 930 kann somit als Fabry-Perot- Resonator ausgebildet sein. Furthermore, the fiber-optic pressure sensor 910 includes an optical deflection unit 916, which is provided in the beam path between the leveling surface and the membrane 914, the optical deflection unit 916 as a prism or a mirror at an angle of 30 ° to 60 ° relative can be arranged to an optical axis of the fiber or the optical fiber. For example, the mirror can be formed at an angle of 45 °. As indicated by arrow 901, the primary optical signal is deflected by mirror 916 and directed onto membrane 914. A reflection of the primary optical signal takes place at the membrane 914. The reflected spruce is coupled back into the optical fiber or the spruce conductor 112 as shown by the arrow 903. The optical resonator 930 is thus formed between the layer exit surface for the exit of the primary optical signal and the membrane 914. It must be taken into account here that in general the spruce exit surface of the primary optical signal is equal to the spruce entry surface for the reflected secondary signal. The optical resonator 930 can thus be designed as a Fabry-Perot resonator.
[0063] Die in den FIGS. 4A und 4B dargestellten Komponenten eines extrinsischen faseroptischen Drucksensors 910 können gemäß beispielhaften Ausführungsformen aus folgenden Materialien bestehen. Der Fichtleiter 112 kann zum Beispiel eine Glasfaser, eine optische Faser oder ein Fichtwellenleiter sein, wobei Materialien wie optische Polymere, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Quarzglas, Ethylen- Tetrafluorethylen verwendet werden können, die gegebenenfalls dotiert sind. Das Substrat 912 bzw. der darin ausgestaltete Spiegel 916 kann zum Beispiel aus Silizium bestehen. Die Membran kann aus einem Kunststoff oder einem Halbleiter zur Verfügung gestellt werden, der geeignet ist, als dünne Membran ausgebildet zu werden. The in the FIGS. Components of an extrinsic fiber optic pressure sensor 910 shown in FIGS. 4A and 4B may be made of the following materials, in accordance with exemplary embodiments. The fiber conductor 112 can be, for example, a glass fiber, an optical fiber or a fiber waveguide, wherein materials such as optical polymers, polymethyl methacrylate, polycarbonate, quartz glass, ethylene tetrafluoroethylene, which are optionally doped, can be used. The substrate 912 or the mirror 916 configured therein can be made of silicon, for example. The membrane can be provided from a plastic or a semiconductor, which is suitable to be formed as a thin membrane.
[0064] Insbesondere bei einer Verringerung bzw. einem Entfallen der Masse 922 kann die Membran 914 sowohl zur Messung eines statischen Drucks verwendet werden als auch zur Messung eines Schalldruckpegels. Für die Messung eines statischen Drucks ist der Bereich des optischen Resonators 930 vom Umgebungsdruck getrennt, so dass bei einer Änderung des Umgebungsdrucks eine Bewegung der Membran stattfindet. Für die Messung eines Schalldruckpegels ist die Membran derart ausgelegt, um bei einem entsprechenden Schalldruck eine Bewegung, insbesondere eine oszillierende Bewegung auszuführen, die über den optischen Resonator 930 in ein optisches Signal übertragen wird. In particular when the mass 922 is reduced or eliminated, the membrane 914 can be used both for measuring a static pressure and for measuring a sound pressure level. For the measurement of a static pressure, the area of the optical resonator 930 is separated from the ambient pressure, so that the membrane moves when the ambient pressure changes. For the measurement of a sound pressure level, the membrane is designed to perform a movement, in particular an oscillating movement, at a corresponding sound pressure, which movement is transmitted via the optical resonator 930 into an optical signal.
[0065] FIG. 5 zeigt ein typisches Messsystem zur faseroptischen Druckmessung gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen. Das System enthält einen oder mehrere Drucksensoren 110. Das System weist eine Quelle 602 für elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel eine Primärlichtquelle, auf. Die Quelle 602 dient zur Bereitstellung von optischer Strahlung, mit welcher mindestens ein faseroptischer Drucksensor 110 bestrahlt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine optische Übertragungsfaser bzw. ein Fichtleiter 603 zwischen der Primärlichtquelle 602 und einem ersten Faserkoppler 604 bereitgestellt. Der Faserkoppler 604 koppelt das Primärlicht in die optische Faser bzw. den Fichtleiter 112 ein. Die Quelle 602 kann zum Beispiel eine Breitbandlichtquelle, einen Faser, eine FED (light emitting diode), eine SED (Superlumineszenzdiode), eine ASE-Fichtquelle (Amplified Spontaneous Emission- Fichtquelle) oder ein SOA (Semiconductor Optical Amplifier) sein. Es können für hier beschriebene Ausführungsformen auch mehrere Quellen gleichen oder unterschiedlichen Typs (s.o.) verwendet werden. [0065] FIG. 5 shows a typical measurement system for fiber optic pressure measurement according to the embodiments described herein. The system includes one or more pressure sensors 110. The system has a source 602 for electromagnetic radiation, for example a primary light source. The source 602 serves to provide optical radiation with which at least one fiber-optic pressure sensor 110 can be irradiated. For this purpose, an optical transmission fiber or a fiber 603 is provided between the primary light source 602 and a first fiber coupler 604. The fiber coupler 604 couples the primary light into the optical fiber or the fiber conductor 112. The source 602 can be, for example, a broadband light source, a fiber, an FED (light emitting diode), an SED (superluminescent diode), an ASE spruce source (Amplified Spontaneous Emission spruce source) or an SOA (Semiconductor Optical Amplifier). Several sources of the same or different types (see above) can also be used for the embodiments described here.
[0066] Das Sensorelement, wie zum Beispiel ein optischer Resonator 302, ist an die Sensorfaser 112 optisch angekoppelt. Das von den faseroptischen Drucksensoren 110 zurückgeworfene Ficht wird wiederum über den Faserkoppler 604 geleitet, welcher das Ficht über die Übertragungsfaser 605 in einen Strahlteiler 606 leitet. Der Strahlteiler 606 teilt das zurückgeworfene Ficht auf zur Detektion mittels eines ersten Detektors 607 und eines zweiten Detektors 608. Hierbei wird das auf dem zweiten Detektor 608 detektierte Signal zunächst mit einer optischen Filtereinrichtung 609 gefiltert. Durch die Filtereinrichtung 609 kann eine Position eines aus dem optischen Resonator 302 ausgegebenen Interferenzmaximums oder -minimums bzw. eine Wellenlängenänderung durch den optischen Resonator detektiert werden. The sensor element, such as an optical resonator 302, is optically coupled to the sensor fiber 112. The spruce thrown back by the fiber-optic pressure sensors 110 is in turn passed through the fiber coupler 604, which directs the spruce into a beam splitter 606 via the transmission fiber 605. The beam splitter 606 splits the thrown-back spruce for detection by means of a first detector 607 and a second detector 608. Here, that which is detected on the second detector 608 is detected The signal is first filtered using an optical filter device 609. The filter device 609 can detect a position of an interference maximum or minimum output from the optical resonator 302 or a change in wavelength by the optical resonator.
[0067] Im Allgemeinen kann ein Messsystem, wie es in Figur 5 dargestellt ist, ohne den Strahlteiler 606 bzw. den Detektor 607 zur Verfügung gestellt sein. Der Detektor 607 ermöglicht jedoch eine Normierung des Messsignals des Drucksensors in Bezug auf anderweitige Intensitätsfluktuationen, wie zum Beispiel Schwankungen der Intensität der Quelle 602, Schwankungen durch Reflexionen an Schnittstellen zwischen einzelnen Lichtleitern, Schwankungen durch Reflexionen an Schnittstellen zwischen dem Lichtleiter 112 und der Umlenkeinheit 301, Schwankungen durch Reflexionen an Schnittstellen zwischen der Umlenkeinheit 301 und dem optischen Resonator 302 oder andere Intensitätsschwankungen. Diese Normierung verbessert die Messgenauigkeit und reduziert beim Betrieb des Messsystems eine Abhängigkeit von der Länge der zwischen der Auswerteeinheit 150 und dem faseroptischen Drucksensor 110 zur Verfügung gestellten Lichtleiter 112. In general, a measuring system, as shown in FIG. 5, can be provided without the beam splitter 606 or the detector 607. However, the detector 607 enables the measurement signal of the pressure sensor to be normalized with respect to other intensity fluctuations, such as, for example, fluctuations in the intensity of the source 602, fluctuations due to reflections at interfaces between individual light guides, fluctuations due to reflections at interfaces between the light guide 112 and the deflection unit 301, Fluctuations due to reflections at interfaces between the deflection unit 301 and the optical resonator 302 or other intensity fluctuations. This standardization improves the measuring accuracy and reduces a dependence on the length of the light guides 112 provided between the evaluation unit 150 and the fiber-optic pressure sensor 110 during operation of the measuring system.
[0068] Die optische Filtereinrichtung 609 bzw. zusätzliche optische Filtereinrichtungen zur Filterung des Interferenz Spektrums bzw. zur Detektion von Interferenzmaxima und -minima können einen optischen Filter beinhalten, der gewählt ist aus der Gruppe, welche besteht aus einem Kantenfilter, einem Dünnschichtfilter, einem Faser-Bragg-Gitter, einem LPG, einem Arrayed-Waveguide-Grating (AWG), einem Echelle-Gitter, einer Gitteranordnung, einem Prisma, einem Interferometer, und jedweder Kombination davon. The optical filter device 609 or additional optical filter devices for filtering the interference spectrum or for detecting interference maxima and minima can include an optical filter which is selected from the group consisting of an edge filter, a thin-film filter, a fiber -Bragg grating, an LPG, an arrayed waveguide grating (AWG), an Echelle grating, a grating arrangement, a prism, an interferometer, and any combination thereof.
[0069] FIG. 6 zeigt eine Auswerteeinheit 150, wobei ein Signal eines faseroptischen Drucksensors 110 über einen Lichtleiter 112 zur Auswerteeinheit 150 geführt wird. In FIG. 6 ist weiterhin eine Lichtquelle 602 dargestellt, die optional in der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden kann. Die Lichtquelle 602 kann aber auch unabhängig bzw. außerhalb von der Auswerteeinheit 150 zur Verfügung gestellt sein. Das optische Signal des faseroptischen Drucksensors 110, d.h. das optische Interferenzsignal, welches Interferenzmaxima und Interferenzminima aufweisen kann, wird mit einem Detektor, d.h. mit einem opto-elektrischen Wandler 702 in ein elektrisches Signal gewandelt. Das elektrische Signal wird mit einem analogen Anti-Aliasing-Filter 703 gefiltert. Im Anschluss an die analoge Filterung mit dem analogen Anti-Aliasing-Filter bzw. Tiefpassfilter 703 wird das Signal durch einen Analog-Digital -Wandler 704 digitalisiert. [0069] FIG. 6 shows an evaluation unit 150, wherein a signal from a fiber-optic pressure sensor 110 is led to the evaluation unit 150 via a light guide 112. In FIG. 6 also shows a light source 602, which can optionally be made available in the evaluation unit. However, the light source 602 can also be provided independently or outside of the evaluation unit 150. The optical signal of the fiber-optic pressure sensor 110, ie the optical interference signal, which may have interference maxima and interference minima, is converted into an electrical signal with a detector, ie with an opto-electrical converter 702. The electrical signal is filtered with an analog anti-aliasing filter 703. Following the analog filtering with the analog anti-aliasing filter or low-pass filter 703, the signal is digitized by an analog-digital converter 704.
[0070] Gemäß einigen hier beschriebenen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann die Auswerteeinheit 150 derart ausgelegt sein, dass diese das Interferenzsignal nicht nur hinsichtlich der Lage von Interferenzmaxima und Tn terferen zm i n i m a analysiert, sondern dass ferner eine Bestimmung der Phasenlage des Interferenzsignals erfolgt. FIG. 6 zeigt ferner eine digitale Auswerteeinheit 706, die zum Beispiel eine CPU, Speicher und andere Elemente zur digitalen Datenverarbeitung beinhalten kann. According to some embodiments described here, which can be combined with other embodiments, the evaluation unit 150 can be designed such that it not only analyzes the interference signal with regard to the position of interference maxima and Tn terferen zm inima, but also that the phase position is determined of the interference signal. FIG. 6 also shows a digital evaluation unit 706, which may include, for example, a CPU, memory and other elements for digital data processing.
[0071] Wie in Bezug auf FIG. 6 erläutert, kann ein Verfahren zur Druckerfassung mittels eines faseroptischen Drucksensors verbessert werden. Zum Beispiel ist eine Aus werteeinheit 150 zur Verfügung gestellt. Die Auswerteeinheit 150 kann einen Wandler zum Wandeln des optischen Signals in ein elektrisches Signal beinhalten. Zum Beispiel kann eine Fotodiode, ein Photomultiplier (PM) oder ein anderer opto elektronischer Detektor als Wandler verwendet werden. Die Auswerteeinheit 150 beinhaltet ferner einen Anti-Aliasing-Filter 703, der zum Beispiel mit dem Ausgang des Wandlers bzw. des opto-elektronischen Detektors verbunden ist. Die Auswerteeinheit 150 kann ferner einen Analog-digital-Wandler 704 beinhalten, der mit dem Ausgang des Anti- Aliasing-Filters 703 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 150 kann darüber hinaus eine digitale Aus werteeinheit 706 beinhalten, die zur Auswertung der digitalisierten Signale eingerichtet ist. As with reference to FIG. 6, a method for pressure detection using a fiber-optic pressure sensor can be improved. For example, an evaluation unit 150 is provided. The evaluation unit 150 can include a converter for converting the optical signal into an electrical signal. For example, a photodiode, a photomultiplier (PM) or another optoelectronic detector can be used as a converter. The evaluation unit 150 also includes an anti-aliasing filter 703, which is connected, for example, to the output of the converter or the optoelectronic detector. The evaluation unit 150 can further include an analog-digital converter 704, which is connected to the output of the anti-aliasing filter 703. The evaluation unit 150 can also include a digital evaluation unit 706, which is set up to evaluate the digitized signals.
[0072] Gemäß noch weiteren Ausführungsformen, die mit hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, kann eine Temperaturkompensation in dem faseroptischen Drucksensor 110 derart bereitgestellt werden, dass für den Sensorkörper 300 und/oder die Sensormembran 303 und/oder die Abdeckung 304 Materialien mit einem sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden. According to still further embodiments, which can be combined with the embodiments described here, temperature compensation can be provided in the fiber optic pressure sensor 110 in such a way that materials with a very high density are used for the sensor body 300 and / or the sensor membrane 303 and / or the cover 304 low thermal expansion coefficient can be used.
[0073] Gemäß Ausführungsformen kann der Lichtleiter 112 zum Beispiel eine Glasfaser, eine optische Faser oder ein Polymerleiter sein, wobei Materialien wie optische Polymere, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Quarzglas, Ethylen-Tetrafluorethylen verwendet werden können, die gegebenenfalls dotiert sind. Insbesondere kann die optische Faser als Singlemode-Faser, zum Beispiel eine SMF-28 Faser ausgebildet sein. Hierbei bezeichnet der Ausdruck“SMF-Faser” einen speziellen Typ einer Standard- Singlemode-Faser. [0073] According to embodiments, the light guide 112 can be, for example, a glass fiber, an optical fiber or a polymer guide, wherein materials such as optical Polymers, polymethyl methacrylate, polycarbonate, quartz glass, ethylene tetrafluoroethylene can be used, which are optionally doped. In particular, the optical fiber can be designed as a single-mode fiber, for example an SMF-28 fiber. The term “SMF fiber” here denotes a special type of standard single-mode fiber.
[0074] Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das direkt in einen Speicher, zum Beispiel einen digitalen Speicher einer digitalen Rechenvorrichtung geladen werden kann. Eine Rechenvorrichtung kann neben eines oder mehrerer Speicher, eine CPU, Signaleingänge und Signalausgänge, sowie weitere für eine Rechenvorrichtung typische Elemente enthalten. Eine Rechenvorrichtung kann Teil einer Auswerteeinheit sein, oder die Auswerteeinheit kann Teil einer Rechenvorrichtung sein. Ein Computerprogramprodukt kann Softwarecodeabschnitte umfassen, mit denen die Schritte der Verfahren der hier beschriebenen Ausführungsformen zumindest teilweise ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. Dabei können jegliche Ausführungsformen des Verfahrens durch einFurthermore, a computer program product is proposed that can be loaded directly into a memory, for example a digital memory of a digital computing device. In addition to one or more memories, a computing device can contain a CPU, signal inputs and signal outputs, and further elements typical of a computing device. A computing device can be part of an evaluation unit, or the evaluation unit can be part of a computing device. A computer program product can comprise software code sections with which the steps of the methods of the embodiments described here are at least partially carried out when the computer program product runs on the computing device. Any embodiment of the method can be done by a
Computerprogrammprodukt ausgeführt werden. Computer program product to be run.
[0075] 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 with reference to typical exemplary embodiments, it is not restricted to these but can be modified in a variety of ways. The invention is also not limited to the application possibilities mentioned.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage, umfassend: 1. A method for controlling a wind turbine, comprising:
Messen einer Schallemission mittels zumindest eines am Rotorblatt angebrachten Drucksensors; Measuring a sound emission by means of at least one pressure sensor attached to the rotor blade;
Erkennen eines charakteristischen aeroakustischen Geräuschs für zumindest einen Strömungsabriss basierend auf der Schallemission; und Recognizing a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall based on the noise emission; and
Steuern oder Regeln von einer oder mehrerer Komponenten der Windenergieanlage basierend auf dem Erkennen des charakteristischen aeroakustischen Geräuschs des Strömungsabrisses. Controlling or regulating one or more components of the wind turbine based on the detection of the characteristic aeroacoustic noise of the stall.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die eine oder mehrere Komponenten ein veränderlicher oder beweglicher Vortexgenerator ist. 2. The method of claim 1, wherein the one or more components is a variable or movable vortex generator.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Vortexgenerator zwischen einem aktiven und einem passiven Zustand bewegt oder verändert werden kann. 3. The method according to claim 2, wherein the vortex generator can be moved or changed between an active and a passive state.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere Drucksensoren am 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of pressure sensors on
Rotorblatt, insbesondere entlang einer Längsachse des Rotorblatts, zur Verfügung gestellt sind.  Rotor blade, in particular along a longitudinal axis of the rotor blade, are provided.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei mehrere Vortextgeneratoren entlang einer Längsachse des Rotorblatts zur Verfügung gestellt sind. 5. The method according to any one of claims 2 to 3, wherein a plurality of vortext generators are provided along a longitudinal axis of the rotor blade.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere Drucksensoren entlang einer Längsachse des Rotorblatts zur Verfügung gestellt sind und mehrere Vortextgeneratoren entlang einer Längsachse des Rotorblatts zur Verfügung gestellt sind, insbesondere wobei die Vortex generatoren in Bereichen, die entlang der Längsachse des Rotorblatts definiert sind, pro Bereich individuell gesteuert werden können. 6. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of pressure sensors are provided along a longitudinal axis of the rotor blade and a plurality of vortex generators are provided along a longitudinal axis of the rotor blade, in particular wherein the vortex generators in areas along the longitudinal axis of the rotor blade can be controlled individually for each area.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei basierend auf dem Erkennen des charakteristischen aeroakustischen Geräuschs ein oder mehrere Sollwerte für zumindest einen der Parameter ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Schnelllaufzahl und eines Pitchwinkels bestimmt werden. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein based on the detection of the characteristic aeroacoustic noise, one or more target values for at least one of the parameters selected from the group consisting of: a high speed number and a pitch angle are determined.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der eine oder die mehreren Sollwerte mittels eines Lookup-Tables bestimmt werden, insbesondere wobei der eine oder die mehreren Sollwerte mittels Interpolation ermittelt werden. 8. The method according to claim 7, wherein the one or more target values are determined by means of a lookup table, in particular wherein the one or more target values are determined by means of interpolation.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zumindest eine Drucksensor ein faseroptischer Sensor ist. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the at least one pressure sensor is a fiber optic sensor.
10. Anordnung zur Steuerung einer Windenergieanlage mit einem Rotor, umfassend: zumindest ein an einem Rotorblatt angebrachter Drucksensor; und eine Auswerteeinheit zum Erkennen eines charakteristischen aeroakustischen Geräuschs für zumindest einen Strömungsabriss basierend auf der Schallemission; und Steuern oder Regeln von einer oder mehrerer Komponenten der 10. An arrangement for controlling a wind turbine with a rotor, comprising: at least one pressure sensor attached to a rotor blade; and an evaluation unit for recognizing a characteristic aeroacoustic noise for at least one stall based on the noise emission; and controlling or regulating one or more components of the
Windenergieanlage basierend auf dem Erkennen des charakteristischen  Wind turbine based on the recognition of the characteristic
aeroakustischen Geräuschs. aeroacoustic noise.
11. Anordnung gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend: ein Computerprogrammprodukt, das in einen Speicher einer digitalen 11. The arrangement of claim 10, further comprising: a computer program product stored in a digital memory
Rechenvorrichtung, geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt werden, wenn das Computing device, can be loaded and comprises software code sections with which the steps according to one of claims 1 to 9 are carried out if the
Computerprogrammprodukt auf der Rechenvorrichtung läuft. Computer program product running on the computing device.
12. Windenergieanlage mit der Anordnung nach Anspruch 10 bis 11. 12. Wind turbine with the arrangement according to claim 10 to 11.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3916218B1 (en) 2020-05-15 2024-04-03 Wobben Properties GmbH Wind turbine and wind farm and method for designing and operating a wind turbine
EP4086455A1 (en) * 2021-05-07 2022-11-09 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Operating a wind turbine for wake control
CN115929565A (en) * 2022-11-22 2023-04-07 中材科技风电叶片股份有限公司 Wind turbine generator, wind turbine blade and stall monitoring method of wind turbine blade section airfoil
CN115962101B (en) * 2022-12-05 2024-03-22 中材科技风电叶片股份有限公司 Stall state monitoring method and system

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2006265854A1 (en) 2005-06-30 2007-01-11 Bell Helicopter Textron Inc. Retractable vortex generator
DE102006028167A1 (en) 2006-06-16 2007-12-20 Daubner & Stommel Gbr Bau-Werk-Planung Device e.g. wind energy plant, operating method, involves detecting characteristic values by sensors, and conducting fluid coming from pressure source outwards to medium surrounding lifting body
US20110110777A1 (en) * 2007-12-21 2011-05-12 Vestas Wind Systems A/S Active flow control device and method for affecting a fluid boundary layer of a wind turbine blade
US8277185B2 (en) * 2007-12-28 2012-10-02 General Electric Company Wind turbine, wind turbine controller and method for controlling a wind turbine
WO2010061255A2 (en) 2008-11-01 2010-06-03 Clipper Windpower, Inc. Active blade pitch control for reduction of wind turbine noise or loads
GB2472437A (en) 2009-08-06 2011-02-09 Vestas Wind Sys As Wind turbine rotor blade control based on detecting turbulence
GB2478600A (en) 2010-03-12 2011-09-14 Vestas Wind Sys As A wind energy power plant optical vibration sensor
ES2609771T3 (en) 2011-04-13 2017-04-24 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine that includes an optical sensor system
EP2798203B1 (en) * 2011-12-29 2017-04-26 Vestas Wind Systems A/S Optimisation of power production in a wind turbine at below rated power
EP2679808A1 (en) 2012-06-28 2014-01-01 Siemens Aktiengesellschaft Stall detection of wind turbine blades
US9528493B2 (en) * 2013-05-28 2016-12-27 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus to detect aerodynamic conditions of blades of wind turbines
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
US9658124B2 (en) * 2014-11-05 2017-05-23 General Electric Company System and method for wind turbine operation
EP3088733B1 (en) * 2015-04-27 2018-10-17 Envision Energy (Jiangsu) Co., Ltd. Method for operating a wind turbine based on degradation of wind turbine blade
DE102015115926A1 (en) * 2015-09-21 2017-03-23 fos4X GmbH Fiber optic pressure sensor and method
DE102016100522A1 (en) 2016-01-13 2017-07-13 Wobben Properties Gmbh Method for evaluating a flow to a rotor blade of a wind turbine and method for controlling a wind turbine and wind turbine
US10968888B2 (en) * 2016-09-22 2021-04-06 Vestas Wind Systems A/S Method for controlling air deflectors and pitch angles of wind turbine blades
DE102018124084A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Wobben Properties Gmbh Method for operating a wind turbine, wind turbine and wind farm

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