LU503174B1

LU503174B1 - Eingriffs- und Freigabeverfahren beim Betreiben einer Windenergieanlage

Info

Publication number: LU503174B1
Application number: LU503174A
Authority: LU
Inventors: Marc Reitmaier; Nils Lesmann
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co Kg
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2024-06-12
Also published as: WO2024126251A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eingriffs- und Freigabeverfahren beim Betreiben einer Windenergie- anlage (10), bei welchem erste Sensordaten (21), die einen ersten physikalischen Parameter repräsentieren, empfangen werden und hierauf basierend ein erstes Eiserkennungsverfahren durchgeführt und anschließend ein erstes Signal (21c) ausgegeben wird. Ferner werden zweite Sensordaten (22), die einen zweiten physikalischen Parameter repräsentieren empfangen, und hierauf basierend wird ein zweites Eiserkennungsverfahren durchgeführt und anschließend ein zweites Signal (22c) ausgegeben. Ferner wird, wenn durch das erste Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, ein erstes Warnsignal ausgegeben und, wenn durch das erste Eiser- kennungsverfahren eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, ein erstes Freigabesig- nal ausgegeben. Ferner wird, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, ein zweites Warnsignal ausgegeben und, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, ein zweites Freigabesignal ausgegeben. Die ausgegebenen Signale (21c, 22c) werden anschlie- ßend analysiert, wobei in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und/oder zweiten Warnsig- nals in den Betrieb der Windenergieanlage eingegriffen wird und in Abhängigkeit des Vorlie- gens des ersten und zweiten Freigabesignals der Betrieb der Windenergieanlage freigegeben.

Description

P-2021-0716 '

LU503174

Eingriffs- und Freigabeverfahren beim Betreiben einer Windenergieanlage

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Eingriffs- und Freigabeverfahren beim Betreiben einer Windenergie- anlage, welche mindestens ein Rotorblatt aufweist sowie eine Vorrichtung umfassend ein

Steuergerät für ein Eiserkennungssystem einer Windenergieanlage mit mindestens einem Ro- torblatt.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Eisdetektionssysteme für Rotorblätter von

Windenergieanlagen, nach auch kurz WEA genannt, bekannt.

Eine der größten Gefahren in diesem Kontext geht durch Eisabwurf von der WEA aus. Durch die hohe Geschwindigkeit der Rotorspitzen, kann das entstandene Eis sehr weit geworfen werde. Dieser Eisabwurf ist als Personengefährdend anzusehen, da ein entsprechendes Stück

Eis mit dieser Geschwindigkeit, eine schwere bis tödliche Verletzung nach sich ziehen kann.

Realisiert werden solche Eisdetektionssysteme in der Regel entweder durch eine Schwin- gungsanalyse der jeweiligen Rotorblattstruktur, welche sich bei Vereisung verändert, oder durch eine direkte Messung der Eisdicke an der Oberfläche der Rotorblätter, insbesondere mittels sogenannter Impedanzsensoren.

Hierbei ist folglich ein sehr hohes Maß an die Sicherheit bzw. an den zu erreichenden Perfor- mance Level, insbesondere basierend auf der zum Anmeldezeitpunkt aktuellen Norm DIN EN

ISO 13849-1, zu stellen. So kann nämlich die Schwere des möglichen Schadens äußerst groß sein und auch, wenn die Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich hingegen wohl eher als kurz anzunehmen ist, ist die Geschwindigkeit, mit der im Fall eines Eisabbruchs die Gefährdung dann auftritt, dann sehr schnell.

Eiserkennungsverfahren und Eiserkennungssysteme für Windkraftanlagen müssen folglich als „sicherheitsbezogene“ Verfahren bzw. Systeme angesehen werden, da sie zur Reduzierung eines erheblichen Risikos beitragen. Bei „sicherheitsbezogenen“ Verfahren bzw. Systemen ist ein zu erreichendes Leistungsniveau oder wie vorstehend aufgezeigter zu erreichender Per- formance Level, hierbei durch einen jeweiligen so festgelegt, dass Verfahren und Systeme

P-2021-0716 ?

LU503174 hiernach als nachweisbar „sicher“ bestimmt werden können. Das erreichbare Leistungsniveau bzw. der erreichbare Performance Level kann hierbei insbesondere von der Systemhardware und/oder -software, d.h. insbesondere der Systemarchitektur und der Zuverlässigkeit der Sys- temkomponenten, und/oder von der Effektivität eines Fehlererkennungsverfahrens abhängen.

Ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, welche mindestens zwei Rotorblatter aufweist, ist z.B. aus der WO 2019/110364 bekannt, bei welcher vor dem Hintergrund, dass die

Eiserkennung bei Rotorblättern einer Windenergieanlage ungenau ist und es dadurch zu einem vorzeitigen Abschalten der Windenergieanlage kommen kann, ob wohl die Rotorblätter nicht mit Eis überzogen sind, vorgesehen ist, zwei verschiedene Eiserkennungsverfahren durchzu- führen, die beide jeweils ein Warnsignal auszugeben, wenn ein Eisansatz an einem der Rotor- blätter erkannt wird, der einen jeweiligen Schwellwert überschreitet. Eines der beiden Eiser- kennungsverfahren kann ferner ein Freigabesignal ausgegeben, wenn durch dieses eine Eis- freiheit an den mindestens zwei Rotorblättern erkannt wird. Bereits bei Erfassen eines der

Warnsignale wird in Folge in den Betrieb der Windenergieanlage eingegriffen. Eine Deaktivie- rung des Eingriffs in den Betrieb der Windenergieanlage erfolgt jedoch nur dann, wenn das

Freigabesignal vorliegt und durch das dieses Freigabesignal ausgebende Eiserkennungsverfah- ren zuvor ein Freigabesignal ausgegeben worden.

Mit anderen Worten erfolgt zwar das Eingreifen in den Betrieb grundsätzlich bereits bei Vor- liegen eines von zwei Warnsignalen. Diesbezüglich sind folglich beide Eiserkennungsverfahren schlicht verodert bzw. durch eine ODER-Funktion miteinander verknüpft. In Bezug auf das De- aktivieren des Eingriffs muss jedoch zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Anlage nur eines der beiden Eiserkennungsverfahren auch geeignet sein, auf einen selbst festgestellten Eisansatz nachfolgend auch wieder selbst eine Eisfreiheit feststellen zu können. Bei Ausfall oder Be- triebsstôrung des anderen Eiserkennungsverfahrens besteht folglich die Gefahr des Weiterbe- triebs, auch wenn nur noch eine verminderte Sicherheit des Systems gegeben ist, welches in

Folge wiederum zu einem niedrigeren Performance Level des Systems insgesamt führt.

Ferner ist aus der WO 2020/216424 ein weiteres Eiserkennungssystem einer Windturbine be- kannt, bei welchem ein Steuergerät zur Bestimmung, ob der Betrieb der Windturbine angehal- ten werden soll, einen Eingang besitzt, der als Sensordaten verschiedene Parameter zur Be- stimmung, ob Eis an der Windturbine vorhanden ist, empfängt, wobei fiir jeden der verschie-

P-2021-0716 ’

LU503174 denen Parameter erste und zweite Parameterwerte von entsprechenden ersten und zweiten

Sensoren vorgesehen sind.

Hierauf basierend erfolgt die Bestimmung, ob für jeden der verschiedenen Parameter die Sen- sordaten auf der Grundlage der jeweiligen ersten und zweiten Parameterwerte gültig sind, sowie einer erwarteten Ausgangsleistung der Windturbine auf der Grundlage der empfange- nen Sensordaten für mindestens einen der verschiedenen Parameter; eine tatsächliche Aus- gangsleistung der Windturbine auf der Grundlage der empfangenen Sensorausgangsdaten für mindestens einen der verschiedenen Parameter, und eine Leistungsdifferenz zwischen der erwarteten Ausgangsleistung und der tatsächlichen Ausgangsleistung.

In Abhängig davon, ob die Sensordaten gültig sind und die Leistungsdifferenz größer als ein

Schwellenleistungswert, wird ein Steuersignal zum Abschalten der Windturbine gesendet.

Mit anderen Worten ist hier folglich bereits eine diversitäre Erfassung von jeweiligen Parame- tern vorgesehen und die Abschaltung kann somit auch in dem Fall erfolgen, wenn bereits auf- grund der diversitären Erfassung auf einen einzigen „ungültigen“ Parameter erkannt wird. Bei

Ausfall oder Betriebsstörung in Bezug auf das Bestimmen bereits einer der Leistungen inner- halb der Kette von zu bestimmenden Leistungen, d.h. der tatsächlichen und/oder der erwarte- ten Ausgangsleistung und/oder der hierauf basierten „erwarteten“ Leistungsdifferenz, besteht folglich auch hier die Gefahr des Weiterbetriebs, auch wenn nur noch eine verminderte oder gar keine Sicherheit des Systems mehr gegeben ist, welches in Folge wiederum zu einem nied- rigeren Performance Level des Systems insgesamt führt.

Vor dem Hintergrund der aufgezeigten Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die damit verbundenen Risiken zu vermeiden und in Folge die Sicherheit einer solchen gat- tungsgemäßen Eiserkennung beim Betreiben einer Windenergieanlage nochmals deutlich zu erhöhen.

Die Lösung der Aufgabe ist gemäß vorliegender Erfindung ist durch Gegenstände mit den

Merkmalen der unabhängigen Ansprüche wiedergegeben. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der der Unteransprüche.

Dementsprechend ist zum Betreiben einer Windenergieanlage, welche mindestens ein Rotor- blatt aufweist, ein Eingriffs- und Freigabeverfahren vorgesehen, bei welchem erste Sensorda-

P-2021-0716 *

LU503174 ten, die einen ersten physikalischen Parameter repräsentieren, empfangen werden und hie- rauf basierend ein erstes Eiserkennungsverfahren durchgeführt und anschließend ein erstes

Signal ausgegeben wird. Ferner werden zweite Sensordaten, die einen zweiten physikalischen

Parameter repräsentieren empfangen, so dass hierauf basierend ein zweites Eiserkennungs- verfahren durchgeführt und anschließend ein zweites Signal ausgegeben wird.

Ferner wird, wenn durch das erste Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem

Rotorblatt erkannt wird, als erstes Signal ein erstes Warnsignal ausgegeben und, wenn durch das erste Eiserkennungsverfahren eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, als ers- tes Signal ein erstes Freigabesignal ausgegeben. Ferner wird, wenn durch das zweite Eiserken- nungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, als zweites Signal ein zweites Warnsignal ausgegeben, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren eine Eis- freiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, als zweites Signal ein zweites Freigabesignal aus- gegeben.

Die ausgegebenen Signale werden anschließend analysiert, wobei in Abhängigkeit des Vorlie- gens des ersten und/oder zweiten Warnsignals in den Betrieb der Windenergieanlage einge- griffen wird und in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und zweiten Freigabesignals der

Betrieb der Windenergieanlage freigegeben.

Mit anderen Worten kann mit dem Gegenstand der Erfindung einerseits ein äußerst hoher

Performance Level in Bezug auf den Eingriff in einen laufenden Betrieb sichergestellt werden, da hierzu grundsätzlich das Vorliegen eines Warnsignals ausreicht. en eingegriffen wird. Dar- über hinaus müssen jedoch zur Gewährleistung einer nochmals gesteigerten Sicherheit, auch in Bezug auf die Freigabe des Betriebs beide Eiserkennungsverfahren ein Freigabesignal ausge- ben. D.h. bereits für den Fall, dass ein Ausfall oder eine Betriebsstörung in Bezug auf nur eine der für die Durchführung der zwei Eiserkennungsverfahren eingesetzten Komponenten vor- liegt, wird sichergestellt, dass die Windenergieanlage in jedem Fall einen sicheren Zustand einnimmt, da der Betrieb der Windenergieanlage nur freigegeben wird, wenn beide Eiserken- nungsverfahren unabhängig voneinander ein jeweiliges Freigabesignal ausgeben. Dies führt somit in Folge zu einem gegenüber dem Stand der Technik nochmals gesteigerten Perfor- mance Level des Systems insgesamt.

Die Erfindung schlägt hierzu ferner eine Vorrichtung umfassend ein Steuergerät für ein Eiser- kennungssystem einer Windenergieanlage mit mindestens einem Rotorblatt vor, bei welcher

P-2021-0716 ’

LU503174 das Steuergerät eine erste und eine zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung sowie eine Steu- ereinheit integriert.

Die erste Eisansatzerkennungsvorrichtung ist dazu ausgestaltet, erste Sensordaten zu empfan- gen, die einen ersten physikalischen Parameter repräsentieren, und basierend auf den ersten

Sensordaten ein erstes Eiserkennungsverfahren durchzuführen sowie in Folge ein erstes Signal auszugeben, welches ein erstes Warnsignal ist, wenn ein Eisansatz erkannt wird, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und ein erstes Freigabesignal ist, wenn eine Eisfreiheit er- kannt wird,

Auch die zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung ist dazu ausgestaltet Sensordaten zu emp- fangen, jedoch zweite Sensordaten, die einen zweiten physikalischen Parameter repräsentie- ren, und basierend auf den zweiten Sensordaten ein zweites Eiserkennungsverfahren durchzu- führen sowie in Folge ein zweites Signal auszugeben, welches ein Warnsignal ist, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz erkannt wird, der einen zweiten Schwellwert überschreitet, und zweites Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit erkannt wird.

Die Steuereinheit ist dann ferner dazu ausgestaltet, die ausgegebenen Signale zu analysieren und in Abhängigkeit des ersten und/oder zweiten Warnsignals ein Eingriffssignal auszugeben, und in Abhängigkeit des ersten und zweiten Freigabesignals ein drittes Freigabesignal auszu- geben.

Zur Erreichung dieses erhôhten Performance Level wird somit zunächst eine Mehrkanaligkeit in einem Steuergerät aufgebaut und das Ergebnis anschließend nochmals in einer sicheren

Steuerung analysiert.

Insbesondere ist gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen eine Kombinatorik zweier blattbasierter Eiserkennungsverfahren, insbesondere unter Nutzung einer direkten und indi- rekten Messung von Eisansatz, und deren gleichzeitiger Auswertung bzw. Analyse eine Diversi- tät der Erkennung insgesamt sichergestellt. Ferner wird für die beiden somit bereitgestellten „Eiserkennungskanäle“ deren Funktionsfähigkeit mit der Auswertung bzw. Analyse, insbeson- dere mittels einer Sicherheitssteuerung, durchgängig während des Betriebs überprüft und folglich sichergestellt.

P-2021-0716 °

LU503174

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmôglichkeiten der vorliegenden Erfindung wer- den anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der dazugehô- rigen Figuren deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte, schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 2 zeigt ein stark vereinfachtes Blockschaltbild von zur Durchführung eines Eingriffs- und

Freigabeverfahren zusammenwirkenden Komponenten eines Eiserkennungssystems eines

Steuergeräts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Nachfolgend wird zunächst auf die Fig. 1 Bezug genommen, welche eine stark vereinfachte, schematische Darstellung einer Windenergieanlage 10 mit mindestens einem Rotorblatt 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt. In der Regel weist eine solche Windenergieanlage mehrere Rotorblätter 11 auf, gemäß Fig. 1 z.B. drei Rotorblätter 11. Die Rotorblätter 11 sind im

Ausführungsbeispiel an einer auf einem Turm 12 gehaltenen Gondel 13 montiert und können in an und für sich bekannter Weise mit einem Rotor 14 verbunden sein, der durch die Rotor- blätter 11 bei ausreichend Wind in eine Drehbewegung versetzt wird. In der Regel, jedoch aus

Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, ist der Rotor 14 wiederum mit einem Genera- tor gekoppelt, dessen Rotor durch Drehung des Rotors 14 in Bewegung versetzt wird, so dass elektrische Energie erzeugt wird, die an ein externes Versorgungsnetz abgegeben werden kann.

Zur Ausbildung eines Eiserkennungssystems für die Windenergieanlage 10 ist gemäß Fig. 1 eine, ein Steuergerät umfassende Vorrichtung vorgesehen, welches eine erste und eine zweite

Eisansatzerkennungsvorrichtung 21b, 22b sowie eine Steuereinheit 23 integriert.

Die erste Eisansatzerkennungsvorrichtung 21b ist dazu ausgestaltet, erste Sensordaten 21 zu empfangen, die einen ersten physikalischen Parameter repräsentieren, z.B. mittels wenigstens eines hierfür entsprechend ausgebildeten ersten Sensors, zweckmäßig mittels mehreren hier- für entsprechend ausgebildeten ersten Sensoren. Bei Fig. 1 sind solche ersten Sensoren mit der

Bezugsziffer 21a gekennzeichnet, wobei bevorzugt für jeden jedes Rotorblatt 11 ein solcher erster Sensor 21a vorgesehen ist. Die ersten Sensordaten 21 umfassen somit bevorzugt ein

P-2021-0716 7

LU503174

Bündel von ersten Sensordaten, und können jeweiligen Rotorblättern jeweils eindeutig zuge- ordnet werden.

Auch die zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung 21b ist dazu ausgestaltet, Sensordaten zu empfangen, jedoch zweite Sensordaten 22, die einen zweiten physikalischen Parameter reprä- sentieren, d.h. gemäß bevorzugter Ausführung von den ersten physikalischen Parametern sich unterscheidende physikalische Parameter und/oder repräsentiert von gegenüber den ersten

Sensordaten auf unterschiedliche Weise empfangenen zweiten Sensordaten. Auch diese zwei- ten Sensordaten können somit insbesondere. mittels wenigstens eines hierfür entsprechend ausgebildeten zweiten Sensors empfangen werden, zweckmäßig mittels mehreren hierfür ent- sprechend ausgebildeten zweiten Sensoren. Bei Fig. 1 sind solche zweiten Sensoren mit der

Bezugsziffer 22a gekennzeichnet, wobei bevorzugt für jedes Rotorblatt 11 ein solcher zweiter

Sensor 22a vorgesehen ist. Auch die zweiten Sensordaten 22 umfassen somit bevorzugt ein

Bündel von zweiten Sensordaten, und können jeweiligen Rotorblättern jeweils eindeutig zuge- ordnet werden.

Ferner ist die erste Eisansatzerkennungsvorrichtung dazu ausgestaltet, wie bei Fig. mit dem

Bezugszeichen 21b gekennzeichnet und nachfolgend noch näher beschrieben, basierend auf den ersten Sensordaten ein erstes Eiserkennungsverfahren durchzuführen sowie in Folge ein erstes Warnsignal auszugeben, wenn ein Eisansatz erkannt wird, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und ein erstes Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit erkannt wird.

Auch die zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung ist dazu ausgestaltet, wie bei Fig. 1 mit dem

Bezugszeichen 22b gekennzeichnet und nachfolgend noch näher beschrieben, basierend auf den zweiten Sensordaten ein zweites Eiserkennungsverfahren durchzuführen sowie in Folge ein zweites Warnsignal auszugeben, wenn ein Eisansatz erkannt wird, der einen zweiten

Schwellwert überschreitet, und ein zweites Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit erkannt wird. Vorzugsweise ist hierbei die zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung ferner ein- gerichtet ein gegenüber der ersten Eiserkennungsvorrichtung diversitäres, zweites Eiserken- nungsverfahren durchzuführen.

Die bei Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnete Steuereinheit ist, wie nachfolgend noch näher beschrieben, dazu ausgestaltet, die ausgegebenen Signale zu analysieren und in

P-2021-0716 ©

LU503174

Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und/oder zweiten Warnsignals als Steuersignal ein

Eingriffssignal auszugeben, und in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und zweiten Frei- gabesignals als Steuersignal ein drittes Freigabesignal auszugeben.

Sind, wie bei Fig. 1 skizziert, die Eisansatzerkennungsvorrichtungen 21b, 22b, und die Steuer- einheit 23 an die die Windenergieanlage 10 angeschaltet, bildet diese somit auch einen Teil der das Steuergerät umfassenden Vorrichtung insgesamt.

Hierbei sind die beiden Eisansatzerkennungsvorrichtungen zweckmäßig derart angeschaltet ist, dass mit jedem der beiden hierdurch bewirkten Eiserkennungsverfahren jeweils bestimmt werden kann, ob Eis an wenigstens einem Rotorblatt 11 vorhanden ist. Eine solche Bestim- mung lässt sich besonders einfach realisieren, wenn, wie bei Fig. 1 gezeigt, in bevorzugter Aus- führung für jedes Rotorblatt 11 jeweils ein erster und ein zweiter Sensor 21a, 22a vorgesehen ist, insbesondere, an jedem Rotorblatt 11 jeweils ein erster und ein zweiter Sensor 21a, 22a angeordnet ist. Sind dann die Eisansatzerkennungsvorrichtungen ferner eingerichtet, jeweils zumindest ein erstes bzw. ein zweites Warnsignal auszugeben, wenn ein Eisansatz an wenigs- tens einem Rotorblatt 11 erkannt wurde, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und dann ein erstes bzw. zweites Freigabesignal ausgegeben, insbesondere nur dann ein erstes bzw. zweites Freigabesignal ausgegeben, wenn eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wurde, ist die Steuereinheit 23 wiederum bevorzugt derart an die Windenergieanlage ange- schaltet, durch das Eingriffssignal als Steuersignal 24 in den Betrieb der Windenergieanlage 10 einzugreifen und durch das dritte Freigabesignal als Steuersignal 24 den Betrieb der Wind- energieanlage 10 freizugeben.

Folglich kann gemäß alternativer Ausführungsform anstelle eines separaten Steuergerätes für das Eiserkennungssystem, welches mit einer auch bestehenden Windenergieanlage gekoppelt werden kann, eine Windenergieanlage auch ohne separates Steuergerät mit zwei wie vorste- hend beschriebenen Eisansatzerkennungsvorrichtungen 21a, 22a, 21b, 22b sowie einer Steu- ereinheit 23 ausgestattet sein. Die Windenergieanlage und das Steuergerät können aber auch dezentral, d.h. lokal voneinander getrennt angeordnet sein und das Steuergerät lediglich sig- naltechnisch an die Windenergieanlage angeschaltet sein.

Unter Berücksichtigung vorstehender Beschreibung wird nachfolgend insbesondere unter Be- zugnahme auf Fig. 2, ein bevorzugtes Eingriffs- und Freigabeverfahren zum Betreiben einer

P-2021-0716 ’

LU503174

Windenergieanlage, welche mindestens ein Rotorblatt aufweist, näher beschrieben. Fig. 2 zeigt hierzu stark vereinfacht ein Blockschaltbild von zur Durchführung eines solchen bevor- zugten Eingriffs- und Freigabeverfahren zweckmäßig zusammenwirkenden Komponenten des

Eiserkennungssystems des Steuergerits.

Mittels der beiden Eiserkennungsvorrichtungen 21b und 22b können folglich 2 Kanäle zur

Durchführung eines ersten und eines zweiten Eiserkennungsverfahrens bereitgestellt und ins- besondere auch diversitar aufgebaut werden, sodass auch die beiden Eiserkennungsverfahren zweckmäßig diversitär durchgeführt werden. Zur Durchführung des ersten Eiserkennungsver- fahrens werden folglich die ersten Sensordaten 21 empfangen, d.h. insbesondere dem hierfür aufgebauten ersten Kanal entsprechend zugeführt, und zur Durchführung des zweiten Eiser- kennungsverfahrens werden folglich die zweiten Sensordaten 22 empfangen, d.h. insbesonde- re dem hierfür aufgebauten zweiten Kanal entsprechend zugeführt, Umfassen die Sensorda- ten, wie zuvor beschrieben bevorzugt ein Bündel von jeweiligen ersten bzw. zweiten Sensorda- ten, ist der Aufbau und die Durchführung zweckmäßig derart, innerhalb eines jeden Bündels umfasste Sensordaten jeweiligen Rotorblättern jeweils eindeutig zugeordnet zugeführt bzw. empfangen und verarbeitet werden. Basierend auf Fig. 2 kann folglich jeder Kanal wiederum mehrkanalig aufgebaut sein. Aus Gründen der Überschaubarkeit ist bei Fig. 1 auf eine solche

Darstellung verzichtet und wird im Übrigen nachfolgend nicht im Einzelnen weiter ausgeführt.

Wie oben beschrieben, repräsentieren die ersten und zweiten Sensordaten zweckmäßig je- weils unterschiedliche physikalischen Parameter und basierend beispielsweise auch auf einer unterschiedlichen Messung, insbesondere einer direkten und indirekten Messung von Eisan- satz durch entsprechende Sensoren 21a und 21b. Die Sensordaten 21 können hierbei zweck- mäßig auf einer Messung jeweiliger Beschleunigungsparameter basieren, die anschließend z.B. auf eine Abweichung gegenüber einem jeweiligen Normalwert hin analysiert werden. Die Sen- sordaten 22 können beispielweise auf einer Impedanzmessung basieren und Parameter betref- fend jeweils erfasste Eisdicken zur anschließenden Analyse widerspiegeln. Folglich werden somit gemäß Erfindung bevorzugt zwei unterschiedliche, insbesondere blattbasierte Eiserken- nungsverfahren kombiniert. Auch kann hierbei der Empfang bzw. die Zuführung der jeweiligen

Sensordaten auf unterschiedliche Weise auf unterschiedliche Weise erfolgen und somit an eine jeweilige Windenergieanlage auch flexibel angepasst werden. Z.B. kann der Empfang bzw.

P-2021-0716

LU503174 die Zuführung zumindest für die ersten oder für die zweiten Sensordaten auch mittels Funk 22b_1, d.h. kabellos, erfolgen.

Die Sensordaten 21 und 22 können daraufhin einem ersten Verarbeitungsmodul 21b_1 bzw. 22b_2, zugeführt werden, welches diese Daten als Eingangsdaten aufnimmt und, insbesondere je nach applikationsspezifisch durchzuführender Analyse, in zweckmäßige Ausgangsdaten 21”, 22‘ transformiert. Ein solches Verarbeitungsmodul 21b_1 bzw. 22b_2 ist folglich zur Erzielung eines gewünschten Performance Level als Sicherheitsmodul eingerichtet, d.h. stellt durch ge- eignete Maßnahmen, wie z.B. redundanter Verarbeitung, eine funktional sichere Verarbeitung von Eingangsdaten in Ausgangsdaten sicher. Während die Ausgangsdaten zweckmäßig als digi- tale Daten weitergegeben werden, können als Eingangsdaten je nach Applikation bzw. spezifi- scher Ausbildung z.B. auch als analoge Daten vorliegen, d.h. die Sensordaten 21, 22 müssen nicht zwingend bereits als digitale Daten vorliegen.

Die Auswertung der jeweiligen Sensordaten 21 und 22, oder den hiernach vom Verarbei- tungsmodul 21b_1 bzw. 22b_2 zur Verfügung gestellten Daten 21”, 22‘, in Bezug darauf, ob ein jeweiliger Eisansatz oder eine jeweilige Eisfreiheit vorliegt, wird dann bevorzugt wiederum von jeweils unterschiedlich aufgebauten Auswertungsmodulen 21b_2 und 22b_3 durchgeführt. Die

Auswertungsmodule 21b_2 und 22b_3 können hierbei Software- und/oder Hardwarekompo- nenten umfassen und sind wiederum zweckmäßig als jeweilige Sicherheitsmodule eingerich- tet.

Basierend auf der Auswertung wird anschließend, d.h. im Beispiel von Fig. 2 durch das Auswer- tungsmodul 21b_2, zumindest ein erstes Signal 21c ausgegeben, welches als ein erstes Warn- signal ausgegeben wird, zumindest wenn durch das erste Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und, welches als ein erstes Freigabesignal ausgegeben wird, insbesondere nur dann als ein erstes Freigabesignal ausgegeben wird, wenn basierend auf den erste Sensordaten 21 eine

Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird. Entsprechend wird nach Durchlaufen des zwei- ten Eiserkennungsverfahrens zumindest ein zweites Signal 22c ausgegeben, welches als ein zweites Warnsignal ausgegeben wird, zumindest wenn durch das zweite Eiserkennungsverfah- ren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, der einen zweiten Schwellwert überschreitet, und, welches als ein zweites Freigabesignal ausgegeben wird, insbesondere nur dann als ein zweites Freigabesignal ausgegeben wird, wenn auch mittels des zweiten Eiserken- nungsverfahrens eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird.

P-2021-0716

LU503174

Die ausgegebenen Signale 21c und 22c werden daraufhin entsprechend analysiert 23a, insbe- sondere also durch die Steuereinheit 23, so dass in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und/oder zweiten Signals 21c, 22c als Warnsignal in den Betrieb der Windenergieanlage einge- griffen werden kann, d.h. die Windenergieanlage in einen sicheren Zustand überführt wird, insbesondere der Betrieb vorübergehend eingestellt wird, und in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und des zweiten Signals 21c, 22c als Freigabesignal der Betrieb der Windenergiean- lage freigegeben werden kann. Zur Umsetzung eines solchen Eingriffs in den Betrieb und einer solchen Freigabe des Betriebs wird zweckmäßig ein entsprechendes Steuersignal 24 ausgeben.

Die Steuereinheit 23 besitzt ist somit bevorzugt als Sicherheitssteuerung eingerichtet und/ besitzt eine sichere Prozessoreinheit.

Im Rahmen dieser Analyse 23a werden zumindest die ersten und zweiten Signale 21c und 22c zweckmäßig nochmals auf gegenseitige Plausibilität überprüft. Werden zusätzlich zu den ers- ten und zweiten Signalen 21c und 22c beispielsweise auch die Daten 21' und 22‘ an die Steuer- einheit mit übergegeben, können auch diese nochmals entsprechend auf gegenseitige Plausibi- lität analysiert werden. Mit Hilfe dieser Plausibilitätsprüfung kann insbesondere auch die Funk- tionsfähigkeit beider Eiserkennungsvorrichtungen bzw. der hierdurch mehrkanalig durchge- führten Eiserkennungsverfahren sichergestellt werden, welches zu einer nochmals erhöhten

Sicherheit bzw. zu einem nochmals gesteigerten Performance Level führt. Wird beispielsweise festgestellt, dass auf Basis der beiden, d.h. der ersten und zweiten Sensordaten 21 und 22 in

Bezug auf ein Rotorblatt oder auch mehrere Rotorblätter einerseits auf Eisansatz erkannt wird, also ein Warnsignal ausgegeben wird und andererseits ein Freigabesignal ausgegeben wird, so kann die geforderte Plausibilität nicht bestätigt werden. In Folge kann z.B. auch ein drittes

Warnsignal, insbesondere als Steuersignal 24, ausgegeben werden, woraufhin eine nicht mehr ausreichende Funktionstüchtigkeit angezeigt wird und zumindest rein vorsorglich aus Gründen der Sicherheit in den Betrieb der Windenergieanlage eingriffen wird, d.h. insbesondere der

Betrieb eingestellt wird. Erst nach Wiederherstellung erneuter Funktionstüchtigkeit, d.h. ins- besondere nach entsprechender Wartung könnte folglich der Betrieb wiederaufgenommen werden.

Zweckmäßig erfolgt die Freigabe des Betriebs der Windenergieanlage daher nicht nur lediglich in dem Fall, dass erste und zweite Freigabesignale in Bezug auf alle Rotorblätter vorliegen,

P-2021-0716

LU503174 sondern zusätzlich auch die Plausibilität der ersten und zweiten Signale 21c und 22c und also die Funktionstüchtigkeit der erfindungsgemäßen Eiserkennung insgesamt betätigt sein muss.

Die Freigabe des Betriebs der Windenergieanlage erfolgt somit zweckmäßig durch eine „UND-

Verknüpfung“ vorliegender erster und zweiter Freigabesignale in Bezug auf alle Rotorblätter, und insbesondere durch eine weiterer „UND-Verknüpfung“ betreffend die Plausibilitätsprü- fung.

Eine solche Überprüfung auf gegenseitige Plausibilität kann zweckmäßig auch eine Überprü- fung dahingehend beinhalten, ob die ersten und zweiten Sensordaten 21, 22 und/oder die

Daten 21‘, 22‘ und/oder Signale 21c, 22c zueinander konsistent sind und/oder ein jeweiliges

Vergleichskriterium erfüllen, wobei das Vergleichskriterium für die ersten Sensordaten 21 oder das Datensignal 21‘ eine charakteristische Eigenschaft des ersten physikalischen Parameters basierend auf den zweiten Sensordaten 22 oder Daten 22‘ repräsentiert und das Vergleichskri- terium für die zweiten Sensordaten 22 eine charakteristische Eigenschaft des zweiten physika- lischen Parameters basierend auf den empfangenen ersten Sensordaten 21 repräsentiert.

Mit Umsetzung des Eingriffs- und Freigabeverfahren beim Betreiben einer Windenergieanlage bzw. der Vorrichtungen für ein Eiserkennungssystem einer Windenergieanlage gemäß der Er- findung kann folglich eine funktional sichere Lösung betreffend das Betreiben einer Windener- gieanlage in Bezug auf das durch einen Eisansatz entstehende Gefährdungsrisiko realisiert werden.

Aus vorgehender Beschreibung ist ersichtlich, dass insbesondere die erfindungsgemäße Aus- bildung der Eiserkennungsvorrichtungen und Durchführung der jeweiligen Eiserkennungsver- fahren sowie der sich daran anschließenden Analyse durch die Steuereinheit rein auf Software oder rein auf Hardware-basiert implementiert oder auch durch eine Kombination geeigneter

Hard- und Software gegeben sein kann. Auch können hierfür jeweils separate Funktionseinhei- ten innerhalb der jeweiligen Vorrichtungen und Einheiten vorgesehen sein. So kann auch eine separate Funktionseinheit z.B. auch als Software auf ohnehin in dem der jeweiligen Vorrich- tungen und Einheiten vorhandener Hardware, beispielsweis einem vorhandenen Prozessor, laufen. Es kann aber auch Hardware speziell für eine separate Funktionseinheit vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste:

P-2021-0716

LU503174 10 Windenergieanlage; 11 Rotorblatt; 12 Turm; 13 Gondel; 14 Rotor; 21, 22 erste und zweite Sensordaten; 21a, 22a erste und zweite Sensoren; 21b, 22b erste und zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung; 22b 1 Funk; 21b_1,22b 2 erstes und zweites Verarbeitungsmodul der ersten bzw. zweiten Eisansatz- erkennungsvorrichtung; 21°, 22° erste und zweite Ausgangsdaten des ersten bzw. zweiten Verarbeitungs- moduls 21b_2, 22b_3 erstes und zweites Auswertungsmodul der ersten bzw. zweiten Eisansatzer- kennungsvorrichtung; 21c, 22c erstes und zweites Ausgabesignal des ersten bzw. zweiten Auswertungs- moduls; 23 Steuereinheit; 23a Analyse; 24 Steuersignal.

Claims

P-2021-0716 LU503174 Patentansprüche

1. Eingriffs- und Freigabeverfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (10), welche mindestens ein Rotorblatt (11) aufweist, mit den Schritten: - Empfangen von ersten Sensordaten (21), die einen ersten physikalischen Parameter repräsentieren, und hierauf basierend, Durchführen eines ersten Eiserkennungsverfahrens und Ausgeben eines ersten Signals (21c), welches als ein erstes Warnsignal ausgegeben wird, zu- mindest wenn durch das erste Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und, welches als ein ers- tes Freigabesignal ausgegeben wird, wenn eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird; - Empfangen von zweiten Sensordaten (22), die einen zweiten physikalischen Parameter repräsentieren, und hierauf basierend Durchführen eines zweiten Eiserkennungsverfahrens und Ausgeben eines zweiten Signals (22c), welches als ein zweites Warnsignal ausgegeben wird, zumindest wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, der einen zweiten Schwellwert überschreitet, und, welches als ein zweites Freigabesignal ausgegeben wird, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, - Analysieren (23a) der ausgegebenen Signale (21c, 22c) sowie in Abhängigkeit des Vor- liegens des ersten und/oder zweiten Warnsignals Eingreifen in den Betrieb der Windenergie- anlage und in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und zweiten Freigabesignals Freigeben des Betriebs der Windenergieanlage.

2. Verfahren, nach Anspruch 1, wobei als erste und zweite Eiserkennungsverfahren zwei diversitäre Eiserkennungsverfahren durchgeführt werden, und/oder wobei jeweils unterschiedliche physikalische Parameter mit den ersten und zweiten Sensorda- ten (21, 22) repräsentiert werden, und/oder wobei die ersten und zweiten Sensordaten (21, 22) jeweils unterschiedlich empfangen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten Signale (21c, 22c) auch zum Überprüfen auf gegenseitige Plausibilität analysiert werden, bei einer nicht bestätig-

P-2021-0716 LU503174 ten Plausibilität ein drittes Warnsignal ausgegeben wird und die Freigabe lediglich bei einer bestätigten Plausibilität sowie Vorliegen des ersten und zweiten Freigabesignals erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Überprüfung auf gegenseitige Plausibili- tät eine Überprüfung der ersten und zweiten Sensordaten auf Plausibilität mitumfasst, insbe- sondere bei welchem die Überprüfung der ersten und zweiten Sensordaten auf Plausibilität eine Überprüfung dahingehend beinhaltet, ob die ersten und zweiten Sensordaten zueinander konsistent sind und/oder ein jeweiliges Vergleichskriterium erfüllen, wobei das Vergleichskri- terium für die ersten Sensordaten (21) eine charakteristische Eigenschaft des ersten physikali- schen Parameters basierend auf den empfangenen zweiten Sensordaten (22) repräsentiert und das Vergleichskriterium für die zweiten Sensordaten (22) eine charakteristische Eigen- schaft des zweiten physikalischen Parameters basierend auf den empfangenen ersten Sensor- daten (21) repräsentiert.

5. Vorrichtung umfassend ein Steuergerät für ein Eiserkennungssystem einer Windener- gieanlage mit mindestens einem Rotorblatt, - wobei das Steuergerät eine erste und eine zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung (21b, 22b) sowie eine Steuereinheit (23) integriert, - wobei die erste Eisansatzerkennungsvorrichtung (21b) dazu ausgestaltet ist, erste Sen- sordaten (21) zu empfangen, die einen ersten physikalischen Parameter repräsentieren, und basierend auf den ersten Sensordaten (21) ein erstes Eiserkennungsverfahren durchzuführen sowie in Folge als ein erstes Signals (21c) zumindest ein erstes Warnsignal auszugeben, wenn ein Eisansatz erkannt wird, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und als das erste Signal (21c) ein erstes Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit erkannt wird, - wobei die zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung (22b) dazu ausgestaltet ist, zweite Sensordaten (22) zu empfangen, die einen zweiten physikalischen Parameter repräsentieren, und basierend auf den zweiten Sensordaten (22) ein zweites Eiserkennungsverfahren durchzu- führen sowie in Folge als ein zweites Signal (22c) zumindest ein zweites Warnsignal auszuge- ben, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz erkannt wird, der einen zweiten Schwellwert überschreitet, und als das zweite Signal (22c) ein zweites Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit erkannt wird, und - wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, die ausgegebenen ersten und zweiten Signale zu analysieren und in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und/oder zweiten Warn-

P-2021-0716 LU503174 signals als Steuersignal (24) ein Eingriffssignal auszugeben, und bei Vorliegen des ersten und zweiten Freigabesignals als Steuersignal ein drittes Freigabesignal auszugeben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend eine Windenergieanlage (10) mit min- destens einem Rotorblatt, - wobei die erste Eisansatzerkennungsvorrichtung (21b) derart an die Windenergieanla- ge angeschaltet ist, das erste Eiserkennungsverfahren zur Bestimmung, ob Eis an wenigstens einem Rotorblatt vorhanden ist, durchzuführen sowie zumindest das erste Warnsignal auszu- geben, wenn ein Eisansatz an wenigstens einem Rotorblatt erkannt wird, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und das erste Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, - wobei die zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung (22b) derart an die Windenergiean- lage angeschaltet ist, das zweite Eiserkennungsverfahren zur Bestimmung, ob Eis an wenigs- tens einem Rotorblatt vorhanden ist, durchzuführen sowie zumindest das zweite Warnsignal auszugeben, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an wenigstens ei- nem Rotorblatt erkannt wird, der einen zweiten Schwellwert überschreitet, und das zweite Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, und - wobei die Steuereinheit derart an die Windenergieanlage angeschaltet ist, durch das Eingriffssignal als Steuersignal (24) in den Betrieb der Windenergieanlage einzugreifen und durch das dritte Freigabesignal als Steuersignal (24) den Betrieb der Windenergieanlage (10) freizugeben.

7. Vorrichtung umfassend eine Windenergieanlage (10) mit mindestens einem Rotorblatt (11) , einer ersten und einer zweiten Eisansatzerkennungsvorrichtung (21b,22b) sowie einer Steuereinheit (23), - wobei die erste Eisansatzerkennungsvorrichtung (21b) dazu ausgestaltet ist, erste Sen- sordaten (21) zu empfangen, die einen ersten physikalischen Parameter repräsentieren, und basierend auf den ersten Sensordaten (21) ein erstes Eiserkennungsverfahren zur Bestim- mung, ob Eis an mindestens einem Rotorblatt vorhanden ist, durchzuführen sowie als ein ers- tes Signal (21c) zumindest ein erstes Warnsignal auszugeben, wenn ein Eisansatz an mindes- tens einem Rotorblatt erkannt wird, der einen ersten Schwellwert überschreitet, und als das erste Signal (21c) ein erstes Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit an allen Rotor- blättern erkannt wird,

P-2021-0716 LU503174 - wobei die zweite Eisansatzerkennungsvorrichtung (22b) dazu ausgestaltet ist, zweite Sensordaten (22) zu empfangen, die einen zweiten physikalischen Parameter repräsentieren, und basierend auf den zweiten Sensordaten (22) ein zweites Eiserkennungsverfahren zur Be- stimmung, ob Eis an mindestens einem Rotorblatt vorhanden ist, durchzuführen sowie als ein zweites Signal (22c) zumindest ein zweites Warnsignal auszugeben, wenn durch das zweite Eiserkennungsverfahren ein Eisansatz an mindestens einem Rotorblatt erkannt wird, der einen zweiten Schwellwert überschreitet, und als das zweite Signal (22c) ein zweites Freigabesignal auszugeben, wenn eine Eisfreiheit an allen Rotorblättern erkannt wird, und - wobei die Steuereinheit (23) dazu ausgestaltet ist, die ausgegebenen ersten und zwei- ten Signale (21c, 22c) zu analysieren und in Abhängigkeit des Vorliegens des ersten und/oder zweiten Warnsignals in den Betrieb der Windenergieanlage einzugreifen und bei Vorliegen des ersten und zweiten Freigabesignals den Betrieb der Windenergieanlage durch die Steuerein- heit freizugeben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die ersten und zweiten Eiserkennungs- verfahren diversitäre Eiserkennungsverfahren sind, und/oder wobei die ersten und zweiten Eisansatzerkennungsvorrichtungen diversitäre Eisansatzerken- nungsvorrichtungen sind, und/oder wobei die ersten und zweiten Sensordaten jeweils unterschiedliche physikalische Parameter repräsentieren. und/oder wobei der Empfang der ersten und zweiten Sensordaten jeweils unterschiedlich ist.

9. Vorrichtung nacheinem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Steuereinheit zum Überprü- fen der ersten und zweiten Signale (21c, 22c) auf gegenseitige Plausibilität eingerichtet ist, sowie zum Ausgeben, in Abhängigkeit einer nicht bestätigten Plausibilität, eines dritten Warn- signals und zur Freigabe des Betriebs lediglich in Abhängigkeit einer bestätigten Plausibilität sowie des Vorliegens ersten und zweiten Freigabesignals.

10. Vorrichtung nach Anspruche 9, wobei die Überprüfung auf gegenseitige Plausibilität eine Überprüfung der ersten und zweiten Sensordaten auf Plausibilität mitumfasst, wobei die

P-2021-0716 LU503174 Überprüfung der ersten und zweiten Sensordaten auf Plausibilität insbesondere eine Überprü- fung dahingehend beinhaltet, ob die ersten und zweiten Sensordaten zueinander konsistent sind und/oder ein jeweiliges Vergleichskriterium erfüllen, wobei das Vergleichskriterium für die ersten Sensordaten (21) eine charakteristische Eigenschaft des ersten physikalischen Pa-

rameters basierend auf den empfangenen zweiten Sensordaten (22) repräsentiert und das Vergleichskriterium für die zweiten Sensordaten (22) eine charakteristische Eigenschaft des zweiten physikalischen Parameters basierend auf den empfangenen ersten Sensordaten (21) repräsentiert.