WO2011154091A2 - System und verfahren zur veränderung der winkelstellung von rotorblättern einer windenergieanlage - Google Patents

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WO2011154091A2
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motor
drive
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Andreas Vath
Anna Redelberger
Alen Mustafi
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Robert Bosch Gmbh
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for changing the angular position of rotor blades of a wind power plant, in which the rotor blades each individually assigned drive units and the drive units are provided individually associated control devices.
  • Modern wind turbines operate on the buoyancy principle, - the individual rotor blades produce a buoyancy force similar to an aircraft wing when exposed to wind.
  • the systems are usually designed as so-called high-speed machines and usually have a few (eg two or three) rotor blades.
  • the rotor blades are adjusted independently of one another by means of these individually assigned drive units with corresponding control devices.
  • a separate control device is provided for each rotor blade, which operates independently of the control devices for the other rotor blades.
  • the nominal values for the individual control devices are determined by a superordinate control station, for example as a function of the wind speed.
  • the measures according to the invention include, in the event of a failure or malfunction of the control device of the drive unit for a rotor blade, the regulation of this drive unit by a control device of another rotor blade.
  • a control device for example a correspondingly regulated converter.
  • the invention thus proposes a direct parallel connection of the drive units in the event of a fault.
  • the invention thus offers over the prior art the great advantage that, after the switchover has taken place, both the first and the second drive are controlled simultaneously. While in this simultaneous control is switched only once when an error occurs and the system then remains in the appropriate state, a constant switching is required in accordance with the prior art with alternating control.
  • the life of the contactors used can thus be increased and there are advantages in terms of the number of switching cycles.
  • the potential risk of exceeding a 90 degree Polradwinkels when the load torque exceeds the achievable by the voltage and frequency on the motor tilting torque (the motor "tilts") can be advantageously avoided by a Polradwinkelüberwachung using a motor model is used. If an excessively large rotor angle is detected, the dynamics of the system or of the drives can be reduced in such a way that the torque to be supplied by a motor and thus the rotor angle are reduced again.
  • the angular positions "diverge" When a load is applied, therefore, increasing deviations in the rotor blade angular positions can be observed over time (the angular positions "diverge").
  • the reason for this lies in the different load torques of the motors of the respective drive units.
  • the speed setpoint value of the second axis is also formed in a control device which activates both drives in the event of an error.
  • the two drives experience different load torques, they will correspondingly have different angular speeds.
  • resulting angle differences between the rotor blades assigned to the motors can advantageously be reduced by performing an angular synchronization when a specific threshold angle difference is reached.
  • the "leading" engine is stopped by a braking device ("stalled"), the "trailing” engine will continue to move until both motors again have the same angle (or a corresponding threshold to be envisaged below). Subsequently, a parallel procedure of both engines takes place again.
  • the angular position of both motors is determined by the encoder.
  • the brake device used is advantageously an electro-mechanical brake which brakes the engine in the de-energized state (when the brake circuit is open). At the same time advantageously the motor phases are opened, so that an overload of the braked motor is avoided.
  • appropriate switching means for example in the form of contactor circuits
  • FIG. 1 shows a rotor blade with an associated angle adjustment device according to the prior art in a schematic representation.
  • FIG. 2 a shows a schematic illustration of a system with two illustrated angle adjusting devices for rotor blades according to the prior art.
  • FIG. 2b shows a system with two illustrated angle adjusting devices for rotor blades according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows the sequence of a method according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a rotor blade with an associated angle adjustment device according to FIG. 1
  • the arrangement is designated overall by 10.
  • the arrangement has as essential components a rotor blade 1 in the form of a hollow body, a drive unit 2 in the form of an electric motor, and a control unit 3 assigned to the drive unit 2.
  • the drive unit 2 Via a gear 4, the drive unit 2 is connected to a spur gear 5, which is in meshing engagement with a toothed element 6 on the inside of the rotor blade 1.
  • a torque in the rotor blade 1 can be introduced.
  • the rotor blade 1 is mounted in a blade bearing 7, which ensures an adjustment of the rotor blade 1 about its axis by the spur gear 5.
  • the controller 9 is in the form of an operational control which is connected via a control connection 8 to the control device 3 and ensures that all adjustment devices provide an identical rotor blade position.
  • the higher-level controller 9 can be connected to other superordinate elements which, for example based on a wind force, provide specifications for the rotor position.
  • FIG. 2 a shows a system with two adjustment devices for changing the angular position of rotor blades 1 and designated by 100 as a whole.
  • the system 100 has two drive units 21, 22, which are each assigned to corresponding rotor blades 1. Although only two adjusting devices are shown in the figure, it is understood that the system can be used in the same way also in systems with more than two rotor blades.
  • the drive units 21, 22 have a motor M and a brake M associated with the motor M.
  • the brake B for example, as explained above, a motor can be braked, whereby a determination of the blade position and a synchronization of asynchronous rotor blade positions can be made possible.
  • the drive units 21, 22 are each associated with control devices 31, 32 and connected to them via control connections 311, 312, 321, 322 in the form of control lines.
  • the drive connections 311, 321 respectively supply the operating voltages provided by an inverter to the motors M.
  • the actuation of the brakes B takes place via the drive connections 312 and 322.
  • corresponding switching elements can be provided.
  • the individual adjusting devices are in contact with a higher-level control 9 via control connection 8.
  • FIG. 2a shows a system realized according to the present invention.
  • FIG. 2b In the system designated 200, the same elements as in Figure 2a are provided, in Figure 2b, however, has been dispensed with a representation of the drive connections 31 1, 312 and the control device 31 for clarity.
  • the control device 32 shown in FIG. 2b is initially connected to the motor M via a control connection 321 and to the brake B (in each case the drive unit 22) via a control connection 322.
  • further drive connections 331 and 332 are provided with these associated switching means S, for example in the form of contactor circuits.
  • the switching means S can be realized for example as a power switch.
  • the switching means S By the switching means S, a connection between the control device 32 and the drive unit 21 can be effected, so that a control of the drive units 21 and 22 can be made by the control device 32 in parallel.
  • a further drive connection 340 is provided, which enables a synchronous switching of the motor phases and the brake circuit.
  • the switching of the switching means S can be carried out either in accordance with a higher-level control which detects an error in a control device 31 and / or by a mutual monitoring of the control devices.
  • FIG. 3 illustrates the sequence of a method according to a preferred embodiment in the form of a flowchart and is designated overall by 300.
  • the method comes into play when a malfunction of a control device 31, 32 is detected in a step 301.
  • the detection takes place, for example, on the basis of signals 310, 320 provided by the control devices 31, 32 or on the basis of a signal 90 of a higher-order unit 9 connected to the control devices 31, 32 in connections 8.
  • step 302 After the detection of a malfunction in step 301, a control S 'of switching means S is carried out in step 302, whereby, as explained above, drive units 21, 22 can be controlled in parallel by a single control device 31, 32.
  • a parallel, simultaneous control of control units 21, 22 thus takes place. If, for example, asynchronous motors M are used in the control units 21, 22, it may be advantageous to permanently monitor an angular position M 'of the motors M in a step 303 and, if appropriate a synchronization Step 304, as explained above, to initiate. If other means for ensuring the symmetry of the angular positions are available, the steps 303 and 304 can be omitted for the sake of simplicity. The inventive method remains so long in the parallel control until, in a step 305, for example, due to maintenance, the proper operation of the previously failed or malfunctioning control device 31, 32 is ensured again.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (200) zur Veränderung der Winkelstellung von Rotorblättern (1) einer Windenergieanlage, mit den Rotorblättern (1) jeweils individuell zugeordneten Antriebseinheiten (2, 21, 22) und den Antriebseinheiten (2, 21, 22) jeweils individuell zugeordneten Regeleinrichtungen (31, 32), bei dem mittels Schaltmitteln (S) schaltbare Ansteuerverbindungen (331, 332, 340) vorgesehen sind, über die bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion wenigstens einer Regeleinrichtung (31, 32) eine dieser Regeleinrichtung (31, 32) zugeordnete Antriebseinheit (2, 21, 22) parallel zu und gleichzeitig mit einer anderen Antriebseinheit (2, 21, 22) mit einer der anderen Antriebseinheit (2, 21, 22) zugeordneten Regeleinrichtung (31, 32) ansteuerbar ist.

Description

System und Verfahren zur Veränderung der Winkelstellung von Rotorblättern einer
Windenergieanlage
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Veränderung der Winkelstellung von Rotorblättern einer Windenergieanlage, bei der den Rotorblättern jeweils individuell zugeordnete Antriebseinheiten und den Antriebseinheiten jeweils individuell zuge- ordnete Regeleinrichtungen vorgesehen sind.
Stand der Technik
Moderne Windenergieanlagen arbeiten nach dem Auftriebsprinzip,- wobei die einzelnen Ro- torblätter ähnlich einem Flugzeugflügel bei Windeinwirkung eine Auftriebskraft erzeugen. Die Anlagen sind üblicherweise als sogenannte Schnellläufer ausgeführt und verfügen in der Regel über wenige (z. B. zwei oder drei) Rotorblätter.
In derartigen Windenergieanlagen sind Blattverstellmechanismen (sogenannte Pitch- Systeme) vorgesehen, durch welche eine Winkelstellung (Pitch) der Rotorblätter veränderbar ist. Die primäre Aufgabe der Winkelverstellung ist die Leistungs- und Drehzahlregelung des Rotors durch Beeinflussung des jeweils erzeugten Auftriebs. Ferner kann der Rotor zum Stillstand gebracht werden, indem die Rotorblätter in die sogenannte Fahnenstellung verfahren werden, bei der kein Drehmoment auf die Rotorachse mehr einwirkt. Der Leistungsbei- wert und somit die Anlagenleistung sind direkt mit der Rotorblattstellung zur Windrichtung bzw. zur Rotationsebene der Anlage verknüpft. Durch eine Verstellung der Rotorblätter um ihre Längsachse wird direkt ein Einfluss auf die Abgabeleistung der Anlage genommen.
l Durch Verringern bzw. Eliminieren des Auftriebs ist es möglich, eine Windenergieanlage vor Überlastung bei übermäßig starkem Wind zu schützen.
Im Allgemeinen werden die Rotorblätter durch diesen jeweils individuell zugeordnete An- triebseinheiten mit entsprechenden Regeleinrichtungen unabhängig voneinander verstellt. Mit anderen Worten ist für jedes Rotorblatt eine eigene Regeleinrichtung vorgesehen, die unabhängig von den Regeleinrichtungen für die anderen Rotorblätter arbeitet. Die Sollwerte für die einzelnen Regeleinrichtungen werden von einer übergeordneten Leitstelle, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit, festgelegt.
Bei verstellbaren Rotorblättern ist eine möglichst synchrone Verstellung aller Blätter erforderlich. Unterschiedliche Stellungen einzelner Rotorblätter führen zu einer ungleichmäßigen Luftkraftverteilung am Rotor und damit zu aerodynamischen Unwuchten, die eine übermäßige mechanische Belastung der Anlage zur Folge haben. In entsprechenden Verstellsyste- men üblicherweise verwendete Antriebe sind beispielsweise auf Grundlage bürstenloser Elektromotoren realisiert. Diese sind jedoch, unter anderem aufgrund der für ihren Betrieb erforderlichen komplexen Regelsysteme, nur bedingt ausfallsicher. Es müssen daher Maßnahmen getroffen werden, die bei Ausfall oder Fehlfunktion einen sicheren Weiterbetrieb bzw. ein Abschalten der Anlage ermöglichen.
Bei herkömmlichen Windenergieanlagen erfolgt bei einem Fehler im Regelsystem einer Antriebseinheit eine sofortige Abschaltung der Anlage, um eine Überlastung durch unsymmetrische Blattwinkelstellungen zu vermeiden. Diese sofortige Abschaltung führt jedoch zu Ertragseinbußen, da bei jedem Ausfall vor dem Weiterbetrieb eine Wartung erforderlich ist.
In der DE 10 2007 006 966 A1 wird vorgeschlagen, bei Ausfall einer Regeleinrichtung den Motor, dessen Regeleinrichtung ausgefallen ist, durch die Regeleinrichtung eines anderen Motors abwechselnd mit diesem anderen Motor anzusteuern. Hierzu ist jedoch ein ständiges Umschalten erforderlich, was die Belastung entsprechend vorzusehender Leistungsschalter (Schütze) erhöht, durch die asynchrone Verstellung zu Unsymmetrien in den Blattstellungen führen kann, und eine geringe Verstelldynamik zur Folge hat. Ein ähnliches System, das jedoch die gleichen Nachteile aufweist, ist in der EP 1 664 527 B1 beschrieben. Vor diesem Hintergrund besteht also der Bedarf nach einer ausfalltoleranten Auslegung von Systemen zur Veränderung der Winkelstellung von Rotorblättern von Windenergienanlagen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein System und ein Verfahren zur Veränderung der Winkelstellung von Rotorblättern einer Windenergieanlage, bei der den Rotorblättern jeweils individuell zugeordnete Antriebseinheiten und den Antriebseinheiten jeweils individuell zugeordnete Regeleinrichtungen vorgesehen sind, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprü- che vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäßen Maßnahmen beinhalten, bei einem Ausfall oder bei einer Fehlfunktion der Regeleinrichtung der Antriebseinheit für ein Rotorblatt die Regelung dieser Antriebseinheit durch eine Regeleinrichtung eines anderen Rotorblatts vorzunehmen. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden hierbei zwei Antriebseinheiten parallel und gleichzeitig durch eine einzige Regeleinrichtung (zum Beispiel einen entsprechend geregelten Um- richter) angesteuert. Die Erfindung schlägt also eine direkte Parallelschaltung der Antriebseinheiten im Fehlerfall vor. Hierdurch wird das ständige Umschalten, das gemäß Stand der Technik bei der redundanten Ansteuerung erforderlich ist, verringert, und damit die Belastung entsprechend vorzusehender Schütze vermieden. Aufgrund des Wegfalls der Umschaltzeiten werden Unsymmetrien in den Blattstellungen vermindert und die Ver- Stelldynamik wird erhöht.
Die Erfindung bietet also gegenüber dem Stand der Technik den großen Vorteil, dass, nachdem die Umschaltung erfolgt ist, sowohl der erste als auch der zweite Antrieb gleichzeitig angesteuert werden. Während bei dieser gleichzeitigen Ansteuerung nur einmal bei Auftritt eines Fehlers umgeschaltet wird und das System dann im entsprechenden Zustand verbleibt, ist gemäß Stand der Technik bei alternierender Ansteuerung ein ständiges Umschalten erforderlich. Die Lebensdauer der verwendeten Schütze kann damit erhöht werden und es ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Anzahl an Schaltspielen. Ferner sind die Totzeiten der verwendeten Schütze und Bremsen nur einmal zu beachten. Da die Antriebe nicht re- gelmäßig gebremst werden, was bei alternierender Ansteuerung bei jedem Umschaltvorgang der Fall ist, ist ein Nachfahren des Winkelstellungs-Sollwertes besser möglich.
Wenngleich in Rahmen der vorliegenden Anmeldung von der parallelen Ansteuerung zweier Antriebe durch eine Regeleinrichtung die Rede ist, sei betont, dass auch bei Ausfall von zwei oder mehreren Regeleinrichtungen die diesen zugeordneten Antriebe durch eine andere (intakte) Regeleinrichtung angesteuert werden können, wenn die entsprechenden Leistungsmerkmale gegeben sind. Eine (annähernd) gleiche Winkellage der Rotorblätter wird dadurch erzielt, dass, beispielsweise durch eine U/f-Steuerung, die Frequenz (und dementsprechend die Drehzahl der Motoren) vorgegeben wird.
Bei der Parallelschaltung der Motoren treten, sofern durch die Parallelschaltung der Maxi- malstrom des jeweiligen Umrichters in einer Regeleinrichtung, die die Ansteuerung übernimmt, nicht überschritten wird, keine wesentlichen Einbußen in der Verstelldynamik auf. Weist ein entsprechender Umrichter entsprechende Leistungsreserven nicht auf, kann gegebenenfalls eine Verstelldynamik entsprechend reduziert werden. Die vorgeschlagenen Systeme können sowohl unter Verwendung von Asynchronmotoren als auch von Synchronmotoren realisiert werden.
Bei Synchronmotoren kann die möglicherweise vorhandene Gefahr des Überschreitens eines Polradwinkels von 90°, wenn das Lastmoment das durch die Spannung und Frequenz am Motor erreichbare Kippmoment überschreitet (der Motor also "wegkippt"), vorteilhafterweise dadurch vermieden werden, dass eine Polradwinkelüberwachung unter Verwendung eines Motormodells eingesetzt wird. Wird hierbei ein zu großer Polradwinkel erkannt, kann die Dynamik des Systems bzw. der Antriebe derart verringert werden, dass sich das von einem Motor zu liefernde Moment und damit der Polradwinkel wieder reduziert.
Bei Asynchronmotoren tritt anstelle des Polradwinkels eine Differenz der Drehzahlen von mechanischem Läufer und elektrischem Feld auf. Durch diese als "Schlupf bezeichnete Differenz liefern zwei Asynchronmotoren bei unterschiedlichen Lastmomenten trotz identischer Spannung und Frequenz unterschiedliche Momente, ohne dass jedoch die Gefahr des "Wegkippens" bestünde. Es ergibt sich jedoch ein geringfügiger Drehzahlunterschied zwischen den Motoren.
Bei Anliegen einer Last können daher über die Zeit zunehmende Abweichungen in den Ro- torblatt-Winkelstellungen beobachtet werden (die Winkelstellungen "laufen auseinander"). Die Ursache hierfür liegt in den unterschiedlichen Lastmomenten der Motoren der jeweiligen Antriebseinheiten. In Abhängigkeit vom Lastmoment und von einer erfassten Winkelstellung einer ersten Achse wird in einer Regeleinrichtung, die im Fehlerfall beide Antriebe ansteuert, der Drehzahlsollwert auch der zweiten Achse gebildet. Da die beiden Antriebe jedoch unter- schiedliche Lastmomente erfahren, werden sie entsprechend unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten aufweisen.
Sich insbesondere daraus ergebende Winkeldifferenzen den Motoren zugeordneter Rotorblätter können vorteilhafterweise dadurch reduziert werden, dass bei Erreichen einer be- stimmten Schwellwert-Winkeldifferenz eine Winkelsynchronisation erfolgt. Vorteilhafterweise wird hierzu der "vorauseilende" Motor durch eine Bremseinrichtung angehalten ("festgebremst"), der "nachlaufende" Motor wird so lange weiter verfahren, bis beide Motoren wieder den gleichen Winkel aufweisen (oder ein entsprechend vorzusehender Schwellwert unterschritten ist). Anschließend erfolgt wieder ein paralleles Verfahren beider Motoren. Vorteil- hafterweise wird dazu die Winkellage beider Motoren durch Geber bestimmt.
Bei der verwendeten Bremseinrichtung handelt es sich vorteilhafterweise um eine elektro- mechanische Bremse, die im stromlosen Zustand (bei geöffnetem Bremsenkreis) den Motor abbremst. Gleichzeitig werden hierbei vorteilhafterweise die Motorphasen geöffnet, so dass eine Überlastung des abgebremsten Motors vermieden wird. Es sind also vorteilhafterweise entsprechende Schaltmittel (beispielsweise in Form von Schützschaltungen) in den Motor- und Bremsenkreisen vorzusehen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch darge- stellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt ein Rotorblatt mit einer dieser zugeordneten Winkelverstelleinrichtung gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung.
Figur 2a zeigt ein System mit zwei dargestellten Winkelverstelleinrichtungen für Rotorblätter gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung.
Figur 2b zeigt ein System mit zwei dargestellten Winkelverstelleinrichtungen für Rotorblätter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3 zeigt den Ablauf eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In den nachfolgenden Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. In Figur 1 ist ein Rotorblatt mit einer zugehörigen Winkelverstelleinrichtung gemäß dem
Stand der Technik schematisch dargestellt. Die Anordnung ist insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Anordnung weist als wesentliche Komponenten ein Rotorblatt 1 in Form eines Hohlkörpers, eine Antriebseinheit 2 in Form eines Elektromotors, und eine der Antriebseinheit 2 zugeordnete Regeleinrichtung 3 auf. Über ein Getriebe 4 ist die Antriebseinheit 2 mit einem Stirnrad 5 verbunden, das im Zahneingriff mit einem Zahnelement 6 an der Innenseite des Rotorblatts 1 steht. Über die Antriebseinheit 2 und das Getriebe 4 ist mittels des Stirnrads 5 nach Maßgabe der Regeleinrichtung 3 ein Drehmoment in das Rotorblatt 1 einleitbar. Das Rotorblatt 1 ist in einem Blattlager 7 gelagert, das eine Verstellung des Rotorblatts 1 um seine Achse durch das Stirnrad 5 gewährleistet. Ebenfalls vorgesehen ist eine übergeordne- te Steuerung 9 in Form einer Betriebsführung, die über eine Ansteuerverbindung 8 mit der Regeleinrichtung 3 in Verbindung steht und gewährleistet, dass sämtliche Verstelleinrichtun- gen eine identische Rotorblattstellung liefern. Die übergeordnete Steuerung 9 kann mit weiteren übergeordneten Elementen verbunden sein, die, beispielsweise auf Grundlage einer Windstärke, Vorgaben für die Rotorstellung liefern.
In Figur 2a ist ein System mit zwei Versteileinrichtungen zur Veränderungen der Winkelstellung von Rotorblättern 1 dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Das System 100 weist zwei Antriebseinheiten 21 , 22 auf, die jeweils entsprechenden Rotorblättern 1 zuge- ordnet sind. Wenngleich in der Figur nur zwei VerStelleinrichtungen dargestellt sind, versteht sich, dass das System in gleicher Weise auch in Anlagen mit mehr als zwei Rotorblättern eingesetzt werden kann. Die Antriebseinheiten 21 , 22 weisen einen Motor M und eine dem Motor M zugeordnete Bremse B auf. Durch die Bremse B kann beispielsweise, wie oben erläutert, ein Motor abgebremst werden, wodurch eine Festlegung der Blattstellung und eine Synchronisierung von asynchronen Rotorblattstellungen ermöglicht werden kann.
Den Antriebseinheiten 21 , 22 sind jeweils Regeleinrichtungen 31 , 32 zugeordnet und mit diesen über Ansteuerverbindungen 311 , 312, 321 , 322 in Form von Ansteuerleitungen verbunden. Die Ansteuerverbindungen 311 , 321 liefern dabei jeweils die von einem Umrichter bereitgestellten Betriebsspannungen an die Motoren M. Die Ansteuerung der Bremsen B erfolgt über die Ansteuerverbindungen 312 und 322. Zur Schaltung der Bremsen B können entsprechende Schaltelemente vorgesehen sein. Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert, stehen die einzelnen Versteileinrichtungen mit einer übergeordneten Steuerung 9 über Ansteuerverbindung 8 in Kontakt.
Aus Figur 2a ist ersichtlich, dass bei einem Ausfall einer der Regeleinrichtungen 31 , 32 gemäß dem Stand der Technik eine Verstellung eines entsprechenden Blattwinkels nicht mehr möglich ist, da eine Ansteuerung des entsprechenden Motors M und/oder der entsprechenden Bremse B nicht mehr erfolgen kann. Wie erläutert, ist aus dem Stand. der Technik je- doch bekannt, Mittel vorzusehen, die es bei Ausfall einer der Regeleinrichtungen 31 , 32 ermöglichen, die jeweils anderen Motoren M alternierend zu dem eigentlich zugeordneten Motor M anzusteuern. Wie erläutert, ergeben sich hieraus jedoch signifikante Nachteile, durch die Umschaltvorgänge und/oder durch die durch die Umschaltvorgänge bewirkten Totzeiten. In Figur 2b ist ein entsprechend der vorliegenden Erfindung realisiertes System dargestellt. In dem mit 200 bezeichneten System sind die gleichen Elemente wie in Figur 2a vorgesehen, in Figur 2b ist jedoch auf eine Darstellung der Ansteuerverbindungen 31 1 , 312 sowie der Regeleinrichtung 31 der Übersichtlichkeit halber verzichtet worden. Die in Figur 2b dar- gestellte Regeleinrichtung 32 steht zunächst über eine Ansteuerverbindung 321 mit dem Motor M und über eine Ansteuerverbindung 322 mit der Bremse B (jeweils der Antriebseinheit 22) in Verbindung. Zusätzlich sind jedoch erfindungsgemäß weitere Ansteuerverbindungen 331 und 332 mit diesen zugeordneten Schaltmitteln S, beispielsweise in Form von Schützschaltungen, vorgesehen. Die Schaltmittel S können beispielsweise als Leistungs- Schalter realisiert sein. Durch die Schaltmittel S kann eine Verbindung zwischen der Regeleinrichtung 32 und der Antriebseinheit 21 bewirkt werden, so dass durch die Regeleinrichtung 32 parallel eine Ansteuerung der Antriebseinheiten 21 und 22 vorgenommen werden kann. Hierzu ist eine weitere Ansteuerverbindung 340 vorgesehen, die ein synchrones Schalten der Motorphasen und des Bremsenkreises ermöglicht. Das Schalten der Schaltmit- tel S kann dabei entweder nach Maßgabe einer übergeordneten Steuerung, die einen Fehler in einer Regeleinrichtung 31 detektiert und/oder durch eine wechselseitige Überwachung der Regeleinrichtungen vorgenommen werden.
In Figur 3 ist der Ablauf eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in Form eines Ablaufplans dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. Das Verfahren kommt dann zum Tragen, wenn in einem Schritt 301 eine Fehlfunktion einer Regeleinrichtung 31 , 32 erkannt wird. Die Erkennung erfolgt beispielsweise aufgrund von durch die Regeleinrichtungen 31 , 32 bereitgestellter Signale 310, 320 oder auf Grundlage eines Signals 90 einer übergeordneten und mit den Regeleinrichtungen 31 , 32 in über Verbindungen 8 in Verbindung stehenden übergeordneten Einheit 9.
Nach der Erkennung einer Fehlfunktion in Schritt 301 erfolgt in Schritt 302 eine Ansteuerung S' von Schaltmitteln S, wodurch, wie oben erläutert, Antriebseinheiten 21 , 22 parallel durch eine einzelne Regeleinrichtung 31 , 32 angesteuert werden können.
Nach Abarbeitung von Schritt 302 erfolgt somit eine parallele, gleichzeitige Ansteuerung von AnSteuereinheiten 21 , 22. Werden beispielsweise in den AnSteuereinheiten 21 , 22 Asynchronmotoren M verwendet, kann vorteilhaft sein, eine Winkellage M' der Motoren M in einem Schritt 303 permanent zu überwachen und gegebenenfalls einen Synchronisations- schritt 304, wie oben erläutert, einzuleiten. Falls andere Mittel zur Sicherstellung der Symmetrie der Winkellagen zur Verfügung stehen, kann zur Vereinfachung auch auf die Schritte 303 und 304 verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren verbleibt so lange bei der parallelen Ansteuerung, bis in einem Schritt 305, beispielsweise aufgrund einer Wartung, der ordnungsgemäße Betrieb der zuvor ausgefallenen oder fehlfunktionierenden Regeleinrichtung 31 , 32 wieder sichergestellt ist.

Claims

Ansprüche
1. System (200) zur Veränderung der Winkelstellung von Rotorblättern (1 ) einer Windenergieanlage, mit den Rotorblättern (1 ) jeweils individuell zugeordneten Antriebseinheiten (2, 21 , 22) und den Antriebseinheiten (2, 21 , 22) jeweils individuell zugeordneten Regeleinrichtungen (31 , 32), gekennzeichnet durch mittels Schaltmitteln (S) schaltbare Ansteuerverbindungen (331 , 332, 340), über die bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion wenigstens einer Regeleinrichtung (31 , 32) eine dieser Regeleinrichtung (31 , 32) zugeordnete Antriebseinheit (2, 21 , 22) parallel zu und gleichzeitig mit einer anderen Antriebseinheit (2, 21 , 22) mit einer der anderen Antriebseinheit (2, 21 , 22) zugeordneten Regeleinrichtung (31 , 32) ansteuerbar ist.
2. System (200) nach Anspruch 1 , bei der die Antriebseinheiten (2, 21 , 22) jeweils einen Elektromotor (M) und eine Bremseinrichtung (B) aufweisen, die durch die Schaltmittel (S) gleichzeitig mit der der anderen Antriebseinheit (2, 21 , 22) zugeordneten Regeleinrichtung (31 , 32) verbindbar und von dieser trennbar sind.
3. System (200) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Antriebseinheiten (2, 21 , 22) jeweils einen Elektromotor (M) in Form eines Asynchronmotors aufweisen.
4. System (200) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Antriebseinheiten (2, 21 , 22) jeweils einen Elektromotor (M) in Form eines Synchronmotors aufweisen.
5. System (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine An- triebseinheit (2, 21 , 22) einen Lagegeber aufweist.
6. System (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine weitere Regeleinrichtung (9) vorgesehen ist, durch die die Ansteuerung der wenigstens einen Antriebseinheit (2, 21 , 22) parallel zu der anderen Antriebseinheit (2, 21 , 22) mit der der anderen Antriebseinheit (2, 21 , 22) zugeordneten Regeleinrichtung (31 , 32) bewirkbar ist.
7. Verfahren zur Veränderung der Winkelstellung von Rotorblättern (1 ) einer Windenergieanlage in einem System (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem bei einem Ausfall oder einer Fehlfunktion wenigstens einer Regeleinrichtung (31 , 32) eine dieser Regeleinrichtung (31 , 32) zugeordnete Antriebseinheit (2, 21 , 22) parallel zu und gleichzeitig mit einer anderen Antriebseinheit (2, 21 , 22) mit einer der anderen Antriebseinheit (2, 21 , 22) zugeordneten Regeleinrichtung (31 , 32) angesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Winkelstellungen der Rotorblätter (1 ) bestimmt und die Winkelstellungen durch Abbremsen und/oder Nachführen von den Rotorblättern (1 ) zugeordneten Motoren (M) von Antriebseinheiten (2, 21 , 22) synchronisiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem bei Überschreiten eines kritischen Pol- radwinkels wenigstens eines als Synchronmotor ausgebildeten, einem Rotorblatt zugeordneten Motors (M) einer Antriebseinheit (2, 21 , 22) eine Ansteuerleistung des Motors (M) reduziert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein mechanischer Winkel des Motors (M) be- stimmt, ein Winkel eines zugehörigen elektrischen Feldes ermittelt und ein Vergleich des mechanischen Winkels mit dem Winkel des elektrischen Feldes zur Bestimmung eines Polradwinkels des wenigstens einen Motors (M) durchgeführt wird.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115773200B (zh) * 2022-11-23 2023-07-07 华锐风电科技(集团)股份有限公司 基于双电机驱动的安全停机系统及工作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1664527B1 (de) 2003-09-03 2007-02-14 General Electric Company Redundantes steuerungssystem zur verstellung der anstellwinkel der rotorblätter einer windkraftanlage
DE102007006966A1 (de) 2007-02-13 2008-08-14 Robert Bosch Gmbh Antriebseinrichtung zum Antreiben von mehreren Achsen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2552691T3 (es) * 2004-12-30 2015-12-01 Vestas Wind Systems A/S Turbina eólica que comprende un sistema de control de redundancia multiplicada y método para controlar una turbina eólica
DE102007049313A1 (de) * 2007-10-15 2009-04-16 Kenersys Gmbh Rotorblattverstellsystem
KR101487697B1 (ko) * 2010-03-10 2015-01-29 에스에스비 윈드 시스템즈 게엠베하 운트 코 카게 여분성 피치 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1664527B1 (de) 2003-09-03 2007-02-14 General Electric Company Redundantes steuerungssystem zur verstellung der anstellwinkel der rotorblätter einer windkraftanlage
DE102007006966A1 (de) 2007-02-13 2008-08-14 Robert Bosch Gmbh Antriebseinrichtung zum Antreiben von mehreren Achsen

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