WO2012003940A1 - Method and apparatus for providing a pitch angle correction signal for at least one rotor blade of a wind power installation - Google Patents

Method and apparatus for providing a pitch angle correction signal for at least one rotor blade of a wind power installation Download PDF

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WO2012003940A1
WO2012003940A1 PCT/EP2011/003244 EP2011003244W WO2012003940A1 WO 2012003940 A1 WO2012003940 A1 WO 2012003940A1 EP 2011003244 W EP2011003244 W EP 2011003244W WO 2012003940 A1 WO2012003940 A1 WO 2012003940A1
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rotor
deflection
rotor blade
blade
pitch
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PCT/EP2011/003244
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Felix Hess
Martin Voss
Boris Buchtala
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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
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2270/8041—Cameras
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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 relates to a method and a device for providing a pitch correction signal for a rotor blade of a wind turbine according to the independent claims.
  • the circle of rotor blades of a wind rotor is usually unevenly traversed by wind during its operation. This results in the course of a rotor rotation variable wind forces on the rotor blades of a wind turbine.
  • the speed above the nominal wind speed is controlled by synchronous adjustment of the blade angle, that is changed by changing the angle of attack of the aerodynamic lift and thus the drive torque in such a way that the system held in the range of rated speed can be.
  • pitch and yaw moments on the nacelle arise due to asymmetric aerodynamic loads.
  • the asymmetric loads are caused, for example, by wind shear in the vertical direction, such as boundary layers, yaw angle errors, gusts and turbulence or impoundment of the flow at the tower.
  • One approach to reducing these asymmetric aerodynamic loads is to individually adjust the pitch of the blades (Individual Pitch Control, IPC).
  • IPC Intelligent Pitch Control
  • sensors are mounted in or on the rotor blades to measure the blade bending moments.
  • the bending moments then serve as a control variable for the individual Blattver- position.
  • Other methods determine the pitch and yaw moments by measuring the gondola acceleration via gyrometer. For this regulation, the sheet bending moments are very well suited as a controlled variable. However, it has not yet been possible to find suitable measuring technology for continuous use.
  • Fiber Bragg sensors for measuring moments laminated to the blades can not be replaced in the event of a defect; bonded strain gage sensors have a very short service life. Both methods additionally have the problem that the measurement takes place only locally on the sheet. Local inhomogeneities in the laminate therefore lead to measurement errors. A conclusion on the global state of tension in the blade root and thus the moment acting there is always fraught with errors.
  • the document WO 2008 041066 A I describes such a regulation, which uses measured moments for a regulation of the individual angles of incidence of the blades of a wind rotor of a wind turbine as a controlled variable.
  • the document DE 197 39 164 A I describes a wind power plant, which individually adjusts the rotor blades for a compensation of the yawing and pitching moments of the rotor of the wind turbine and used in the individual rotor blade introduced strain gauges to determine the acting moments. It is the object of the present invention to provide an improved method and apparatus for providing a pitch correction signal for a rotor blade of a wind turbine.
  • the present invention is based on the finding that a rotor blade reacts to the variable wind forces with a deflection that is influenced by the material characteristics of the rotor blade. This deflection is directly related to the resulting momentum at the leaf root.
  • a measurement of the current deflection about an axis at a known, predefined location of a rotor blade allows conclusions to be drawn about the moment at the blade root currently acting around this axis. For this reason, from the easy and reliable deflection to be determined, a conclusion can be drawn about the moment at the blade root or the pitch correction signal can be determined on the basis of the deflection.
  • the invention comprises a method for correcting a desired angle of attack signal of a rotor blade of a wind turbine, wherein the desired pitch signal represents a common angle of attack, which was determined for a plurality of rotor blades, the method comprising the following steps:
  • the signals representing the desired angle of attack are additively superimposed on the signals representing the pitch correction component for the respective blade in order to obtain a corrected desired angle of attack or a corresponding signal.
  • the invention provides an apparatus for providing a Anstellwinkelkorrektursignals for at least one rotor blade of a wind turbine, wherein the wind power plant at least one, about a rotor axis and 'a blade longitudinal axis rotatable rotor blade, with a structure rotor plane spans as imaginary auxiliary plane substantially perpendicular to the rotor axis
  • the apparatus comprising comprising: means for providing a displacement signal representative of a current deflection of the rotor blade from the design plane of the rotor, the rotor blade experiencing variable deflections from the construction rotor plane during one revolution around the rotor axis; and means for determining a pitch correction signal based on the sweep signal, the pitch correction signal being adapted to achieve deflection of the at least one rotor blade when coupled to a common launch signal for a plurality of rotor blades of the wind turbine, opposite to a previous deflection of that rotor during one revolution about the rotor axis
  • Another advantage is a computer program product with program code for carrying out the presented method, when the program is executed on an information system, a control device or generally speaking on a device.
  • This device may be a computer, a microcontroller or a similar electronic circuit, which is designed for the execution of programs.
  • a wind turbine as used herein also abbreviated as WKA, includes a tower or mast, a generator nacelle, and a rotor.
  • WKA wind turbine
  • the rotor rotates about its axis of rotation, the rotor sweeps over a surface, the circle of revolution.
  • the rotor blades are at an approximately right angle to the axis of rotation of the rotor. Therefore, the blades of the wind turbine move in an ideal state without any force approximately in a construction rotor plane. If the rotor deviates from its ideal shape due to the application of forces such as weight, wind force, acceleration and inertia force, there will be a deviation or deflection on the blades from the design rotor plane. This deviation is measurable.
  • the information about the deviation of a single sheet, multiple sheets or all blades of the rotor can be reproduced in a displacement signal.
  • the pitch correction signal thereby represents the positive or negative angle for a particular rotor blade about which the collective target pitch determined for multiple or all rotor blades of a wind rotor is to be adjusted to match the resulting deflection of the rotor blade to an average multiple blade pitch ,
  • the deflections which are directly related to the resulting moments on the blade root, represent the moment load for the respective rotor blade.
  • the Anstellwinkelkorrektursignal can be determined such that acts on all rotor blades an equal and constant as possible torque, so that the fatigue load of the rotor blades is minimal.
  • Disturbing moments about pitch and yaw axis can be suppressed or at least reduced in this way by the individual adjustment of angles of attack of the different rotor blades.
  • in the step of determining the pitch correction signal is determined from a difference of an average of the variable deflections of the rotor blades represented by the deflection signal and the actual deflection of the one rotor blade.
  • step of providing a signal of a cable sensor can be used to determine the Aüslenkungssignal.
  • a draw wire sensor provides a cost effective way to determine the deflection of a sheet.
  • Optical detection makes it possible to measure the blade deflection free of transmission errors due to irregularities in the material, such as local inhomogeneities on the blade, ie local defects in the laminate.
  • An optical sensor has a much longer life and robustness than conventional strain and strain sensors, since no moving parts can fail due to fatigue.
  • local material defects have no influence on the measurement result, since the measurement takes place over a large portion of the sheet. A global deformation of the sheet is measured.
  • Material properties of the blade are irrelevant, so that aging or stiffness changes due to moisture need not be taken into account. There are no high demands placed on a positioning accuracy. Temperature compensation is unnecessary and there is no drift in the measurement signal.
  • the components for such an embodiment are easy to maintain, calibrate, and recalibrate.
  • a plurality of predefined points of the rotor are detected and detected At least one uniquely identifiable pattern is recognized, wherein the deflection signal is determined using the recognized pattern. Detecting multiple points or a pattern increases the achievable accuracy of the method, since the information content in the jointly detected points is higher by an additional possibility of determining the distances of the points to each other. If one of the points should not be recognizable due to a defect or harmful influences, then in some cases enough points are still detected to be able to provide precise deflection information.
  • the step of providing a camera is used to detect the predefined points and the deflection of the rotor blade is determined due to an arrangement of a plurality of pixels of a pixel image of the camera.
  • a camera for obtaining information can be used cost-effectively and simply.
  • Optically uniform interrelations make it possible to use different camera models. As a result, there is no danger of a spare part shortage if a camera needs to be replaced.
  • the components can be accommodated within a rotor blade, where they are protected against the effects of the weather. Reflective material can be easily retrofitted in or on a rotor blade, so that only a small effort must be operated to allow retrofitting.
  • At least one optical fiber introduced into the rotor blade or attached to the rotor blade is used in the step of providing, which is adapted to move light from a light emitting light source close to the rotor axis to the at least one predefined point .
  • Fiber optic fibers are generally non-conductive for electricity.
  • the method comprises an additional step of determining at least one additional pitch correction signal for a further rotor blade of the wind turbine based on a further deflection signal, influencing an angle of attack about the blade longitudinal axis of at least one further of the rotor blades taking into account the further pitch correction signal, such that a subsequent deflection of the at least one further rotor blade during a rotation about the rotor axis is approximately constant.
  • Such an embodiment of the present invention offers the advantage that by providing angle of attack correcting signals for a plurality of rotor blades, a further improved compensation of the yawing and pitching moments of the wind turbine can be achieved.
  • the pitch correction signal is generated by a pitch yaw
  • Transformation of the deflection signal into a pitch deflection portion and a yaw deflection portion converted.
  • the pitch deflection component is converted to a pitch pitch component and the yaw deflection component is converted to a yaw pitch component.
  • a pitch-yaw inverse transformation of the pitch pitch component and the yaw pitch component into the pitch correction signal is performed.
  • a correction angle for the pitch and yaw axes can be determined in each case via suitable control parameters in order to reduce these yaw and pitch angles.
  • the pitch correction signals for the individual rotor blades can be determined.
  • Such a control does not require a high control speed. Rather, slowly varying deflection differences arise, which are very well suited to adapt a system with high moments of inertia, such as a wind turbine, to an inhomogeneous distribution of the wind power over the circle of flight of the rotor blades.
  • FIG. 1 is a block diagram of an embodiment according to the approach proposed here;
  • FIG. 2a block diagrams of another embodiment according to the here and 2b proposed approach
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a front or rear view of an exemplary embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here;
  • FIG. 4 shows a diagram for explaining a bending angle detection according to an exemplary embodiment of the approach proposed here
  • FIG. 5 shows a diagram for explaining a deflection detection according to an embodiment of the approach proposed here
  • FIG. 6 is a schematic representation of a side view of an embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here;
  • Fig. 7a is a schematic representation of a side view of another and 7b exemplary embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here;
  • FIG. 9 is a flowchart of an embodiment of the present invention as a method.
  • FIG. 1 shows a first block diagram of an embodiment according to the approach proposed here.
  • a unit 100 for operation determines depending on a current speed n and load of a wind turbine 102 a common setpoint angle ⁇ for all rotor blades of the wind turbine 102.
  • the target angle of attack ⁇ or a corresponding signal is a base size for influencing a blade angle adjustment by a Journal longitudinal axis of each rotor blade of the wind turbine 102 used.
  • the wind turbine 102 comprises a device for providing information xj, x 2 , x 3 via a deflection of the individual of the three rotor blades by attacking wind forces, which passes this information on to a device 104 for determining.
  • a device 104 for determining In the means for determining 104 for each rotor blade to compensate for the different deflections depending Anstellwinkelkorrektursignal ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 determined.
  • the Anstellwinkelkorrektursignal ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 is outputted by the means for determining 104 and added to the respectively belonging to the rotor blade signal for the Sollanstellwinkel ⁇ and gives the resulting angle of attack ⁇ , ⁇ p 2 , ⁇ 3 , that is one for each one the three rotor blades of the wind turbine 102.
  • the operational management 100 determines the necessary collective setpoint angle ⁇ for all rotor blades of the wind turbine 102 due to a current load situation for the wind turbine 102 in order to maintain a required setpoint speed of the wind turbine 102 within a narrow tolerance range. At the same time, the management 100 influences the current load situation via a torque input corresponding to a current wind speed.
  • Wind attack power causes an oscillating deflection xi, x 2 , x 3 of each individual rotor blade during one revolution.
  • This deflection during one revolution is forwarded to the means 104 for determining 104 as the actual deflection ⁇ ⁇ , x 2 , x 3 of each individual rotor blade by means for providing as a deflection signal xi, x 2 , x 3 .
  • Anstellwinkelkorrektursignale ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 are determined in the means for determining 104, an approximation of the individual deflections X
  • the object of the means for determining 104 is to keep the deviations of the rotor blades from a constant and uniform AutomatlenklenkSh small (ideally close to zero) in order to reduce fatigue in the material of the rotor blades by changing loads.
  • the load is reduced for all other components of the wind turbine 102, which support the torque resulting from the variable forces during a revolution.
  • the service life of all components involved increases.
  • the approach presented here has the advantage that the blade deflection is much easier to measure than the blade bending moment. It is sufficient to measure the deflection of any point from the rotor plane, ie the design rotor plane.
  • the blade deflection at the blade tip can be used as a control signal.
  • a certain minimum distance to the blade foot should be maintained in order to obtain sufficiently large and therefore precisely measurable blade deflections.
  • the deflection directly on the blade foot is always zero, so a measurement there meaningless.
  • Sheet deflection measurement methods can be implemented via acceleration sensors in the sheet, or realized by distance measurements such as wire draw sensors or optical range finding.
  • FIGS. 2a and 2b each show a block diagram of a further embodiment according to the approach proposed here.
  • an operating control 100 forwards a desired angle of attack ⁇ according to a current rotational speed n or ⁇ and a current load situation P depending on a current wind speed to a wind turbine 102, as corresponds to a standard control 200.
  • the wind turbine 102 is, as described in Fig. 1, subject to aerodynamic phenomena. This results in different deflections x 1 , x 2 , x 3 on the rotor blades of the wind power plant during one revolution. These are forwarded in a device for providing to a device 201 for transformation.
  • the device 201 for transformation accesses a rotor rotational position ⁇ , which is also output by the wind turbine and which denotes a current angular position of the rotor during one revolution.
  • the different deflections xj, x 2 , x 3 of the rotor blades are converted into values XD and XQ in coordinates of a wind turbine fixed coordinate system.
  • a pitch deflection xo is processed in a controller 202 for the pitch component to a pitch correction portion ⁇ o ⁇ the pitch component.
  • a yaw deflection XQ is processed in a controller 204 (for the yaw component to a Anstellwinkelkorrektursignal A p Q for the yaw component.
  • a device 206 to the inverse transformation then the correction signals for
  • Yaw component Acp Q and pitch component ⁇ again transformed into a rotor-related, ie circulating coordinate system.
  • the means 206 for rearrangement again accesses the signal representing the rotor rotational position or angular position ⁇ .
  • This results in the Anstellwinkelkorrektursignale ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 for the individual rotor blades of the rotor, the respective signal for the target Incident angle ⁇ are superimposed and give the resulting signals representing the individual angles of incidence ⁇ , ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • the goal is to minimize asymmetric loads on the rotor.
  • the sheet bending moments in the direction of impact are measured and the asymmetries in the three measured moments are reduced by the IPC controller.
  • the idea of the proposed approach is that sheet bending moments associated with a deflection of the sheet so a deflection in the pan and impact direction.
  • the direction of impact is mainly relevant.
  • the deflection can be used as a control variable for the IPC control. Whether the actual relationship between displacement and load is linear or involves nonlinearities is irrelevant to the goal of reducing asymmetric loads.
  • the only assumption for the method presented here is that the leaves show the same deflection under the same load.
  • the aim of the regulation presented here is that asymmetric deformations are corrected, which means that the deformations of all blades of the wind turbine should be the same.
  • the bending moments measured at the blade root are transformed by the DQ transformation into a stationary coordinate system.
  • the D component, the pitching moment of the rotor, and the Q component, the yaw moment are regulated to zero by a respective controller.
  • the goal is therefore to get the rotor at the hub nick- and yaw moment free.
  • the controllers generate a pitch angle component in the stationary coordinate system.
  • the DQ transformation calculates a deflection in the D direction and a deflection in the Q direction.
  • the two controls now try to settle these two deflections to zero.
  • the D and Q pitch components generated for this purpose are transformed back into the rotating coordinate system by the inverse DQ transformation, ie a DQ "1 transformation, analogously to the method described above, thereby producing individual pitch angles or individual pitch angle correction signals for all three sheets ,
  • a rotor blade 300 has an optical detection device 304 in the region of a blade root or a blade root 302.
  • the optical detection device 304 may detect parts of the rotor blade 300 or on a surface of the rotor blade 300 in a detection area (indicated by dashed lines).
  • the rotor blade 300 has a series of predefined points or dot patterns 306, 308, 310 that are distinguishable by an individual pattern.
  • the predetermined points 306, 308, 310 are located in the detection range of the optical detector 304.
  • the optical detector 304 may be, for example, a camera.
  • the optical detector 304 provides information representing the optical information about the detection area.
  • Information about the predefined points 306, 308, 310 is also contained in the optical information. Leaves the rotor blade 300 by a force of its rest position, so change the optical information that provides the optical detection device 304.
  • a dot pattern representing the information about the predetermined points 306, 308, 310 changes its position within the optical information according to a change in the position of the predefined points 306, 308, 310 with the rotor blade. This change can now be evaluated for providing a deflection information. If a lack of illuminance makes detection of the predetermined points by the optical detection means impractical or impossible, sufficient illumination can be provided by means of a light source 312. It is particularly advantageous if the predefined points 306, 308, 310 have increased visibility.
  • FIG. 4 shows a diagram of a bending angle detection or rotation measurement according to the approach proposed here.
  • An array of predetermined points is shown in two different states 410 and 420.
  • the first state 410 the multiple points 412, 414, 416 and 41 8 are arranged without deflection in a row.
  • the second state 420 the deflection of the points 412, 414, 416 and 41 changes, for example when the row changes its relative angle ot to an initial state.
  • the optically detectable distances of the points 412, 414, 416 and 418 from one another change as a result of the tilting, deflection or rotation of the row according to the relationship I-cosa.
  • the distance 1 of the points is thus shortened by l-cosa.
  • a rotor blade When a rotor blade is exposed to aerodynamic or other forces, it responds to these forces with an evasive movement. Since the rotor blade is firmly clamped to his foot, it can not escape there. As a result of the attacking forces, the rotor blade deforms more and more with increasing distance from the leaf foot. This results in an increasing deviation of the angle of the blade longitudinal axis from the rest position of the blade longitudinal axis. This angular deviation can be determined by evaluating the measurable distances of points 412, 414, 416 and 418 in the image of camera 400 in state 420. The distance of the points is shortened by cos a.
  • a measurement of the blade deflection of a wind turbine by means of a camera, which observed an artificial starry sky in the rotor blade is also possible.
  • the deflection can now be measured by the displacement of the dot pattern by the camera.
  • a simple monochrome fixed focus camera can be used as the camera.
  • the resolution of the camera can be in the range of 1000 x 1000 pixels.
  • the measurement resolution is then determined by the zoom factor of the camera. If, for example, it has an image area of 1 mx 1 m, the measurement resolution for the deflection is 1 mm.
  • Modern image processing algorithms are even subpixel-accurate, so that the resolution can be further increased.
  • the available camera technology is proven and robust. 5 shows a diagram of a deflection detection according to the approach proposed here using a camera.
  • Two pictures sections 500 and 502 of a camera are arranged one above the other, wherein the camera image 500 is recorded in the undeflected state and the camera image 502 is recorded in the deflected state of the rotor blade.
  • the detail 500 shows a group of predefined points 306.
  • the detail 502 shows two groups of predetermined points 306, 308.
  • the group of points 306 has in the detail 502 a displacement 504 in relation to the detail 500.
  • the point group 308 is not visible in the cutout 500, but is visible in the cutout 502 due to the displacement of the groups 306 and 308 and the common arrangement of the points on the rotor blade.
  • this actual shift can be determined.
  • the arrangement of the point groups at different distances from the leaf root results in different shifts of the groups of points.
  • the camera can reproduce these differences and in the step of providing it can output a deflection signal for different distances from the blade root. If one or more of the point groups with the rotor blade should be displaced beyond a detection range of the camera, the distribution of the point groups over the length of the rotor blade ensures that at least one group of points remains detectable in the detection area.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a side view of an exemplary embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here.
  • the rotor blade 300 has an optical detection device 304 on its blade foot 302.
  • a plurality of groups of points 306, 308, 310 are distributed over the length of the rotor blade and are located in a detection range of the optical detection device 304.
  • At the foot 302 of the rotor blade 300 there is a light source 600 which via light guides 602 the light from the light source 600 to the point groups 306, 308, 310 directs.
  • the points of the groups of points form free ends of the light guide, from which the light can escape from the light guide into the environment.
  • the emerging light from the ends of the optical fibers 602 forms the distinguishable patterns of the dot groups 306, 308, 310 and is detected by the detector 304.
  • the blade 300 Under the influence of, for example, wind force and gravity, the blade 300 increasingly deforms from the blade foot 302 to the blade tip.
  • the point groups 306, 308, 310 are also progressively changing their position from the blade foot 302 to the tip. This is registered by the optical detection device 304 and from the optical information the deflection signal can be generated in the step of providing.
  • the use of light conductors 602 reduces the sensitivity of the rotor blade 300 to lightning damage, since no electrical lines have to be introduced inside or outside the blade 300.
  • a rotor blade 300 extends in the z direction and has a camera 304 within its blade foot 302.
  • the camera 304 is directed to point groups 306, 308, 310 and can detect them.
  • the leaf foot or blade root 302 also contains a light source 600, for example an LED, which guides the light of the light source 600 to the points 306, 308, 310 via optical fibers 700, for example made of glass fiber.
  • a light source 600 for example an LED, which guides the light of the light source 600 to the points 306, 308, 310 via optical fibers 700, for example made of glass fiber.
  • frames 702 for reinforcing the rotor blade 300.
  • Pan and direction of impact at the point of interest By measuring the star distances, it is also possible to calculate the local bending angle of the rotor blade at the point of interest. If frames in the rotor blade restrict the field of view of the camera, the optical sensor can still measure the deflection, if the starry sky consists of distinguishable groups of points. The twist of the Starry sky can be measured as shown by the shortening of the point distances. This also works for 2-dimensional deflections or twists in the direction of impact and pivoting. The measuring range of the deflection can be considerably larger than 1 m, if the starry sky is correspondingly larger and consists of distinguishable dot patterns.
  • the core of the presented concept is the measurement of the blade deflection of a wind turbine by means of a camera, which observes an artificial starry sky in the rotor blade.
  • a measuring device for this method can be constructed so that all electronic components are mounted directly in the blade base. This allows a protected against lightning installation and easy replacement in case of failure.
  • the light for the dot pattern of the starry sky is generated by a light source, such as a light emitting diode LED, an incandescent lamp or a gas discharge lamp in the leaf root, from which leads one or more optical fibers to the individual luminous points. So there is no need to lay electrical lines in the rotor blade, which can be prone to failure in lightning strikes.
  • the artificial starry sky should be mounted far enough in the rotor blade, so that the deflection of the rotor blade at the measuring point is sufficiently large, so that a shift can be measured.
  • FIG. 8 shows a simplified illustration of the resulting deformation of a wind rotor from the design rotor plane under wind load.
  • a wind turbine 800 with a rotor 802 is acted upon by wind.
  • the rotor 802 is deflected by the wind pressure about a deflection 804 from the design rotor plane 806.
  • the deflection 804 at the blade tip of the rotor 802 is a measure of a moment acting on the blade root. If the distribution of the deflection 804 via the rotor is not uniform, for example higher at the top than at the bottom, a resulting moment acts on the wind power plant 800.
  • the resulting moment disappears on the wind turbine 800.
  • FIG. 9 shows a flow chart of an embodiment of the present invention as a method for providing a pitch correction signal for at least a rotor blade of a wind turbine.
  • the wind turbine on at least two, about a rotor axis and one blade longitudinal axis rotatable rotor blades, as well as a, spanned substantially perpendicular to the rotor axis construction rotor plane.
  • the method includes a step of providing 900 a displacement signal representative of a plurality of actual deflections of the rotor blades from the design rotor plane, the rotor blades experiencing variable deflections from the construction rotor plane during rotation of the rotor blades about the rotor axis.
  • the method comprises a step of determining 902 a Anstellwinkelkorrektursignals starting from the deflection signal, the Anstellwinkelkorrektur- signal is suitable to achieve when linked to a common pitch signal for a plurality of rotor blades deflection of at least one rotor blade, compared to a preceding deflection of this rotor blade is reduced.
  • the exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

Abstract

The present invention provides a method for providing a pitch angle correction signal for at least one rotor blade (300) of a wind power installation (102), wherein the wind power installation has at least one rotor blade, which can rotate about a rotor axis and a blade longitudinal axis, wherein a design rotor plane (806) covers an imaginary auxiliary plane essentially at right angles to the rotor axis. The method has a step of reading (900) a deflection signal (x1), which represents a current deflection of the rotor blade from the design rotor plane, wherein the rotor blade experiences variable deflections from the design rotor plane during a revolution about the rotor axis. The method (900) furthermore comprises a step of determining (902) a pitch angle correction signal (Δφ1) based on the deflection signal, wherein the pitch angle correction signal (Δφ1) is suitable for achieving a deflection of at least one rotor blade, which is approximately constant during a revolution about the rotor axis, when linked to a common pitch angle (φ) for a plurality of rotor blades of the wind power installation.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen eines Anstellwinkelkorrektursignals für zumindest ein Rotorblatt einer Windkraftanlage Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Anstellwinkelkorrektursignals für ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, gemäß den unabhängigen Ansprüchen.  Method and device for providing a pitch correction signal for at least one rotor blade of a wind turbine The present invention relates to a method and a device for providing a pitch correction signal for a rotor blade of a wind turbine according to the independent claims.
Der Flugkreis von Rotorblättern eines Windrotors wird bei dessen Betrieb meist un- gleichmäßig von Wind durchströmt. Dadurch ergeben sich im Verlauf einer Rotordrehung veränderliche Windkräfte auf die Rotorblätter einer Windkraftanlage. Bei Windenergieanlagen mit horizontaler Achse und mindestens zwei Rotorblättern wird durch synchrone Verstellung der Blattwinkel die Drehzahl oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit so geregelt, dass durch die Änderung des Anstellwinkels der aerodynamische Auftrieb und somit das Antriebsmoment in solcher Weise verändert wird, dass die Anlage im Bereich der Nenndrehzahl gehalten werden kann. Bei dieser kollektiven Blattverstellung ergeben sich aufgrund der asymmetrischen aerodynamischen Lasten Nick- und Giermomente auf die Gondel. Die asymmetrischen Lasten entstehen z.B. durch Windscherungen in vertikaler Richtung, wie Grenzschichten, Gierwinkelfehler, Böen und Turbulenzen oder Aufstauung der Strömung am Turm. Ein Ansatz, diese asymmetrischen aerodynamischen Lasten zu reduzieren, ist, den Anstellwinkel der Blätter individuell zu verstellen (engl.: Individual Pitch Control, IPC). Dabei werden typischerweise Sensoren in oder an den Rotorblättern angebracht, um die Blatt-Biegemomente zu messen. Die Biegemomente dienen dann als Regelgröße für die individuelle Blattver- Stellung. Andere Verfahren ermitteln die Nick- und Giermomente durch Messung der Gondelbeschleunigung über Gyrometer. Für diese Regelung sind die Blattbiegemomente sehr gut als Regelgröße geeignet. Allerdings konnte bisher noch keine für den Dauereinsatz geeignete Messtechnik gefunden werden. In die Blätter einlaminierte Fibre-Bragg-Sensoren zur Momentenmessung können im Falle eines Defekts nicht ausgetauscht werden, aufgeklebte Dehnmessstrei- fen-Sensoren haben eine sehr geringe Lebensdauer. Beide Verfahren haben zusätzlich das Problem, dass die Messung nur lokal am Blatt erfolgt. Lokale Inhomogenitäten im Laminat führen deshalb zu Messfehlern. Ein Rückschluss auf den globalen Spannungszustand in der Blattwurzel und damit das dort wirkende Moment ist dadurch immer mit Fehlern behaftet. The circle of rotor blades of a wind rotor is usually unevenly traversed by wind during its operation. This results in the course of a rotor rotation variable wind forces on the rotor blades of a wind turbine. In wind turbines with a horizontal axis and at least two rotor blades, the speed above the nominal wind speed is controlled by synchronous adjustment of the blade angle, that is changed by changing the angle of attack of the aerodynamic lift and thus the drive torque in such a way that the system held in the range of rated speed can be. In this collective pitch adjustment, pitch and yaw moments on the nacelle arise due to asymmetric aerodynamic loads. The asymmetric loads are caused, for example, by wind shear in the vertical direction, such as boundary layers, yaw angle errors, gusts and turbulence or impoundment of the flow at the tower. One approach to reducing these asymmetric aerodynamic loads is to individually adjust the pitch of the blades (Individual Pitch Control, IPC). Typically, sensors are mounted in or on the rotor blades to measure the blade bending moments. The bending moments then serve as a control variable for the individual Blattver- position. Other methods determine the pitch and yaw moments by measuring the gondola acceleration via gyrometer. For this regulation, the sheet bending moments are very well suited as a controlled variable. However, it has not yet been possible to find suitable measuring technology for continuous use. Fiber Bragg sensors for measuring moments laminated to the blades can not be replaced in the event of a defect; bonded strain gage sensors have a very short service life. Both methods additionally have the problem that the measurement takes place only locally on the sheet. Local inhomogeneities in the laminate therefore lead to measurement errors. A conclusion on the global state of tension in the blade root and thus the moment acting there is always fraught with errors.
Das Dokument WO 2008 041066 A I beschreibt eine solche Regelung, die gemessene Momente für eine Regelung der einzelnen Anstellwinkel der Blätter eines Windrotors einer Windkraftanlage als Regelgröße verwendet. Das Dokument DE 197 39 164 A I beschreibt eine Windkraftanlage, die für einen Ausgleich der Gier- und Nickmomente des Rotors der Windkraftanlage die Rotorblätter einzeln verstellt und in das einzelne Rotorblatt eingebrachte Dehnungsmessinstrumente verwendet, um die wirkenden Momente zu bestimmen. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Bereitstellen eines Anstellwinkelkorrektursignals für ein Rotorblatt einer Windkraftanlage zu schaffen. The document WO 2008 041066 A I describes such a regulation, which uses measured moments for a regulation of the individual angles of incidence of the blades of a wind rotor of a wind turbine as a controlled variable. The document DE 197 39 164 A I describes a wind power plant, which individually adjusts the rotor blades for a compensation of the yawing and pitching moments of the rotor of the wind turbine and used in the individual rotor blade introduced strain gauges to determine the acting moments. It is the object of the present invention to provide an improved method and apparatus for providing a pitch correction signal for a rotor blade of a wind turbine.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängi- gen Ansprüchen gelöst. This object is achieved by a method and a device according to the independent claims.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Rotorblatt auf die veränderlichen Windkräfte mit einer Auslenkung reagiert, die durch die Materialkennwerte des Rotorblatts beeinflusst wird. Diese Auslenkung steht in direktem Zusammen- hang zu dem resultierenden Moment an der Blattwurzel. Vorteilhafterweise lässt eine Messung der aktuellen Auslenkung um eine Achse an einer bekannten, vordefinierten Stelle eines Rotorblatts Rückschlüsse auf das aktuell um diese Achse wirkende Moment an der Blattwurzel zu. Aus diesem Grund kann aus der einfach und zuverlässig zu bestimmenden Auslenkung ein Rückschluss auf das Moment an der Blattwurzel geschlossen werden oder das Anstellwinkelkorrektursignal auf der Basis der Auslenkung bestimmt werden. Von Interesse ist im Allgemeinen nur das Moment eines Rotorblatts senkrecht zur Rotorachse, da das Moment um die Rotorachse für eine Energiegewinnung abgegriffen wird. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es, die Blattauslenkung einer Windkraftanlage als Regelgröße für eine Individual Pitch Control (IPC) d.h. einen IPC-Regler zu verwenden, um die asymmetrischen Lasten an einer Windkraftanlage zu verringern. The present invention is based on the finding that a rotor blade reacts to the variable wind forces with a deflection that is influenced by the material characteristics of the rotor blade. This deflection is directly related to the resulting momentum at the leaf root. Advantageously, a measurement of the current deflection about an axis at a known, predefined location of a rotor blade allows conclusions to be drawn about the moment at the blade root currently acting around this axis. For this reason, from the easy and reliable deflection to be determined, a conclusion can be drawn about the moment at the blade root or the pitch correction signal can be determined on the basis of the deflection. Of general interest is generally only the moment of a rotor blade perpendicular to the rotor axis, since the moment is tapped around the rotor axis for energy production. The approach presented here makes it possible to use the blade deflection of a wind turbine as a controlled variable for an Individual Pitch Control (IPC), ie an IPC controller, in order to reduce the asymmetrical loads on a wind turbine.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Anstellwinkel- korrektursignals für zumindest ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, wobei die Windkraftanlage mindestens ein, um eine Rotorachse und eine Blattlängsachse drehbares Rotorblatt, wobei sich eine Konstruktionsrotorebene als gedachte Hilfsebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotorachse aufspannt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: The present invention provides a method for providing a pitch correction signal for at least one rotor blade of a wind turbine, the wind turbine having at least one rotor blade rotatable about a rotor axis and a blade longitudinal axis, with a design plane of revolution as an imaginary auxiliary plane substantially perpendicular to the rotor axis Method comprises the following steps:
Einlesen eines Auslenkungssignals, das eine aktuelle Auslenkung des Rotorblatts aus der Konstruktionsrotorebene repräsentiert, wobei das Rotorblatt während eines Umlaufs um die Rotorachse veränderliche Auslenkungen aus der Konstruktionsrotorebene erfährt; und Reading a displacement signal representative of a current deflection of the rotor blade from the construction rotor plane, the rotor blade experiencing variable deflections from the construction rotor plane during rotation about the rotor axis; and
Ermitteln eines Anstellwinkelkorrektursignals basierend auf dem Auslenkungssignal, wobei das Anstellwinkelkorrektursignal geeignet ist, um bei einer Verknüpfung mit einem gemeinsamen Anstellwinkelsignal für mehrere Rotorblätter der Windkraftanlage eine Auslenkung zumindest eines Rotorblatts zu erreichen, die während eines Umlaufs um die Rotorachse näherungsweise konstant ist. Weiterhin umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Korrigieren eines Soll- Anstellwinkelsignals eines Rotorblatts einer Windkraftanlage, wobei der Soll- Anstellwinkelsignal einen gemeinsamen Anstellwinkel repräsentiert, der für mehrere Rotorblätter bestimmt wurde, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Determining a Anstellwinkelkorrektursignals based on the deflection signal, wherein the Anstellwinkelkorrektursignal is adapted to achieve a linkage with a common pitch signal for a plurality of rotor blades of the wind turbine, a deflection of at least one rotor blade, which is approximately constant during a revolution about the rotor axis. Furthermore, the invention comprises a method for correcting a desired angle of attack signal of a rotor blade of a wind turbine, wherein the desired pitch signal represents a common angle of attack, which was determined for a plurality of rotor blades, the method comprising the following steps:
- die Schritte gemäß dem vorstehend genannten Verfahren zum Bereitstellen; undthe steps according to the above-mentioned method of providing; and
Kombinieren des Soll-Anstellwinkelsignals mit dem Anstellwinkelkorrektursignal, um ein korrigiertes Soll-Anstellwinkelsignal zu erhalten, das einem individuellen Anstellwinkel für ein vorbestimmtes Rotorblatt repräsentiert. Vorteilhafterweise werden die Signale, die den Soll-Anstellwinkel repräsentieren, mit den Signalen, die den Anstellwinkelkorrekturanteil für das jeweilige Blatt repräsentieren, additiv überlagert, um einen korrigierten Soll-Anstellwinkel beziehungsweise ein entsprechendes Signal zu erhalten. Desweiteren schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Anstellwinkelkorrektursignals für zumindest ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, wobei die Windkraftanlage mindestens ein, um eine Rotorachse und'eine Blattlängsachse drehbares Rotorblatt, wobei sich eine Konstruktionsrotorebene als gedachte Hilfsebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotorachse aufspannt, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung zum Bereitstellen eines Auslenkungssignals, das eine aktuelle Auslenkung des Rotorblattes aus der Konstruktionsrotorebene repräsentiert, wobei das Rotorblatt während eines Umlaufs um die Rotorachse veränderliche Auslenkungen aus der Konstruktionsrotorebene erfahrt; und eine Einrichtung zum Ermitteln eines Anstellwinkelkorrektursignals basierend auf dem Auslenkungssignal, wobei das Anstellwinkelkorrektursignal geeignet ist, um bei einer Verknüpfung mit einem gemeinsamen Ansteljwinkelsignal für mehrere Rotorblätter der Windkraftanlage eine Auslenkung des zumindest einen Rotorblatts zu erreichen, die gegenüber einer vorausgehenden Auslenkung dieses Rotorblattes während eines Umlaufs um die Rotorachse näherungsweise konstant ist. Von Vorteil ist ebenso ein Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens, wenn das Programm auf einem Informationssystem, einem Steuergerät oder allgemein gesprochen auf einer Vorrichtung ausgeführt wird. Diese Vorrichtung kann ein Rechner, ein MikroController oder eine ähnliche elektronische Schaltung sein, die zur Abarbeitung von Programmen ausgelegt ist. Combining the desired angle of attack signal with the angle of attack correction signal to obtain a corrected desired angle of attack signal representative of an individual angle of incidence for a predetermined rotor blade. Advantageously, the signals representing the desired angle of attack are additively superimposed on the signals representing the pitch correction component for the respective blade in order to obtain a corrected desired angle of attack or a corresponding signal. Furthermore, the invention provides an apparatus for providing a Anstellwinkelkorrektursignals for at least one rotor blade of a wind turbine, wherein the wind power plant at least one, about a rotor axis and 'a blade longitudinal axis rotatable rotor blade, with a structure rotor plane spans as imaginary auxiliary plane substantially perpendicular to the rotor axis, the apparatus comprising comprising: means for providing a displacement signal representative of a current deflection of the rotor blade from the design plane of the rotor, the rotor blade experiencing variable deflections from the construction rotor plane during one revolution around the rotor axis; and means for determining a pitch correction signal based on the sweep signal, the pitch correction signal being adapted to achieve deflection of the at least one rotor blade when coupled to a common launch signal for a plurality of rotor blades of the wind turbine, opposite to a previous deflection of that rotor during one revolution about the rotor axis is approximately constant. Another advantage is a computer program product with program code for carrying out the presented method, when the program is executed on an information system, a control device or generally speaking on a device. This device may be a computer, a microcontroller or a similar electronic circuit, which is designed for the execution of programs.
Eine Windkraftanlage im hier verwendeten Zusammenhang, auch als WKA abgekürzt, umfasst einen Turm oder Mast, eine Generatorengondel und einen Rotor. Der Rotor überstreicht bei einer Drehung des Rotors um seine Rotationsachse eine Fläche, den Flugkreis. Allgemein stehen die Rotorblätter in einem näherungsweise rechten Winkel zur Rotationsachse des Rotors. Daher bewegen sich die Flügel des Windrads in einem idealen Zustand ohne jegliche Krafteinwirkung näherungsweise in einer Konstruktionsrotorebene. Weicht der Rotor von seiner Idealform ab, was auf das Einwirken von Kräf- ten, wie Gewichtskraft, Windkraft, Beschleunigungs- und Trägheitskraft zurückzuführen ist, so tritt eine Abweichung oder Auslenkung an den Blättern aus der Konstruktionsrotorebene auf. Diese Abweichung ist messbar. Die Information über die Abweichung eines einzelnen Blattes, mehreren Blättern oder aller Blätter des Rotors kann in einem Auslenkungssignal wiedergegeben werden. Das Anstellwinkelkorrektursignal repräsentiert dabei denjenigen positiven oder negativen Winkel für ein bestimmtes Rotorblatt, um den der kollektive Soll-Anstellwinkel, der für mehrere oder alle Rotorflügel eines Windrotors bestimmt wurde, geändert werden soll, um die resultierende Auslenkung des Rotorblatts an eine durchschnittliche Auslenkung mehrerer Rotorflügel anzugleichen. Die Auslenkungen, die in direktem Zusammenhang zu den resultierenden Momenten an der Blattwurzel stehen, repräsentieren die Momentenbelastung für das betreffende Rotorblatt. Vorteilhafterweise kann das Anstellwinkelkorrektursignal derart ermittelt werden, dass an allen Rotorblättern ein gleiches und möglichst konstantes Moment wirkt, so dass die Ermüdungsbelastung der Rotorblätter minimal ist. Störende Momente um Nick- und Gierachse können auf diese Weise durch die individuelle Ein- Stellung von Anstellwinkeln der unterschiedlichen Rotorblätter unterdrückt oder zumindest reduziert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung wird im Schritt des Ermitteins das Anstellwinkelkorrektursignal aus einer Differenz von einem Mittelwert der durch das Auslenkungssignal repräsentierten veränderlichen Auslenkungen der Rotorblätter und der aktuellen Auslenkung des einen Rotorblatts ermittelt werden. Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht darin mit dieser Ausführungsform Schwingungen des Einzelblatts zu erfassen und zu reduzieren, auch wenn diese eine deutlich geringere Schwingungsdauer als die Umlaufzeit des Einzelblatts aufweisen. A wind turbine as used herein, also abbreviated as WKA, includes a tower or mast, a generator nacelle, and a rotor. When the rotor rotates about its axis of rotation, the rotor sweeps over a surface, the circle of revolution. In general, the rotor blades are at an approximately right angle to the axis of rotation of the rotor. Therefore, the blades of the wind turbine move in an ideal state without any force approximately in a construction rotor plane. If the rotor deviates from its ideal shape due to the application of forces such as weight, wind force, acceleration and inertia force, there will be a deviation or deflection on the blades from the design rotor plane. This deviation is measurable. The information about the deviation of a single sheet, multiple sheets or all blades of the rotor can be reproduced in a displacement signal. The pitch correction signal thereby represents the positive or negative angle for a particular rotor blade about which the collective target pitch determined for multiple or all rotor blades of a wind rotor is to be adjusted to match the resulting deflection of the rotor blade to an average multiple blade pitch , The deflections, which are directly related to the resulting moments on the blade root, represent the moment load for the respective rotor blade. Advantageously, the Anstellwinkelkorrektursignal can be determined such that acts on all rotor blades an equal and constant as possible torque, so that the fatigue load of the rotor blades is minimal. Disturbing moments about pitch and yaw axis can be suppressed or at least reduced in this way by the individual adjustment of angles of attack of the different rotor blades. In one embodiment of the invention, in the step of determining the pitch correction signal is determined from a difference of an average of the variable deflections of the rotor blades represented by the deflection signal and the actual deflection of the one rotor blade. An advantage of such an embodiment is to detect and reduce vibrations of the single sheet with this embodiment, even if they have a much shorter oscillation period than the circulation time of the single sheet.
Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Bereitstellens ein Signal eines Seilzugsensors verwendet werden, um das Aüslenkungssignal zu bestimmen. Ein Seilzugsensor stellt eine kostengünstige Möglichkeit dar, die Auslenkung eines Blatts zu ermitteln. Furthermore, according to a further embodiment, in the step of providing a signal of a cable sensor can be used to determine the Aüslenkungssignal. A draw wire sensor provides a cost effective way to determine the deflection of a sheet.
Günstig ist es auch, wenn in einer anderen Ausführungsform im Schritt des Bereitstel- lens eine optische Erfassung von mindestens einem vordefinierten Punkt des Rotorblatts erfolgt, um ein optisches Erfassungssignal zu erhalten, wobei das Auslenkungssignal unter Verwendung des Erfassungssignals bestimmt wird. Durch eine optische Erfassung lässt sich frei von Übertragungsfehlern durch Unregelmäßigkeiten im Material, wie lokale Inhomogenitäten am Blatt, also lokale Fehler im Laminat, die Blattauslenkung messen. Eine optische Sensorik weist eine wesentlich höhere Lebensdauer und Robustheit auf, als herkömmliche Spannungs- und Dehnungsmesssensoren, da keine bewegliche Bauteile durch Ermüdung ausfallen können. Desweiteren haben lokale Materialfehler keinen Einfluss auf das Messergebnis, da die Messung über einen großen Teilbereich des Blattes stattfindet. Eine globale Verformung des Blattes wird gemessen. Materialei- genschaften des Blattes spielen keine Rolle, so dass Alterung oder Steifigkeitsänderun- gen durch Feuchtigkeit nicht berücksichtigt werden müssen. Es werden keine hohen Anforderungen an eine Positioniergenauigkeit gestellt. Eine Temperaturkompensation ist unnötig und es liegt keine Drift des Messsignals vor. Die Komponenten für eine solche Ausführungsform lassen sich einfach warten und kalibrieren, sowie rekalibrieren. It is also favorable if, in another embodiment, in the step of providing an optical detection of at least one predefined point of the rotor blade takes place in order to obtain an optical detection signal, wherein the deflection signal is determined using the detection signal. Optical detection makes it possible to measure the blade deflection free of transmission errors due to irregularities in the material, such as local inhomogeneities on the blade, ie local defects in the laminate. An optical sensor has a much longer life and robustness than conventional strain and strain sensors, since no moving parts can fail due to fatigue. Furthermore, local material defects have no influence on the measurement result, since the measurement takes place over a large portion of the sheet. A global deformation of the sheet is measured. Material properties of the blade are irrelevant, so that aging or stiffness changes due to moisture need not be taken into account. There are no high demands placed on a positioning accuracy. Temperature compensation is unnecessary and there is no drift in the measurement signal. The components for such an embodiment are easy to maintain, calibrate, and recalibrate.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Schritt des Bereitstellens mehrere vordefinierte Punkte des Rotors erfasst und aus den erfassten Punkten zumindest ein eindeutig identifizierbares Muster erkannt, wobei das Auslenkungssignal unter Verwendung des erkannten Musters bestimmt wird. Eine Erfassung mehrerer Punkte oder eines Musters erhöht die erzielbare Genauigkeit des Verfahrens, da der Informationsgehalt in den gemeinsam erfassten Punkten durch eine zusätzliche Möglichkeit der Bestimmung der Abstände der Punkte zu einander höher ist. Falls einer der Punkte durch einen Defekt oder schädliche Einflüsse nicht erkennbar sein sollte, so werden teilweise auch immer noch ausreichend viele Punkte erfasst, um eine präzise Auslenkungsinformation zur Verfügung stellen zu können. Gemäß einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung wird im Schritt des Bereitstellens eine Kamera verwendet, um die vordefinierten Punkte zu erfassen und die Auslenkung des Rotorblattes wird aufgrund einer Anordnung mehrerer Bildpunkte eines Pixelbildes der Kamera ermittelt. Als standardisiertes Bauteil lässt sich eine Kamera zur Informationsgewinnung kostengünstig und einfach einsetzen. Optisch einheitliche Zu- sammenhänge machen eine Verwendung unterschiedlicher Kameramodelle möglich. Dadurch besteht keine Gefahr einer Ersatzteilknappheit, falls eine Kamera getauscht werden muss. In a further embodiment of the present invention, in the step of providing, a plurality of predefined points of the rotor are detected and detected At least one uniquely identifiable pattern is recognized, wherein the deflection signal is determined using the recognized pattern. Detecting multiple points or a pattern increases the achievable accuracy of the method, since the information content in the jointly detected points is higher by an additional possibility of determining the distances of the points to each other. If one of the points should not be recognizable due to a defect or harmful influences, then in some cases enough points are still detected to be able to provide precise deflection information. According to a particular embodiment of the invention, in the step of providing a camera is used to detect the predefined points and the deflection of the rotor blade is determined due to an arrangement of a plurality of pixels of a pixel image of the camera. As a standardized component, a camera for obtaining information can be used cost-effectively and simply. Optically uniform interrelations make it possible to use different camera models. As a result, there is no danger of a spare part shortage if a camera needs to be replaced.
Auch ist es günstig, wenn im Schritt des Bereitstellens von dem mindestens einen vor- definierten Punkt Licht emittiert oder reflektiert wird. Dadurch wird eine Unabhängigkeit von natürlichem Licht erreicht. Ebenfalls lassen sich so die Komponenten innerhalb eines Rotorblatts unterbringen, wo sie vor Witterungseinflüssen geschützt sind. Reflektierendes Material lässt sich in einfacher Weise nachträglich in oder an einem Rotorblatt anbringen, so dass nur ein geringer Aufwand betrieben werden muss, um eine Nachrüs- tung zu ermöglichen. It is also advantageous if light is emitted or reflected by the at least one predefined point in the step of providing. This achieves independence from natural light. Likewise, the components can be accommodated within a rotor blade, where they are protected against the effects of the weather. Reflective material can be easily retrofitted in or on a rotor blade, so that only a small effort must be operated to allow retrofitting.
Entsprechend einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Schritt des Bereitstellens mindestens eine, in das Rotorblatt eingebrachte, oder an dem Rotorblatt angebrachte Lichtleiterfaser verwendet, die ausgebildet ist, um Licht von einer nahe der Rotorachse befindlichen lichtemittierenden Lichtquelle zu dem zumindest einen vordefinierten Punkt zu fuhren. Lichtleiterfasern sind im Allgemeinen für Elektrizität nichtleitend. Somit besteht keine Gefahr einer Materialzerstörung im Fall eines Blitzschlags. Durch die extremen Spannungen und Ströme, die bei einem Blitzschlag auftreten wäre sonst eine spontane Verdampfung von dünnen leitfähigen Komponenten möglich. Dieses Phänomen kann zu einem kompletten Verlust eingebrachter elektrischer Leitungen in einem Rotorblatt führen. Besonders relevant ist diese Problem, da Windkraftanlagen aufgrund ihrer Höhe sowie ihrer vereinzelten Aufstellung in der Umgebung eine sehr hohe Gefahr eines Blitzschlages bergen. Lichtleiter lassen sich ferner einfach verarbeiten. Unter Berücksichtigung entsprechender Verarbeitungsvorschriften lassen sich Lichtleiter gut in große Bauteile einbringen. Desweiteren ist nur eine Leitung notwendig, was den Aufwand bei der Herstellung im Vergleich zu elektri- sehen Leitern, die zweiadrig geführt werden müssen, erheblich verringert. According to a particular embodiment of the present invention, at least one optical fiber introduced into the rotor blade or attached to the rotor blade is used in the step of providing, which is adapted to move light from a light emitting light source close to the rotor axis to the at least one predefined point , Fiber optic fibers are generally non-conductive for electricity. Thus, there is no risk of material destruction in the case a lightning strike. Due to the extreme voltages and currents that occur during a lightning strike, spontaneous evaporation of thin conductive components would otherwise be possible. This phenomenon can lead to a complete loss of installed electrical lines in a rotor blade. This problem is particularly relevant because wind turbines pose a very high risk of lightning due to their height and their isolated installation in the area. Furthermore, light guides can be easily processed. Considering appropriate processing regulations, optical fibers can be easily incorporated into large components. Furthermore, only one line is necessary, what the effort in the production in comparison to electrical see ladders that must be performed two-wire, significantly reduced.
In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst das Verfahren einen zusätzlichen Schritt des Ermitteins mindestens eines weiteren Anstellwinkelkorrektursignals für ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage basierend auf einem weiteren Auslenkungssignal, wobei eine Beeinflussung eines Anstellwinkels um die Blattlängsachse mindestens eines weiteren der Rotorblätter unter Berücksichtigung des weiteren Anstellwinkelkorrektursignals erfolgt, so dass eine nachfolgende Auslenkung des mindestens einen weiteren Rotorblatts während eines Umlaufs um die Rotorachse näherungsweise konstant ist. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Bereitstellung von Anstellwinkelkorrektursignalen für mehrere Rotorblätter ein noch weiter verbesserter Ausgleich der Gier- und Nickmomente der Windkraftanlage erreicht werden kann. In an additional embodiment, the method comprises an additional step of determining at least one additional pitch correction signal for a further rotor blade of the wind turbine based on a further deflection signal, influencing an angle of attack about the blade longitudinal axis of at least one further of the rotor blades taking into account the further pitch correction signal, such that a subsequent deflection of the at least one further rotor blade during a rotation about the rotor axis is approximately constant. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that by providing angle of attack correcting signals for a plurality of rotor blades, a further improved compensation of the yawing and pitching moments of the wind turbine can be achieved.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Schritt des Ermitteins das Anstellwinkelkorrektursignal durch eine Nick-Gier-According to another embodiment of the present invention, in the step of determining, the pitch correction signal is generated by a pitch yaw
Transformation des Auslenkungssignals in einen Nick-Auslenkungsanteil und einen Gier-Auslenkungsanteil umgewandelt. In einer nachfolgenden Umwandlung werden der Nick-Auslenkungsanteil in einen Nick-Anstellwinkelanteil und der Gier- Auslenkungsanteil in einen Gier-Anstellwinkelanteil umgewandelt oder geregelt. Nach- folgend wird eine Nick-Gier-Rücktransformation des Nick-Anstellwinkelanteils und des Gier-Anstellwinkelanteils in das Anstellwinkelkorrektursignal durchgeführt. Durch eine Transformation der Auslenkungsinformation oder des Auslenkungssignals aus einem mit dem Rotor drehenden Achsensystem in ein gondelfestes Achsensystem kann eine quasistatische Auslenkungsverteilung gewonnen werden. Gleichzeitig repräsentiert die Auslenkungsverteilung über eine Anwendung bekannter Hebelgesetze und bekannter mechanischer Berechnungen direkt eine Momentenverteilung. Daraus lassen sich leicht diejenigen Momente extrahieren, die um eine Nick- und Gierachse der Transformation of the deflection signal into a pitch deflection portion and a yaw deflection portion converted. In a subsequent conversion, the pitch deflection component is converted to a pitch pitch component and the yaw deflection component is converted to a yaw pitch component. Subsequently, a pitch-yaw inverse transformation of the pitch pitch component and the yaw pitch component into the pitch correction signal is performed. By transforming the displacement information or the displacement signal from a With the rotor rotating axis system in a gondelfestes axis system, a quasi-static displacement distribution can be obtained. At the same time, the deflection distribution directly represents a torque distribution via an application of known leverage laws and known mechanical calculations. From this it is easy to extract those moments that are around a pitch and yaw axis of the
Generatorengondel der Windkraftanlage wirken. Durch eine Rückbeziehung der Momente zu den ursächlichen Auslenkungen kann über geeignete Regelparameter je ein Korrekturwinkel für Nick- und Gierachse bestimmt werden, um diese Gier- und Nickwinkel zu reduzieren. Über eine Rücktransformation in das mitdrehende Achsensystem können die Anstellwinkelkorrektursignale für die einzelnen Rotorblätter ermittelt werden. Für eine solche Regelung wird keine hohe Regelgeschwindigkeit benötigt. Vielmehr ergeben sich langsam veränderliche Auslenkungsdifferenzen, die sehr gut geeignet sind ein System mit hohen Massenträgheitsmomenten, wie eine Windkraftanlage an eine inhomogene Verteilung der Windkraft über den Flugkreis der Rotorblätter anzu- passen.  Generator nacelle of the wind turbine act. By relating the moments back to the causative deflections, a correction angle for the pitch and yaw axes can be determined in each case via suitable control parameters in order to reduce these yaw and pitch angles. By way of a back transformation into the co-rotating axis system, the pitch correction signals for the individual rotor blades can be determined. Such a control does not require a high control speed. Rather, slowly varying deflection differences arise, which are very well suited to adapt a system with high moments of inertia, such as a wind turbine, to an inhomogeneous distribution of the wind power over the circle of flight of the rotor blades.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefugten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz; The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. 1 is a block diagram of an embodiment according to the approach proposed here;
Fig. 2a Blockschaltbilder eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß dem hier und 2b vorgeschlagenen Ansatz;  Fig. 2a block diagrams of another embodiment according to the here and 2b proposed approach;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorder- oder Rückansicht eines Ausfüh- rungsbeispiels eines Rotorblatts gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz; 3 shows a schematic representation of a front or rear view of an exemplary embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here;
Fig. 4 ein Schaubild zur Erläuterung einer Biegewinkelerkennung gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Ansatzes; 4 shows a diagram for explaining a bending angle detection according to an exemplary embodiment of the approach proposed here;
Fig. 5 ein Schaubild zur Erläuterung einer Auslenkungserkennung gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgeschlagenen Ansatzes; 5 shows a diagram for explaining a deflection detection according to an embodiment of the approach proposed here;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Rotorblatts gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz; 6 is a schematic representation of a side view of an embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here;
Fig. 7a eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines weiteren und 7b Ausfuhrungsbeispiels eines Rotorblatts gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz; Fig. 7a is a schematic representation of a side view of another and 7b exemplary embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here;
Fig. 8 eine vereinfachte Darstellung der resultierenden Verformung eines Windrotors aus der Konstruktionsrotorebene unter Windlast; und  8 is a simplified illustration of the resulting deformation of a wind rotor from the design rotor plane under wind load; and
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren. 9 is a flowchart of an embodiment of the present invention as a method.
Gleiche oder ähnlich wirkende Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusam- mengefasst werden können. Fig. 1 zeigt ein erstes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz. Eine Einheit 100 zur Betriebsführung bestimmt abhängig von einer aktuellen Drehzahl n und Last einer Windkraftanlage 102 einen gemeinsamen Soll-Anstellwinkel φ für alle Rotorblätter der Windkraftanlage 102. Der Soll- Anstellwinkel φ bzw. ein entsprechendes Signal wird als Basisgröße zur Beeinflussung einer Blattwinkel verstellung um eine Blattlängsachse jedes einzelnen Rotorblatts der Windkraftanlage 102 verwendet. Die Windkraftanlage 102 umfasst eine Einrichtung zum Bereitstellen von Informationen xj, x2, x3über eine Auslenkung der einzelnen der drei Rotorblätter durch angreifende Windkräfte, die diese Informationen an eine Einrichtung zum Ermitteln 104 weiterreicht. In der Einrichtung zum Ermitteln 104 wird für jedes Rotorblatt zum Ausgleich der verschiedenen Auslenkungen je ein Anstellwinkelkorrektursignal Δφι, Δφ2, Δφ3 ermittelt. Das Anstellwinkelkorrektursignal Δφι, Δφ2, Δφ3 wird von der Einrichtung zum Ermitteln 104 ausgegeben und mit dem jeweils zu dem Rotorblatt gehörenden Signal für den Sollanstellwinkel φ addiert und ergibt die resultierenden Anstellwinkel φι, <p2, φ3, d.h. je eines für eines der drei Rotorblätter der Wind- kraftanlage 102. Die Betriebsführung 100 bestimmt aufgrund einer aktuellen Lastsituation für die Windkraftanlage 102 den notwendigen kollektiven Soll-Anstellwinkel φ für alle Rotorblätter der Windkraftanlage 102, um eine erforderliche Solldrehzahl der Windkraftanlage 102 innerhalb eines engen Toleranzbereichs zu halten. Gleichzeitig beeinflusst die Betriebs- führung 100 die aktuelle Lastsituation über eine Drehmomentvorgabe entsprechend einer aktuellen Windstärke. Diese Drehmomentvorgabe, die der Windkraftanlage zu geführt wird, ist in der Fig. 1 aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Da die Rotorblätter der Windkraftanlage 102 während eines Umlaufs um die Rotorachse innerhalb einer Grenzschicht oszillieren, bewirken unterschiedliche Strö- mungsgeschwindigkeiten während eines Umlaufs einen oszillierenden Verlauf derThe same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations which are not explicitly described here. Fig. 1 shows a first block diagram of an embodiment according to the approach proposed here. A unit 100 for operation determines depending on a current speed n and load of a wind turbine 102 a common setpoint angle φ for all rotor blades of the wind turbine 102. The target angle of attack φ or a corresponding signal is a base size for influencing a blade angle adjustment by a Journal longitudinal axis of each rotor blade of the wind turbine 102 used. The wind turbine 102 comprises a device for providing information xj, x 2 , x 3 via a deflection of the individual of the three rotor blades by attacking wind forces, which passes this information on to a device 104 for determining. In the means for determining 104 for each rotor blade to compensate for the different deflections depending Anstellwinkelkorrektursignal Δφι, Δφ 2 , Δφ 3 determined. The Anstellwinkelkorrektursignal Δφι, Δφ 2 , Δφ 3 is outputted by the means for determining 104 and added to the respectively belonging to the rotor blade signal for the Sollanstellwinkel φ and gives the resulting angle of attack φι, <p 2 , φ 3 , that is one for each one the three rotor blades of the wind turbine 102. The operational management 100 determines the necessary collective setpoint angle φ for all rotor blades of the wind turbine 102 due to a current load situation for the wind turbine 102 in order to maintain a required setpoint speed of the wind turbine 102 within a narrow tolerance range. At the same time, the management 100 influences the current load situation via a torque input corresponding to a current wind speed. This torque specification, which is supplied to the wind turbine, is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity. Since the rotor blades of the wind turbine 102 oscillate during a revolution about the rotor axis within a boundary layer, different flow velocities during one revolution cause an oscillating course of the rotor
Windangriffskraft. Die oszillierende Windangriffskraft bewirkt nun ihrerseits eine oszillierende Auslenkung xi, x2, x3jedes einzelnen Rotorblatts während einer Umdrehung. Diese Auslenkung während eines Umlaufs wird als aktuelle Auslenkung \\, x2, x3jedes einzelnen Rotorblatts durch die Einrichtung zum Bereitstellen als Auslenkungssignal xi, x2, x3 an die Einrichtung zum Ermitteln 104 weitergegeben. Wind attack power. The oscillating wind attack force in turn causes an oscillating deflection xi, x 2 , x 3 of each individual rotor blade during one revolution. This deflection during one revolution is forwarded to the means 104 for determining 104 as the actual deflection \ \ , x 2 , x 3 of each individual rotor blade by means for providing as a deflection signal xi, x 2 , x 3 .
In der Einrichtung zum Ermitteln 104 werden Anstellwinkelkorrektursignale Δφι, Δφ2, Δφ3 ermittelt, die eine Angleichung der einzelnen Auslenkungen X| , x2, x3 der unterschiedlichen Rotorblätter ermöglichen. Die Aufgabe der Einrichtung zum Ermitteln 104 ist es, die Abweichungen der Rotorblätter von einem gleich bleibenden und gleichmäßigen Gesamtauslenkungszustand klein (idealerweise nahe null) zu halten, um im Material der Rotorblätter Ermüdungserscheinungen durch wechselnde Belastungen zu verringern. Zusätzlich wird die Belastung für alle anderen Komponenten der Windkraftanlage 102 reduziert, welche die aus den veränderlichen Kräften während eines Umlaufs resul- tierenden Momente abstützen. Entsprechend einer Reduktion der Auslenkungen xi, x2, x3 verlängert sich die Lebensdauer aller beteiligter Komponenten. Anstellwinkelkorrektursignale Δφι, Δφ 2 , Δφ 3 are determined in the means for determining 104, an approximation of the individual deflections X | , x 2 , x 3 of the different rotor blades. The object of the means for determining 104 is to keep the deviations of the rotor blades from a constant and uniform Gesamtlenklenkzustand small (ideally close to zero) in order to reduce fatigue in the material of the rotor blades by changing loads. In addition, the load is reduced for all other components of the wind turbine 102, which support the torque resulting from the variable forces during a revolution. Corresponding to a reduction of the deflections xi, x 2 , x 3 , the service life of all components involved increases.
Der hier vorgestellte Ansatz hat den Vorteil, dass die Blattauslenkung wesentlich einfacher als das Blattbiegemoment messbar ist. Es ist ausreichend, die Auslenkung eines beliebigen Punktes aus der Rotorebene d.h. Konstruktionsrotorebene zu messen. So kann beispielsweise die Blattauslenkung an der Blattspitze als Regelsignal verwendet werden. Es ist aber auch möglich die Blattauslenkung näher am Blattfuß zu messen, z.B. auf halber Blattlänge oder 1 /4 der Blattlänge, etc. Ein gewisser Mindestabstand zum Blattfuß sollte aber eingehalten werden, um ausreichend große und damit präzise messbare Blattauslenkungen zu erhalten. Die Auslenkung direkt am Blattfuß ist immer null, eine Messung dort also sinnlos. Verfahren zur Blattauslenkungsmessung können über Beschleunigungssensoren im Blatt realisiert werden, oder durch Abstandsmessungen wie beispielsweise Seilzugsensoren oder optische Entfernungsmessung realisiert werden. The approach presented here has the advantage that the blade deflection is much easier to measure than the blade bending moment. It is sufficient to measure the deflection of any point from the rotor plane, ie the design rotor plane. For example, the blade deflection at the blade tip can be used as a control signal. But it is also possible to measure the leaf deflection closer to the leaf foot, eg at half the blade length or 1/4 of the blade length, etc. However, a certain minimum distance to the blade foot should be maintained in order to obtain sufficiently large and therefore precisely measurable blade deflections. The deflection directly on the blade foot is always zero, so a measurement there meaningless. Sheet deflection measurement methods can be implemented via acceleration sensors in the sheet, or realized by distance measurements such as wire draw sensors or optical range finding.
Fig. 2a und 2b zeigen je ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels ge- mäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz. Wie in Fig. 1 bereits beschrieben, gibt eine Betriebsführung 100 einen Soll-Anstellwinkel φ entsprechend einer aktuellen Drehzahl n oder Ω und einer aktuellen Lastsituation P abhängig von einer aktuellen Windstärke an eine Windkraftanlage 102 weiter, wie es einer Standard-Regelung 200 entspricht. Die Windkraftanlage 102 ist, wie in Fig. 1 beschrieben, aerodynamischen Phänomenen un- terworfen. Daraus resultieren an den Rotorblättern der Windkraftanlage während eines Umlaufs unterschiedliche Auslenkungen x\, x2, x3. Diese werden in einer Einrichtung zum Bereitstellen an eine Einrichtung 201 zur Transformation weitergegeben. Ebenso greift die Einrichtung 201 zur Transformation auf eine Rotordrehposition π zu, die ebenfalls von der Windkraftanlage ausgegeben wird und die eine aktuelle Winkelpositi- on des Rotors während eines Umlaufs bezeichnet. Von der Einrichtung zur Transformation 201 werden die unterschiedlichen Auslenkungen xj, x2, x3 der Rotorblätter in Werte XD und XQ in Koordinaten eines Windkraftanlagenfesten Koordinatensystem umgerechnet. Eine Nick-Auslenkung xo wird in einem Regler 202 für die Nick-Komponente zu einem Anstellwinkel-Korrekturanteil Δφο ίϋΓ die Nickkomponente verarbeitet. Eine Gier-Auslenkung XQ wird in einem Regler 204 für die Gier-Komponente zu einem Anstellwinkelkorrektursignal A(pQ für die Gierkomponente verarbeitet. In einer Einrichtung 206 zur Rücktransformation werden anschließend die Korrektursignale für FIGS. 2a and 2b each show a block diagram of a further embodiment according to the approach proposed here. As already described in FIG. 1, an operating control 100 forwards a desired angle of attack φ according to a current rotational speed n or Ω and a current load situation P depending on a current wind speed to a wind turbine 102, as corresponds to a standard control 200. The wind turbine 102 is, as described in Fig. 1, subject to aerodynamic phenomena. This results in different deflections x 1 , x 2 , x 3 on the rotor blades of the wind power plant during one revolution. These are forwarded in a device for providing to a device 201 for transformation. Likewise, the device 201 for transformation accesses a rotor rotational position π, which is also output by the wind turbine and which denotes a current angular position of the rotor during one revolution. From the device for transformation 201, the different deflections xj, x 2 , x 3 of the rotor blades are converted into values XD and XQ in coordinates of a wind turbine fixed coordinate system. A pitch deflection xo is processed in a controller 202 for the pitch component to a pitch correction portion Δφo ίϋΓ the pitch component. A yaw deflection XQ is processed in a controller 204 (for the yaw component to a Anstellwinkelkorrektursignal A p Q for the yaw component. In a device 206 to the inverse transformation then the correction signals for
Gierkomponente AcpQ und Nickkomponente Δφο erneut in ein rotorbezogenes, also umlaufendes Koordinatensystem transformiert. Dazu greift die Einrichtung 206 zur Rück- transformation wieder auf eine das Signal zu, das die Rotordrehposition oder Winkelposition π repräsentiert. Damit ergeben sich die Anstellwinkelkorrektursignale Δφι, Δφ2, Δφ3 für die einzelnen Rotorblätter des Rotors, die dem jeweiligen Signal für den Soll- Anstellwinkel φ überlagert werden und die resultierenden Signale ergeben, die die individuellen Anstellwinkel φι, φ2, φ3 repräsentieren. Yaw component Acp Q and pitch component Δφο again transformed into a rotor-related, ie circulating coordinate system. For this purpose, the means 206 for rearrangement again accesses the signal representing the rotor rotational position or angular position π. This results in the Anstellwinkelkorrektursignale Δφι, Δφ 2 , Δφ 3 for the individual rotor blades of the rotor, the respective signal for the target Incident angle φ are superimposed and give the resulting signals representing the individual angles of incidence φι, φ 2 , φ 3 .
Für die IPC-Regler nach dem Stand der Technik besteht das Ziel darin, asymmetrische Lasten am Rotor zu minimieren. Dazu werden die Blattbiegemomente in Schlagrichtung gemessen und durch den IPC-Regler die Asymmetrien in den drei gemessenen Momenten reduziert. Die Idee des vorgestellten Ansatzes besteht darin, dass Blattbiegemomente mit einer Auslenkung des Blattes einhergehen also einer Auslenkung in Schwenk- und Schlag-Richtung. Für individuelle Anstellwinkelverstellung ist die Schlagrichtung hauptsächlich relevant. Statt der Blattbiegemomente kann deshalb auch die Auslenkung als Regelgröße für die IPC-Regelung verwendet werden. Ob der tatsächliche Zusammenhang zwischen Auslenkung und Belastung linear ist oder Nichtlinearitäten beinhaltet, ist für das Ziel der Reduktion asymmetrischer Lasten irrelevant. Die einzige Annahme für das hier vorgestellte Verfahren besteht darin, dass die Blätter bei gleicher Belastung die gleiche Auslenkung zeigen. Ziel der hier vorgestellten Regelung besteht nun darin, dass asymmetrische Verformungen ausgeregelt werden, was bedeutet, die Verformungen aller Blätter der Windkraftanlage sollen gleich sein. For the prior art IPC controllers, the goal is to minimize asymmetric loads on the rotor. For this purpose, the sheet bending moments in the direction of impact are measured and the asymmetries in the three measured moments are reduced by the IPC controller. The idea of the proposed approach is that sheet bending moments associated with a deflection of the sheet so a deflection in the pan and impact direction. For individual pitch adjustment, the direction of impact is mainly relevant. Instead of the sheet bending moments, therefore, the deflection can be used as a control variable for the IPC control. Whether the actual relationship between displacement and load is linear or involves nonlinearities is irrelevant to the goal of reducing asymmetric loads. The only assumption for the method presented here is that the leaves show the same deflection under the same load. The aim of the regulation presented here is that asymmetric deformations are corrected, which means that the deformations of all blades of the wind turbine should be the same.
Bisher werden die an der Blattwurzel gemessenen Biegemomente durch die DQ- Transformation in ein stehendes Koordinatensystem transformiert. Dort werden durch jeweils einen Regler die D-Komponehte, das Nickmoment des Rotors, und die Q- Komponente, das Giermoment, zu null geregelt. Ziel ist also den Rotor an der Nabe nick- und giermomentenfrei zu bekommen. Die Regler erzeugen dazu jeweils einen Pitchwinkel-Anteil im stehenden Koordinatensystem. Diese zwei Anteile werden durch die DQ"1 -Transformation zurück in die rotierenden Koordinatensysteme der drei Blätter transformiert. Es werden dadurch die drei individuellen Pitchwinkel für die Blätter berechnet. So far, the bending moments measured at the blade root are transformed by the DQ transformation into a stationary coordinate system. There, the D component, the pitching moment of the rotor, and the Q component, the yaw moment, are regulated to zero by a respective controller. The goal is therefore to get the rotor at the hub nick- and yaw moment free. The controllers generate a pitch angle component in the stationary coordinate system. These two parts are transformed back into the three-axis rotating coordinate systems by the DQ "1 transformation, which calculates the three individual pitch angles for the leaves.
Wird nun, gemäß dem hier beschriebenen Ansatz, die Blattauslenkung vorteilhaft als Messgröße verwendet, ändert sich an der Struktur des IPC-Reglers wenig. Die DQ- Transformation berechnet aus den drei gemessenen Auslenkungen eine Auslenkung in D-Richtung sowie eine Äuslenkung in Q-Richtung. Die beiden Regler versuchen nun diese beiden Auslenkungen zu Null zu regeln. Die dafür erzeugten D- und Q- Pitchanteile werden durch die inverse DQ-Transformation, d.h. eine DQ"1- Transformation, analog zum oben beschriebenen Verfahren zurück in das rotierende Koordinatensystem transformiert und erzeugen dadurch für alle drei Blätter individuelle Pitchwinkel oder individuelle Pitchwinkel-Korrektursignale. If, according to the approach described here, sheet deflection is advantageously used as the measured variable, there is little change in the structure of the IPC controller. From the three measured deflections, the DQ transformation calculates a deflection in the D direction and a deflection in the Q direction. The two controls now try to settle these two deflections to zero. The D and Q pitch components generated for this purpose are transformed back into the rotating coordinate system by the inverse DQ transformation, ie a DQ "1 transformation, analogously to the method described above, thereby producing individual pitch angles or individual pitch angle correction signals for all three sheets ,
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorder- oder Rückansicht eines Ausführungsbeispiels eines Rotorblatts gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz. Ein Rotorblatt 300 weist im Bereich einer Blattwurzel oder eines Blattfußes 302 eine optische Erfassungseinrichtung 304 auf. Die optische Erfassungseinrichtung 304 kann Teile des Rotorblatts 300 oder auf einer Oberfläche des Rotorblatts 300 in einem Erfassungsbereich (angedeutet durch die gestrichelten Linien) erfassen. Das Rotorblatt 300 weist eine Reihe von vordefinierten Punkten oder Punktmustern 306, 308, 310 auf, die durch ein individuelles Muster voneinander unterscheidbar sind. Die vorbestimmten Punkte 306, 308, 310 befinden sich im Erfassungsbereich der optischen Erfassungseinrichtung 304. Die optische Erfassungseinrichtung 304 kann beispielsweise eine Kamera sein. Die optische Erfassungseinrichtung 304 stellt eine Information bereit, die die optische Information über den Erfassungsbereich repräsentiert. In der optischen Information ist auch Information über die vordefinierten Punkte 306, 308, 310 enthalten. Verlässt das Rotor- blatt 300 durch eine Krafteinwirkung seiner Ruhelage, so verändern sich die optischen Informationen, die die optische Erfassungseinrichtung 304 bereitstellt. Ein Punktemuster, das die Informationen über die vorbestimmten Punkte 306, 308, 310 repräsentiert, verändert seine Lage innerhalb der optischen Information entsprechend einer Veränderung der Lage der vordefinierten Punkte 306, 308, 310 mit dem Rotorblatt. Diese Ver- änderung kann jetzt für ein Bereitstellen einer Auslenkungsinformation ausgewertet werden. Falls eine fehlende Beleuchtungsstärke eine Erkennung der vorbestimmten Punkte durch die auf der optische Erfassungseinrichtung beeinträchtigt oder unmöglich macht, so kann mithilfe einer Lichtquelle 312 für eine ausreichende Beleuchtung gesorgt werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei wenn die vordefinierten Punkte 306, 308, 310 eine erhöhte Sichtbarkeit aufweisen. Fig. 4 zeigt ein Schaubild einer Biegewinkelerkennung oder Verdrehungsmessung gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz. Eine Anordnung von vorbestimmten Punkten ist in zwei verschiedenen Zuständen 410 und 420 dargestellt. Im ersten Zustand 410 befinden sich die mehreren Punkte 412, 414, 416 und 41 8 ohne Auslenkung in einer Reihe angeordnet. Verändert sich nun im zweiten Zustand 420 die Auslenkung der Punkte 412, 414, 416 und 41 8 beispielsweise wenn die Reihe ihren Relativwinkel ot zu einem Ausgangszustand verändert. Da die Abstände 1 der Punkte 412, 414, 416 und 418 untereinander gleich bleiben, verändern sich durch die Verkippung, Auslenkung oder Verdrehung der Reihe, die optisch erfassbaren Abstände der Punkte 412, 414, 416 und 418 untereinander gemäß dem Zusammenhang l-cosa. Der Abstand 1 der Punkte wird also um l-cosa verkürzt. 3 shows a schematic representation of a front or rear view of an embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here. A rotor blade 300 has an optical detection device 304 in the region of a blade root or a blade root 302. The optical detection device 304 may detect parts of the rotor blade 300 or on a surface of the rotor blade 300 in a detection area (indicated by dashed lines). The rotor blade 300 has a series of predefined points or dot patterns 306, 308, 310 that are distinguishable by an individual pattern. The predetermined points 306, 308, 310 are located in the detection range of the optical detector 304. The optical detector 304 may be, for example, a camera. The optical detector 304 provides information representing the optical information about the detection area. Information about the predefined points 306, 308, 310 is also contained in the optical information. Leaves the rotor blade 300 by a force of its rest position, so change the optical information that provides the optical detection device 304. A dot pattern representing the information about the predetermined points 306, 308, 310 changes its position within the optical information according to a change in the position of the predefined points 306, 308, 310 with the rotor blade. This change can now be evaluated for providing a deflection information. If a lack of illuminance makes detection of the predetermined points by the optical detection means impractical or impossible, sufficient illumination can be provided by means of a light source 312. It is particularly advantageous if the predefined points 306, 308, 310 have increased visibility. 4 shows a diagram of a bending angle detection or rotation measurement according to the approach proposed here. An array of predetermined points is shown in two different states 410 and 420. In the first state 410, the multiple points 412, 414, 416 and 41 8 are arranged without deflection in a row. Now, in the second state 420, the deflection of the points 412, 414, 416 and 41 changes, for example when the row changes its relative angle ot to an initial state. Since the distances 1 of the points 412, 414, 416 and 418 remain the same, the optically detectable distances of the points 412, 414, 416 and 418 from one another change as a result of the tilting, deflection or rotation of the row according to the relationship I-cosa. The distance 1 of the points is thus shortened by l-cosa.
Wenn ein Rotorblatt aerodynamischen oder anderen Kräften ausgesetzt ist, so reagiert es auf diese Kräfte mit einer Ausweichbewegung. Da das Rotorblatt an seinem Fuß fest eingespannt ist kann es dort nicht ausweichen. Infolge der angreifenden Kräfte verformt sich das Rotorblatt mit zunehmendem Abstand vom Blattfuß immer mehr. Daraus resultiert eine ansteigende Abweichung des Winkels der Blattlängsachse von der Ruhelage der Blattlängsachse. Diese Winkelabweichung ist durch eine Auswertung der messbaren Abstände der Punkte 412, 414, 416 und 418 im Bild der Kamera 400 im Zustand 420 ermittelbar. Der Abstand der Punkte verkürzt sich um cos a. When a rotor blade is exposed to aerodynamic or other forces, it responds to these forces with an evasive movement. Since the rotor blade is firmly clamped to his foot, it can not escape there. As a result of the attacking forces, the rotor blade deforms more and more with increasing distance from the leaf foot. This results in an increasing deviation of the angle of the blade longitudinal axis from the rest position of the blade longitudinal axis. This angular deviation can be determined by evaluating the measurable distances of points 412, 414, 416 and 418 in the image of camera 400 in state 420. The distance of the points is shortened by cos a.
Eine Messung der Blattauslenkung einer Windkraftanlage mittels einer Kamera, welche einen künstlichen Sternenhimmel im Rotorblatt beobachtet ist ebenfalls möglich. Die Auslenkung kann nun durch die Verschiebung des Punktemusters von der Kamera ge- messen werden. Als Kamera kann eine einfache Schwarz/Weiß-Kamera mit Fest-Fokus verwendet werden. Die Auflösung der Kamera kann im Bereich von 1000 x 1000 Pixeln liegen. Die Messauflösung wird dann durch den Zoomfaktor der Kamera bestimmt. Besitzt sie beispielsweise einen Bildbereich von 1 m x 1 m, so beträgt die Messauflösung für die Auslenkung 1 mm. Moderne Bildverarbeitungsalgorithmen sind sogar subpixel- genau, so dass die Auflösung weiter erhöht werden kann. Die verfugbare Kameratechnik ist bewährt und robust. Fig. 5 zeigt ein Schaubild einer Auslenkungserkennung gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz unter Verwendung einer Kamera. Zwei Bildaus- schnitte 500 und 502 einer Kamera sind übereinander angeordnet, wobei das Kamerabild 500 im unausgelenkten Zustand aufgenommen ist und das Kamerabild 502 im ausgelenkten Zustand des Rotorblattes aufgenommen ist. Der Ausschnitt 500 zeigt eine Gruppe von vordefinierten Punkten 306. Der Ausschnitt 502 zeigt zwei Gruppen von vorbestimmten Punkten 306, 308. Die Punktegruppe 306 weist im Ausschnitt 502 eine Verschiebung 504 gegenüber dem Ausschnitt 500 auf. Die Punktegruppe 308 ist im Ausschnitt 500 nicht sichtbar, ist jedoch im Ausschnitt 502 aufgrund der Verschiebung der Gruppen 306 und 308 und der gemeinsamen Anordnung der Punkte auf dem Rotorblatt sichtbar. Aus dem optischen Zusammenhang der Verschiebung in den Bildpunkten und der tatsächlichen Verschiebung des Rotorblatts und damit der auf dem Rotorblatt vordefinierten Punkte 306, 308 lässt sich diese tatsächliche Verschiebung ermitteln. Durch die Anordnung der Punktegruppen in verschiedenen Abständen von der Blattwurzel ergeben sich unterschiedliche Verschiebungen der Punktegruppen. Die Kamera kann diese Unterschiede wiedergeben und im Schritt des Bereitstellens lässt sich daraus ein Auslenkungssignal für unterschiedliche Abstände von der Blattwurzel ausgeben. Falls eine oder mehrere der Punktegruppen mit dem Rotorblatt über einen Erfassungsbereich der Kamera hinaus verschoben werden sollten, so ist durch die Verteilung der Punktegruppen über die Länge des Rotorblatts sichergestellt, das mindestens eine Punktegruppe im Erfassungsbereich erfassbar bleibt. A measurement of the blade deflection of a wind turbine by means of a camera, which observed an artificial starry sky in the rotor blade is also possible. The deflection can now be measured by the displacement of the dot pattern by the camera. A simple monochrome fixed focus camera can be used as the camera. The resolution of the camera can be in the range of 1000 x 1000 pixels. The measurement resolution is then determined by the zoom factor of the camera. If, for example, it has an image area of 1 mx 1 m, the measurement resolution for the deflection is 1 mm. Modern image processing algorithms are even subpixel-accurate, so that the resolution can be further increased. The available camera technology is proven and robust. 5 shows a diagram of a deflection detection according to the approach proposed here using a camera. Two pictures sections 500 and 502 of a camera are arranged one above the other, wherein the camera image 500 is recorded in the undeflected state and the camera image 502 is recorded in the deflected state of the rotor blade. The detail 500 shows a group of predefined points 306. The detail 502 shows two groups of predetermined points 306, 308. The group of points 306 has in the detail 502 a displacement 504 in relation to the detail 500. The point group 308 is not visible in the cutout 500, but is visible in the cutout 502 due to the displacement of the groups 306 and 308 and the common arrangement of the points on the rotor blade. From the optical relationship of the shift in the pixels and the actual displacement of the rotor blade and thus the predefined on the rotor blade points 306, 308, this actual shift can be determined. The arrangement of the point groups at different distances from the leaf root results in different shifts of the groups of points. The camera can reproduce these differences and in the step of providing it can output a deflection signal for different distances from the blade root. If one or more of the point groups with the rotor blade should be displaced beyond a detection range of the camera, the distribution of the point groups over the length of the rotor blade ensures that at least one group of points remains detectable in the detection area.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Rotorblatts gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz. Das Rotorblatt 300 weist an seinem Blattfuß 302 eine optische Erfassungseinrichtung 304 auf. Mehrere Punktegruppen 306, 308, 310 sind über die Länge des Rotorblatts verteilt und befinden sich in einem Erfassungsbereich der optischen Erfassungseinrichtung 304. Am Fuße 302 des Rotorblatts 300 befindet sich eine Lichtquelle 600 die über Lichtleiter 602 das Licht der Lichtquelle 600 zu den Punktegruppen 306, 308, 310 leitet. Die Punkte der Punktegruppen bilden dabei freie Enden des Lichtleiters, aus denen das Licht aus dem Lichtleiter in die Umgebung austreten kann. Das austretende Licht aus den Enden der Lichtleiter 602 bildet die unterscheidbaren Muster der Punktegruppen 306, 308, 310 und wird von der Erfassungseinrichtung 304 erfasst. Unter dem Einfluss beispielsweise von Windkraft und Schwerkraft verformt sich das Blatt 300 zunehmend vom Blattfuß 302 zur Blattspitze. Damit verändern die Punktegruppen 306, 308, 310 ebenfalls vom Blattfuß 302 zur Spitze zunehmend ihre Lage. Dies wird durch die optische Erfassungseinrichtung 304 registriert und aus der optischen Information lässt sich im Schritt des Bereitstellens das Auslenkungssignal generieren. Durch die Verwendung von Lichtlei- tern 602 verringert sich die Empfindlichkeit des Rotorblatts 300 gegenüber Blitzschäden, da keine elektrischen Leitungen innerhalb oder außerhalb des Blatts 300 eingebracht werden müssen. 6 shows a schematic representation of a side view of an exemplary embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here. The rotor blade 300 has an optical detection device 304 on its blade foot 302. A plurality of groups of points 306, 308, 310 are distributed over the length of the rotor blade and are located in a detection range of the optical detection device 304. At the foot 302 of the rotor blade 300 there is a light source 600 which via light guides 602 the light from the light source 600 to the point groups 306, 308, 310 directs. The points of the groups of points form free ends of the light guide, from which the light can escape from the light guide into the environment. The emerging light from the ends of the optical fibers 602 forms the distinguishable patterns of the dot groups 306, 308, 310 and is detected by the detector 304. Under the influence of, for example, wind force and gravity, the blade 300 increasingly deforms from the blade foot 302 to the blade tip. Thus, the point groups 306, 308, 310 are also progressively changing their position from the blade foot 302 to the tip. This is registered by the optical detection device 304 and from the optical information the deflection signal can be generated in the step of providing. The use of light conductors 602 reduces the sensitivity of the rotor blade 300 to lightning damage, since no electrical lines have to be introduced inside or outside the blade 300.
Fig. 7a und 7b zeigen je eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines weite- ren Ausführungsbeispiels eines Rotorblatts gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz. Ein Rotorblatt 300 erstreckt sich in z Richtung und weist innerhalb seines Blattfußes 302 eine Kamera 304 auf. Die Kamera 304 ist auf Punktegruppen 306, 308, 310 gerichtet und kann sie erfassen. Im Blattfuß oder Blattwurzel 302 befindet sich ebenfalls eine Lichtquelle 600 beispielsweise eine LED, die über Lichtleiter 700 beispielsweise aus Glasfaser das Licht der Lichtquelle 600 zu den Punkten 306, 308, 310 leitet. Im Inneren des Blatts 300 befinden sich Spanten 702 zur Verstärkung des Rotorblatts 300. Wenn sich das Rotorblatt 300 aus seiner Ruhelage biegt, ist es möglich dass Spanten 702 die Sicht auf eine oder mehrere der Punktegruppen 306, 308, 310 einschränken. Durch eine Verteilung der Punkte 306, 308, 310 über die Länge des Blattes 300 ist jedoch sicherge- stellt, dass die Kamera 304 mindestens eine der Punktegruppen 306, 308, 310 im Erfassungsbereich behält. Durch die Anordnung von Kamera 304, Lichtquelle 600 und Lichtleiter 700 im Inneren des Blatts 300 sind alle Komponenten vor Umwelteinflüssen und Verschmutzung geschützt. Im Rotorblatt kann ein künstlicher Sternenhimmel 306 erzeugt werden. Damit kann eine Verschiebung des Sternenhimmels im Vergleich zum unausgelenkten Sternenhimmel berechnet werden. Daraus ergibt sich direkt die Auslenkung des Rotorblatts in 7a and 7b each show a schematic representation of a side view of a further exemplary embodiment of a rotor blade according to the approach proposed here. A rotor blade 300 extends in the z direction and has a camera 304 within its blade foot 302. The camera 304 is directed to point groups 306, 308, 310 and can detect them. The leaf foot or blade root 302 also contains a light source 600, for example an LED, which guides the light of the light source 600 to the points 306, 308, 310 via optical fibers 700, for example made of glass fiber. Inside the blade 300 are frames 702 for reinforcing the rotor blade 300. When the rotor blade 300 bends from its rest position, it is possible for frames 702 to restrict the view to one or more of the dot groups 306, 308, 310. By distributing the dots 306, 308, 310 over the length of the sheet 300, however, it is ensured that the camera 304 retains at least one of the dot groups 306, 308, 310 in the detection area. The arrangement of camera 304, light source 600 and light guide 700 inside the blade 300 all components are protected from environmental influences and pollution. In the rotor blade, an artificial starry sky 306 can be generated. Thus, a shift of the starry sky compared to the undeflected starry sky can be calculated. This results directly in the deflection of the rotor blade in
Schwenk- und Schlagrichtung an der betrachteten Stelle. Durch eine Messung der Stern-Abstände lässt sich auch der lokale Biegewinkel des Rotorblatts an der betrachte- ten Stelle berechnen. Sollten Spanten im Rotorblatt das Sichtfeld der Kamera einschränken, so kann die optische Sensorik die Auslenkung trotzdem messen, wenn der Sternenhimmel aus unterscheidbaren Punkte-Gruppen besteht. Die Verdrehung des Sternenhimmels kann wie dargestellt durch die Verkürzung der Punktabstände gemessen werden. Dies funktioniert auch für 2-dimensionale Auslenkungen oder Verdrehungen in Schlag- und Schwenkrichtung. Der Messbereich der Auslenkung kann wesentlich größer als 1 m sein, wenn der Sternenhimmel entsprechend größer ist und aus unter- scheidbaren Punktmustern besteht. Pan and direction of impact at the point of interest. By measuring the star distances, it is also possible to calculate the local bending angle of the rotor blade at the point of interest. If frames in the rotor blade restrict the field of view of the camera, the optical sensor can still measure the deflection, if the starry sky consists of distinguishable groups of points. The twist of the Starry sky can be measured as shown by the shortening of the point distances. This also works for 2-dimensional deflections or twists in the direction of impact and pivoting. The measuring range of the deflection can be considerably larger than 1 m, if the starry sky is correspondingly larger and consists of distinguishable dot patterns.
Kern des vorgestellten Konzepts ist die Messung der Blattauslenkung einer Windkraftanlage mittels einer Kamera, welche einen künstlichen Sternenhimmel im Rotorblatt beobachtet. Dadurch lässt sich eine Messvorrichtung für dieses Verfahren so aufbauen, dass alle elektronischen Komponenten direkt im Blattfuß montiert sind. Dies erlaubt eine vor Blitzschlag geschützte Montage und eine einfache Austauschbarkeit im Falle eines Defekts. Das Licht für das Punktmuster des Sternenhimmels wird durch eine Lichtquelle, wie eine lichtemittierende Diode LED, eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe in der Blattwurzel erzeugt, von welcher eine oder mehrere Lichtleiterfasern zu den einzelnen Leuchtpunkten führt. Es müssen also keine elektrischen Leitungen im Rotorblatt verlegt werden, was bei Blitzeinschlag störungsanfällig sein kann. Der künstliche Sternenhimmel sollte weit genug im Rotorblatt montiert werden, damit die Auslenkung des Rotorblatts an der Messstelle genügend groß ist, so dass eine Verschiebung gemessen werden kann. The core of the presented concept is the measurement of the blade deflection of a wind turbine by means of a camera, which observes an artificial starry sky in the rotor blade. As a result, a measuring device for this method can be constructed so that all electronic components are mounted directly in the blade base. This allows a protected against lightning installation and easy replacement in case of failure. The light for the dot pattern of the starry sky is generated by a light source, such as a light emitting diode LED, an incandescent lamp or a gas discharge lamp in the leaf root, from which leads one or more optical fibers to the individual luminous points. So there is no need to lay electrical lines in the rotor blade, which can be prone to failure in lightning strikes. The artificial starry sky should be mounted far enough in the rotor blade, so that the deflection of the rotor blade at the measuring point is sufficiently large, so that a shift can be measured.
Fig. 8 zeigt eine vereinfachte Darstellung der resultierenden Verformung eines Windrotors aus der Konstruktionsrotorebene unter Windlast. Eine Windkraftanlage 800 mit einem Rotor 802 wird von Wind beaufschlagt. Der Rotor 802 wird durch den Winddruck um eine Auslenkung 804 aus der Konstruktionsrotorebene 806 ausgelenkt. Die Auslenkung 804 an der Blattspitze des Rotors 802 ist ein Maß für ein an der Blattwurzel wirkendes Moment. Ist die Verteilung der Auslenkung 804 über den Rotor nicht gleichmäßig, beispielsweise oben größer als unten, wirkt ein resultierendes Moment auf die Windkraftanlage 800. Durch eine Angleichung der Auslenkungen der Rotorblätter über den Rotor 802 verschwindet das resultierende Moment auf die WKA 800. FIG. 8 shows a simplified illustration of the resulting deformation of a wind rotor from the design rotor plane under wind load. A wind turbine 800 with a rotor 802 is acted upon by wind. The rotor 802 is deflected by the wind pressure about a deflection 804 from the design rotor plane 806. The deflection 804 at the blade tip of the rotor 802 is a measure of a moment acting on the blade root. If the distribution of the deflection 804 via the rotor is not uniform, for example higher at the top than at the bottom, a resulting moment acts on the wind power plant 800. By matching the deflections of the rotor blades via the rotor 802, the resulting moment disappears on the wind turbine 800.
Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren zum Bereitstellen eines Anstellwinkelkorrektursignals für zumindest ein Rotorblatt einer Windkraftanlage. Dabei weist die Windkraftanlage mindestens zwei, um eine Rotorachse und je eine Blattlängsachse drehbare Rotorblätter, sowie eine, im Wesentlichen senkrecht zur Rotorachse aufgespannte Konstruktionsrotorebene auf. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens 900 eines Auslenkungssignals, das eine Mehrzahl von aktuellen Auslenkungen der Rotorblätter aus der Konstruktionsrotorebene repräsentiert, wobei die Rotorblätter während eines Umlaufs der Rotorblätter um die Rotorachse veränderliche Auslenkungen aus der Konstruktionsrotorebene erfahren. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermitteins 902 eines Anstellwinkelkorrektursignals ausgehend von dem Auslenkungssignal, das Anstellwinkelkorrektur- signal geeignet ist, bei um bei einer Verknüpfung mit einem gemeinsamen Anstellwinkelsignal für mehrere Rotorblätter eine Auslenkung zumindest eines Rotorblatts zu erreichen, die gegenüber einer vorausgehenden Auslenkung dieses Rotorblattes verringert ist. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. 9 shows a flow chart of an embodiment of the present invention as a method for providing a pitch correction signal for at least a rotor blade of a wind turbine. In this case, the wind turbine on at least two, about a rotor axis and one blade longitudinal axis rotatable rotor blades, as well as a, spanned substantially perpendicular to the rotor axis construction rotor plane. The method includes a step of providing 900 a displacement signal representative of a plurality of actual deflections of the rotor blades from the design rotor plane, the rotor blades experiencing variable deflections from the construction rotor plane during rotation of the rotor blades about the rotor axis. Furthermore, the method comprises a step of determining 902 a Anstellwinkelkorrektursignals starting from the deflection signal, the Anstellwinkelkorrektur- signal is suitable to achieve when linked to a common pitch signal for a plurality of rotor blades deflection of at least one rotor blade, compared to a preceding deflection of this rotor blade is reduced. The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.
Bezueszeichenliste Bezueszeichenliste
100 Betriebsführung 100 management
102 Windkraftanlage  102 wind turbine
104 Einheit zum Ermitteln  104 unit for determining
φ Soll-Anstellwinkel φ target angle of attack
Φι resultierender Anstellwinkel 1  Φι resulting angle of attack 1
φ2 resultierender Anstellwinkel 2 φ2 resulting angle of attack 2
Φ3 resultierender Anstellwinkel 3 Φ3 resulting angle of attack 3
i Auslenkungsinformationen Rotorblatt 1 i Displacement information Rotor blade 1
Χ2 Auslenkungsinformationen Rotorblatt 2 3 Auslenkungsinformationen Rotorblatt 2Aus2 deflection information rotor blade 2 3 deflection information rotor blade 2
Δφι Anstellwinkelkorrektursignal 1 Δφι Anstellwinkelkorrektursignal 1
Δφ2 Anstellwinkelkorrektursignal 2 Δφ 2 Angle correction signal 2
Δφ3 Anstellwinkelkorrektursignal 3 Δφ 3 Angle correction signal 3
Ν, Ω aktuelle Drehzahl  Ν, Ω current speed
Ρ Lastmoment  Ρ load moment
XD Auslenkung in Nickrichtung  XD deflection in pitch direction
XQ Auslenkung in Gierrichtung .  XQ deflection in yaw direction.
Δφο Anstellwinkelkorrektursignal Nickrichtung Δφο Angle correction signal Nick direction
Δφρ Anstellwinkelkorrektursignal GierrichtungΔφρ pitch angle correction signal yaw direction
Π Positionsinformation, WinkelinformationΠ position information, angle information
300 Rotorblatt 300 rotor blade
302 Blattfuß, Blattwurzel  302 leaffoot, leaf root
304 optische Erfassungseinrichtung, Kamera 304 optical detection device, camera
306 erste Punktegruppe 306 first group of points
308 zweite Punktegruppe • 310 dritte Punktegruppe308 second group of points • 310 third group of points
312 Lichtquelle 312 light source
400 Kamera  400 camera
410 erster Zustand unverdreht  410 first condition undiluted
412 erster Punkt  412 first point
414 zweiter Punkt  414 second point
416 dritter Punkt  416 third point
418 vierter Punkt  418 fourth point
420 zweiter Zustand verdreht  420 second state twisted
500 erster Bildausschnitt  500 first image section
502 zweiter Bildausschnitt  502 second image section
504 Abstand erste Gruppe  504 distance first group
506 Abstand zweite Gruppe  506 distance second group
600 Lichtquelle im Blattfuß  600 light source in the leaf foot
602 Lichtleiter an die Blattoberfläche 602 light guide to the leaf surface
700 Lichtleiter im Blattinneren 700 light guides inside the blade
702 Einschränkung der Sicht durch Spanten 702 Restriction of visibility through frames
800 Windkraftanlage 800 wind turbine
802 Rotor  802 rotor
804 Auslenkung  804 deflection
806 Konstruktionsrotorebene  806 construction rotor level

Claims

1 . Verfahren zum Bereitstellen eines Anstellwinkelkorrektursignals für zumindest ein Rotorblatt (300) einer Windkraftanlage (102), wobei die Windkraftanlage mindestens ein, um eine Rotorachse und eine Blattlängsachse drehbares Rotorblatt, sowie eine, wobei sich eine Konstruktionsrotorebene (806) als gedachte Hilfsebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotorachse aufspannt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: 1 . A method of providing a pitch correction signal to at least one rotor blade (300) of a wind turbine (102), the wind turbine having at least one rotor blade rotatable about a rotor axis and a blade longitudinal axis, and a design rotor plane (806) being an imaginary auxiliary plane substantially perpendicular to Rotor axis spans, wherein the method comprises the following steps:
Einlesen (900) eines Auslenkungssignals (xi), das eine aktuelle Auslenkung des Rotorblatts aus der Konstruktionsrotorebene repräsentiert, wobei das Rotorblatt während eines Umlaufs um die Rotorachse veränderliche Auslenkungen aus der Konstruktionsrotorebene erfährt; und Reading (900) a displacement signal (xi) representing a current deflection of the rotor blade from the construction rotor plane, the rotor blade experiencing variable deflections from the construction rotor plane during one revolution around the rotor axis; and
Ermitteln (902) eines Anstellwinkelkorrektursignals (Δφι) basierend auf dem Auslenkungssignal, wobei das Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι) "geeignet ist, um bei einer Verknüpfung mit einem gemeinsamen Anstellwinkelsignal (φ) für mehrere Rotorblätter der Windkraftanlage eine Auslenkung zumindest eines Rotorblatts zu erreichen, die während eines Umlaufs um die Rotorachse näherungsweise konstant ist. Determining (902) a Anstellwinkelkorrektursignals (Δφι) based on the deflection signal, the Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι) "is adapted to achieve a linkage with a common Anstellwinkelsignal (φ) for several rotor blades of the wind turbine deflection of at least one rotor blade during A circulation around the rotor axis is approximately constant.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei im Schritt des Ermitteins (902) das Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι) aus einer Differenz von einem Mittelwert der durch das Auslenkungssignal (xi) repräsentierten veränderlichen Auslenkungen der Rotorblätter und der aktuellen Auslenkung des einen Rotorblatts (300) ermittelt wird. 2. The method according to claim 1, wherein in the step of determining (902) the pitch correction signal (Δφι) is determined from a difference between an average of the deflection signals (xi) represented variable deflections of the rotor blades and the current deflection of a rotor blade (300) ,
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt (900) des Bereitstellens ein Signal eines Seilzugsensors verwendet wird, um das Aus- lenkungssignal (xi) zu bestimmen. 3. Method according to one of the preceding claims, wherein in the step (900) of providing a signal of a cable pull sensor is used to control the output steering signal (xi) to determine.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Schritt (900) des Bereitstellens eine optische Erfassung von mindestens einem vordefinierten Punkt (306, 308, 310) des Rotorblatts (300) erfolgt, um ein optisches Erfassungssignal zu erhalten, wobei das Auslenkungssignal (xi) unter Verwendung des Erfassungssignals bestimmt wird. Method according to one of claims 1 to 3, wherein in the step (900) of providing an optical detection of at least one predefined point (306, 308, 310) of the rotor blade (300) takes place in order to obtain an optical detection signal, wherein the displacement signal ( xi) is determined using the detection signal.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei im Schritt (900) des Bereitstellens mehrere vordefinierte Punkte (306, 308, 310) des Rotors (802) erfasst werden und aus den erfassten Punkten zumindest ein eindeutig identifizierbares Muster erkannt wird, wobei das Auslenkungssignal (xi) unter Verwendung des erkannten Musters bestimmt wird. The method of claim 4, wherein in step (900) of providing a plurality of predefined points (306, 308, 310) of the rotor (802) are detected and from the detected points at least one uniquely identifiable pattern is detected, wherein the deflection signal (xi) under Use of the recognized pattern is determined.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei im Schritt des Bereitstellens eine Kamera (304) verwendet wird, um die vordefinierten Punkte (306, 308, 310) zu erfassen und die Auslenkung (504) des Rotorblattes aufgrund einer Anordnung mehrerer Bildpunkte in einem Pixelbild (500, 502) der Kamera ermittelt wird. Method according to one of claims 4 or 5, wherein in the step of providing a camera (304) is used to detect the predefined points (306, 308, 310) and the deflection (504) of the rotor blade due to an arrangement of several pixels in one Pixel image (500, 502) of the camera is determined.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei im Schritt (900) des Bereitstellens von dem mindestens einen vordefinierten Punkt (306, 308, 310) Licht emittiert oder reflektiert wird. The method of any one of claims 4 to 6, wherein in step (900) of providing the at least one predefined point (306, 308, 310), light is emitted or reflected.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei im Schritt (900) des Bereitstellens mindestens eine, in das Rotorblatt (300) eingebrachte, oder an dem Rotorblatt angebrachte Lichtleiterfaser (602, 700) verwendet wird. The method of claim 7, wherein in step (900) of providing, at least one optical fiber (602, 700) inserted in the rotor blade (300) or attached to the rotor blade is used.
9. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren einen zusätzlichen Schritt des Ermitteln mindestens eines weiteren Anstellwinkelkorrektursignals (Δφ2) für ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage basierend auf einem weiteren Auslenkungssignal (x2) aufweist, wobei eine Beeinflus- sung eines Anstellwinkels (<p2) um die Blattlängsachse mindestens eines weiteren der Rotorblätter unter Berücksichtigung des weiteren Anstellwinkelkorrektursignals (Δφ2) eine nachfolgende Auslenkung des mindestens einen weiteren Rotorblatts (300) während eines Umlaufs um die Rotorachse näherungsweise konstant ist. 9. Method according to one of the preceding claims, wherein the method has an additional step of determining at least one further pitch correction signal (Δφ 2 ) for a further rotor blade of the wind turbine based on a further deflection signal (x 2 ), wherein an influencing a subsequent deflection of the at least one further rotor blade (300) during a rotation about the rotor axis is approximately constant by a pitch angle (<p 2 ) about the blade longitudinal axis of at least one other of the rotor blades taking into account the further Anstellwinkelkorrektursignals (Δφ 2 ).
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei im Schritt des Ermitteins (902) das Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι) durch eine Nick-Gier-Transformation (201 ) der Auslenkungssignale aller Rotorblätter (xi, x2, x3) in einen Nick- Auslenkungsanteil (XD) und einen Gier-Auslenkungsanteil (XQ), einer nachfolgenden Umwandlung (202, 204) des Nick-Auslenkungsanteils in einen Nick- Anstellwinkelanteil (Δφο) und des Gier-Auslenkungsanteils in einen Gier- Anstellwinkelanteil (Δφς>) sowie einer nachfolgenden Nick-Gier- Rücktransformation (206) des Nick-Anstellwinkelanteils und des Gier- Anstellwinkelanteils in den Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι, Δφ2, Δφ3) ermittelt wird. 10. The method according to claim 9, wherein in the step of determining (902) the pitch correction signal (Δφι) by a pitch-yaw transformation (201) of the deflection signals of all rotor blades (xi , x 2, x 3 ) into a pitch deflection component (XD ) and a yaw deflection component (XQ), a subsequent conversion (202, 204) of the pitch deflection component into a pitch pitch component (Δφο) and the yaw deflection component into a yaw pitch component (Δφς>) and a subsequent pitch yaw - Inverse transformation (206) of the pitch pitch angle component and the yaw pitch angle component in the Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι, Δφ 2 , Δφ 3 ) is determined.
1 1. Verfahren zum Korrigieren eines Soll-Anstellwinkels (<p) eines Rotorblatts (300) einer Windkraftanlage (102), mit folgenden Schritten: 1 1. A method for correcting a desired angle of attack (<p) of a rotor blade (300) of a wind turbine (102), comprising the following steps:
- die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10; und the steps of the method according to any one of claims 1 to 10; and
- Kombinieren des Soll-Anstellwinkels (cp) mit dem Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι, Δφ2), um einen korrigierten Soll-Anstellwinkel (φι, φ2) zu erhalten. - Combining the desired angle of attack (cp) with the Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι, Δφ 2 ) to obtain a corrected target angle of attack (φι, φ 2 ).
12. Vorrichtung zum Bereitstellen eines Anstellwinkelkorrektursignals (Δφι) für zumindest ein Rotorblatt (300) einer Windkraftanlage, wobei die Windkraftanlage mindestens ein, um eine Rotorachse und eine Blattlängsachse drehbares Rotorblatt, wobei sich eine Konstruktionsrotorebene (806) als gedachte Hilfsebene im Wesentlichen senkrecht zur Rotorachse aufspannt, wobei das Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung ( 102) zum Bereitstellen eines Auslenkungssignals, das eine aktuelle Auslenkung des Rotorblattes aus der Konstruktionsrotorebene repräsentiert, wobei das Rotorblatt während eines Umlaufs um die Rotorachse veränderliche Auslenkungen aus der Konstruktionsrotorebene erfährt; und eine Einrichtung ( 104) zum Ermitteln eines Anstellwinkelkorrektursignals (Δφι) basierend auf dem Auslenkungssignal (xi), wobei das Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι) geeignet ist, um bei einer Verknüpfung mit einem gemeinsamen Anstellwinkelsignal (φ) für mehrere Rotorblätter der Windkraftanlage eine Aus- lenkung des zumindest einen Rotorblatts zu erreichen, die gegenüber einer vorausgehenden Auslenkung dieses Rotorblattes während eines Umlaufs um die Rotorachse näherungsweise konstant ist. 12. An apparatus for providing a Anstellwinkelkorrektursignals (Δφι) for at least one rotor blade (300) of a wind turbine, the wind turbine at least one rotatable about a rotor axis and a blade longitudinal axis rotor blade, wherein a construction rotor plane (806) as an imaginary auxiliary plane substantially perpendicular to the rotor axis spans, the device having the following features: means (102) for providing a displacement signal representing a current deflection of the rotor blade from the construction rotor plane, the rotor blade experiencing variable deflections from the construction rotor plane during one revolution about the rotor axis; and a device (104) for determining a pitch correction signal (Δφι) based on the deflection signal (xi), wherein the Anstellwinkelkorrektursignal (Δφι) is suitable for a linkage with a common pitch signal (φ) for several rotor blades of the wind turbine a deflection of the at least one rotor blade, which is approximately constant with respect to a preceding deflection of this rotor blade during a rotation about the rotor axis.
13. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wenn das Programm auf einem Informationssystem ausgeführt wird. 13. Computer program product with program code for carrying out the method according to one of claims 1 to 1 1, when the program is executed on an information system.
PCT/EP2011/003244 2010-07-07 2011-06-30 Method and apparatus for providing a pitch angle correction signal for at least one rotor blade of a wind power installation WO2012003940A1 (en)

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