WO2016091254A1 - Method for the reduction of aerodynamic imbalances of wind turbines - Google Patents

Method for the reduction of aerodynamic imbalances of wind turbines Download PDF

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WO2016091254A1
WO2016091254A1 PCT/DE2015/100527 DE2015100527W WO2016091254A1 WO 2016091254 A1 WO2016091254 A1 WO 2016091254A1 DE 2015100527 W DE2015100527 W DE 2015100527W WO 2016091254 A1 WO2016091254 A1 WO 2016091254A1
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blade
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vibration
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PCT/DE2015/100527
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Mathias Hillmann
Thomas Rische
Erik Miersch
Sirko Bartholomay
Burkhard Cerbe
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Cp.Max Rotortechnik Gmbh & Co.Kg
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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/30Commissioning, e.g. inspection, testing or final adjustment before releasing for production
    • F03D13/35Balancing static or dynamic imbalances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224Adjusting blade pitch
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05B2260/966Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by correcting static or dynamic imbalance
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing aerodynamic imbalances of wind turbines.
  • Wind turbines also referred to as wind power converters or wind turbines
  • the rotor is crucial for the mechanical efficiency of the wind turbine.
  • the present invention is a design of a known wind turbine with horizontal rotor axis, in particular with three-blade rotor.
  • an application of the present invention can also be made for designs with more rotor blades or even two leaves.
  • the rotor blades of modern wind turbines have aerodynamically carefully optimized wings, which not only maximize the efficiency and thus the energy yield, but at the same time minimize the noise.
  • the wings consist of perpendicular to the blade axis arranged profiles, which are each rotated by a twisting angle.
  • the invention relates to wind power plants which have an adjustment mechanism of the rotor blades about their respective longitudinal axis (pitch mechanism).
  • a rotor blade is constantly adjusted in operation by the plant control to an optimum pitch angle to ensure the necessary torque.
  • An important investigation, which is the basis for the correct setting in operation, is the measurement of the blade pitch.
  • the pitch angle of 0 ° is specified at standstill of the system control. The angle measured in this state will be referred to as the blade pitch. If this angle deviates from the manufacturer's specification, this is called an absolute error of the blade pitch angle. If the blade pitch angles of the individual rotor blades differ from one another, this is a relative error or a deviation in the synchronous position.
  • the state of the art is to set the rotor blades of a wind turbine as optimally as possible synchronously: By a correspondingly optimal synchronous position of the rotor blades of a wind turbine with respect to the zero degree Blateinstellwinkel the occurrence of an axial unbalance vibration is prevented. So far, rotor blades are adjusted by means of a marking scale in the flange area. In some cases, the setting of the rotor blades is also measured separately (usually photometrically or by means of a laser method). According to the guideline of Germanischer Lloyd (2010), the synchronicity of the three rotor blades of a wind turbine must be in the range of +/- 0.3 ° (total 0.6 °). It is believed that this accuracy is sufficient to prevent the occurrence of significant aerodynamic imbalances. However, this method is based on the assumption that the deviation of the zero grade blade angle adjustment is the dominant cause for aerodynamic imbalances.
  • the theoretical maximum of the achievable power is the Betz power factor. This value is 59.3%.
  • Wind turbines that meet the state of the art already achieve values of about 50%, so that the physically possible is largely exhausted.
  • the further optimization aims u.a. It is to largely eliminate inhomogeneities in circulation, ie mass-related or even aerodynamic imbalances of the rotor. It is therefore an effort of the experts to recognize, to take exclusively influence on the rotor, to bring the rotor blades in an optimal position and thus to achieve the vibration-free concentricity with maximum energy yield.
  • the low-vibration concentricity of the rotor requires both low aerodynamic imbalances, ie axial and radial vibrations, as well as low mass-related (usually radial) imbalances.
  • the mass imbalance is determined by the well-known, cross-disciplinary expertise by a series of measurements, consisting of a primitive course and a test run with mounted on the rotor, known in place and size test mass. The result is the size and location of a required balance weight.
  • Mass imbalances lead in particular to a radial oscillation, ie perpendicular to the rotor axis. Aerodynamic imbalances, caused by different pitch angles of the rotor blades, twisting errors, profile deviations, pitch errors, defective flow elements or damage to the blade surface, lead to axial, torsional but also to lateral (radial) excitations of the gondola tower vibrations. Mass or aerodynamic imbalances can lead to increased wear of all components of a wind turbine. In addition, incorrectly adjusted blade angles can ultimately lead to losses in the production of electrical energy. While the mass imbalance is therefore well manageable in practice, the aerodynamic imbalance, the cause of which are different contributions of the individual blades to the torque of the rotor, still causes problems and must be reduced by matching the individual powers of the rotor blades to each other.
  • Laser methods go have been described, for example, in the previously mentioned documents DE 10 2008 013 392 B4 and DE 100 32 314 C1. These methods are based on measuring the tracking of all three blades and then calculating the respective blade angles from the measured data.
  • the document US 2012 0 183 399 A1 proposes to carry out an initial measurement and then to adjust a rotor blade, which leads to a defined aerodynamic imbalance, and to determine the result obtained by the adjustment by means of a test measurement. Adjustment and test measurement are performed at least twice in order to be able to determine empirically from the results in a numerical method or according to a table of values, how an adjustment of the rotor blades must ultimately be carried out in order to reduce the aerodynamic imbalance. This process is inaccurate and at the same time complex, because to achieve an adequate accuracy in the reduction of the aerodynamic unbalance, a multiplicity of measuring cycles becomes necessary.
  • Object of the present invention is therefore to provide a method by which the absolute pitch adjustment and the synchronous position of the rotor blades of a wind turbine optimizes and at the same time vibrations in the radial and axial directions can be minimized.
  • the object is also to offer a particularly simple and quickly feasible method for reducing aerodynamic imbalance.
  • the object is achieved by a method for reducing an aerodynamic imbalance of a wind turbine.
  • an initial axial vibration of a rotor of the wind turbine is determined, the original axial vibration has a vibration amplitude ä X and a phase angle ⁇ ⁇ at rotational frequency (1 P).
  • 1 P means the first order of a Order spectrum, related to the rotor speed.
  • An order analysis in the present case is to be understood as the analysis of the vibrations of rotating machinery.
  • the energy content of the vibration is not plotted against the frequency but above the order.
  • the order is a multiple of the speed. For example, a motor turns at 3000 revolutions per minute, which corresponds to a mains frequency of 50 hertz for a two-pole AC or three-phase motor.
  • the first order is then at 50 Hz, the second order at 100 Hz, the third at 150 Hz, etc.
  • the determined oscillation amplitude of the axial oscillation of a rotor of the wind turbine is thus a 1 P oscillation amplitude for X.
  • the vibration measurement is performed with the rotor rotating, preferably at a constant speed.
  • an aerodynamic imbalance defined with regard to location and size is produced by adjusting a blade pitch angle of at least one rotor blade resulting in a total blade pitch change a pitchi test and resulting phase angle ⁇ (apitcn, test) as a test condition.
  • the subsequent method step is thus the determination of a necessary blade pitch change a pit ch, corr and a phase angle (p corr at which the blade pitch change a pitch: corr is to be corrected to correct the original aerodynamic imbalance, including a vectorial mapping of the blade pitch angle change a pit.
  • the adjustment of a plurality of rotor blades can also be advantageous if an optimization with regard to efficiency and concentricity can thereby be achieved.
  • an equally good result can be achieved in the concentricity by either one or more blades are adjusted.
  • phase angle change (location where the blade pitch change must be made)
  • cp (a 0 °, pitch, test) + ⁇ (a U r, axAarier, ax)
  • a further embodiment of the method additionally provides a documenting vibration measurement before the vibration measurement in the original state and the correction of the blade angle settings.
  • the corrected blade position usually results in an optimal efficiency of the rotor, so that the wind, the maximum amount of energy can be removed. But at least there is a clearly defined blade angle adjustment of all rotor blades after the correction of the blade angle adjustment. From this defined blade angle setting should be assumed to compensate for any remaining aerodynamic imbalances, in order to deviate as little as possible from the optimal setting and thus have to accept the smallest possible loss of efficiency due to necessary corrections of the blade position.
  • the analysis of the actual leaf position in all alternative methods requiring such an analysis is preferably carried out by a photometric analysis on the one hand or a distance measurement between at least one point on each rotor blade and a fixed point on the wind turbine or in the vicinity thereof.
  • the rotor blade is photographically recorded at a standstill, preferably with the tip down, while a profile marked at a certain point or prominent points are imaged.
  • Another possible type of analysis is the distance measurement between at least one point on each rotor blade and a fixed point on the wind turbine, such as the tower or the nacelle or any other suitable fixed point in the vicinity of the wind turbine.
  • the distance measurement itself is carried out a known manner with a measuring beam, such as by means of ultrasound or, more preferably, laser beam.
  • the sheet passing the measuring beam is scanned in its profile and the result is recorded for comparison.
  • Further suitable types of analysis of the actual leaf position according to the invention are provided.
  • This adjustment is based on an analysis of the blade angle settings of all rotor blades, with changes of at least one blade angle setting which test a Bacblatteinstellwinkel Sung a pitchi and a resultant phase angle ⁇ p (a P uch).
  • the upstream documenting vibration measurement is unnecessary and also eliminates the correction of the blade angle settings of all rotor blades lt - but without sacrificing an optimal correction of the aerodynamic imbalance. Since, according to this variant of the method, there is also clarity about the blade angle adjustment of each rotor blade, this can be taken into account in the correction of the aerodynamic imbalance and the blade position can be corrected so that existing misalignments are simultaneously corrected towards an absolute blade angle adjustment.
  • an axial vibration is determined in the vibration measurement in the original state and the vibration measurement in the test state.
  • a measurement is simple and feasible with cost-effective measurement technology.
  • the vibration measurement in the original state and / or the vibration measurement in the test state are performed as a combined vibration measurement, wherein at least one radial and one axial vibration are determined.
  • it can be determined whether there is additionally a mass-related imbalance after correction of the aerodynamic imbalance. This would then have to be determined and eliminated in a conventional way. This is preferably done by attaching a test mass to remedy after calculating the location and size of the imbalance by a balancing mass.
  • the method according to the invention is carried out as an on-site maintenance or repair.
  • this method is in a particularly advantageous manner but also independently of the software or control of the wind turbine possible.
  • the prerequisite for the automated variant of the method according to the invention described below is thus that the blade pitch (zero degree angle or offset) of the system via the controller is automatically adjustable and not manually-mechanically by service teams on site.
  • the setting for the low-vibration state can be used as a starting point to correct ground imbalances.
  • this state is the optimal starting point for optimizing performance.
  • the blade angles can then be adjusted in the total offset and the resulting power curve thereby optimized.
  • the method according to the invention for the removal of aerodynamic imbalances is to be integrated automatically into the control of a system.
  • the system adjusted by their adjusting devices during operation, or in a short stop or in the spinning mode, at least one blade pitch (zero-degree angle or offset) by a predetermined amount. This amount is at least so large that a changed vibration property can be determined.
  • the wind turbine measures again in the same operating state as under 1. the axial gondola vibrations (test measurement). 4. From the result of the original run and the test run, a taring pointer and tare value are determined, which makes it possible to determine the position (phase angle) of the blade pitch change and its amount. This must be set to run the plant low vibration. 5. The phase amount of 4. can be between two sheets and the pitch angle change can then be divided mathematically into two sheets. (The calculation in section 4 and 5 corresponds to the calculation according to the manual procedure.) 6. The blade angles can be adjusted in total by the plant control to achieve the optimum power generation. This can be done by iterative adjustment and in each case measurement of the power curve.
  • the process corresponds to the manual process, but using or setting up appropriate sensors and actuators of the wind turbine, which at least detect vibrations and allows adjustment of at least the leaf position of all leaves.
  • the tower damping can be determined. This allows determination of the position of the mass imbalance (static moment) after measuring the radial oscillation amplitude.
  • This method is automated according to the invention in a suitable manner, preferably integrated into the plant control.
  • Fig. 1 schematic representation of axial, radial and torsional Turmanregulation; Presentation and state of the art in the removal of imbalances;
  • FIG. 2 shows a schematic phasor diagram showing settings and measured values with their symbols as well as their relationship to one another
  • FIG. 3 is a schematic representation of a graph of a nominal power curve and power curves for absolute blade pitch errors
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a diagram of a power curve of a wind energy plant before and after the blade angle correction; and 5 shows a schematic representation of a method sequence of an embodiment of the method according to the invention.
  • Mass imbalances lead in particular to a radial oscillation, ie perpendicular to the rotor axis, as shown in FIG. 1.
  • mass imbalances unless otherwise defined by the manufacturer, are based on a permissible deviation of 0.5% from the mean static moment of the rotor blade set.
  • Aerodynamic imbalances caused by different angles of rotation of the rotor blades, twisting errors, profile deviation, pitch errors, defective flow elements or damage to the blade surface, lead to axial, torsional but also to lateral (radial) excitations of the gondola tower vibrations, as also shown in FIG ,
  • a photometric method may be mentioned which is based on the marking of a specific radius position, photography thereof and the evaluation of the acquired images by means of a special CAD software. It is also possible to use another photometric method in which prominent points on the leaf surface are analyzed.
  • the limit value for the optimal adjustment of rotor blades to each other should not exceed ⁇ 0.3 °, as specified by German Fischer Lloyd (see German Fischer Lloyd, Rules and Guidelines Industrial Services, Guideline for the Certification of Wind Turbines, 2010.).
  • the sheet pitch change Since the location of the sheet pitch change is not necessarily at the position of a sheet, the sheet pitch change must be converted to the sheets: ⁇ Xo °, corr> -120 °, corr> 120 °, corr
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a graph of a nominal power curve 30 and power curves 31, 32 for absolute blade pitch errors.
  • the effects on the output power of a wind turbine can be seen, which occur depending on the wind speed and the direction of the misalignment. For example, with an adjustment to "stall" (power curve 31, dotted line) at each wind speed, there is a drop in power compared to the rated power, which even increases at higher wind speeds. Point line) especially power losses at lower wind speeds.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a diagram of a power curve of a wind energy plant before and after the blade angle correction.
  • Dashed line 33 shows a blade angle of 0.8 ° after stall (before correction)
  • dotted line 34 a blade angle of 0.0 ° (after correction).
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a method sequence of an embodiment of the method according to the invention corresponding to the sequence of the method steps of the following exemplary embodiment.
  • the goal is to minimize the radial and axial tower-gondola vibration of a wind turbine as well as to set the absolute blade angles to optimize the power curve.
  • Step I (reference numeral 11): A measurement of the rotor vibrations 20 is carried out during operation of the wind energy plant. The following results (amplitudes) are determined:
  • Step II First, the measurement of the blade angle position takes place according to a known method. As a reference profile, the profile along the rotor blade is selected, at which the torsion angle is 0 °. The optimum setting angle at this profile cut would be 0.00 °. (Alternatively, any other radial position with a known corresponding twist angle could be selected.) The following results are obtained:
  • Sheet III angle -0,30 ° Step III (reference 13): All three blades are adjusted to the nominal optimum angle (0.00 °).
  • Step IV (Reference 14): A measurement of the rotor vibrations 21 during operation of the wind turbine is again carried out. The following results (amplitudes) are determined:
  • Step V (reference numeral 15): From the two vibration measurements carried out, the angle correction values are determined by observing the vibration vectors at which a minimum of the axial vibrations occurs:
  • Step VI (reference 16): The rotor blades are adjusted with the determined correction angles.
  • Step VII (Reference 17): For optional validation of the new setting, a third measurement of the rotor vibrations 22 is made during operation of the wind turbine. The following results (amplitudes) are determined:
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • the power curve before and after the blade angle correction is considered.
  • Step I There is a measurement of the blade pitch:
  • Step II I The blade pitch of the 3 rotor blades are adjusted to the nominal target angle:
  • Step IV A new measurement of the rotor vibrations is carried out:
  • Step V From the measured values, the required correction of the blade pitch angle is determined using the described method in order to achieve a low axial vibration level:
  • Step VI A final measurement of the rotor vibrations is carried out: axial vibration amplitude 1, 53 mm / s 2

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Abstract

The invention relates to a method for reducing the aerodynamic imbalance of a wind turbine when the rotor rotates, wherein, in the context of an oscillation measurement in the original state, an original axial oscillation of a rotor (2) is determined with an oscillation amplitude âur,ax and a phase angle φυr,ax, whereupon by adjusting a blade setting angle of at least one rotor blade (7) an aerodynamic imbalance is caused in terms of location and size with a resulting total blade pitch angle change αpitch,test and a resulting phase angle φ(αpitch,test); subsequently, a single oscillation measurement is carried out again in the test state for determining an axial oscillation with an oscillation amplitude âtest,ax and a phase angle φtest,ax > which allow the determination of an axial balancing pointer with the amount ẑtarier,ax and phase change Δφ and a tare value tarn while taking into account the original axial oscillation, followed by the determination of a necessary blade pitch angle change αpitch,korr and a phase angle φkorr, on which the blade pitch angle change αpitch,korr has to be made, in order to correct the original aerodynamic imbalance, including a vectorial allocation of the blade pitch angle change αpitch,korr to at least one rotor blade (7).

Description

Verfahren zur Reduktion von aerodynamischen Unwuchten von  Method for reducing aerodynamic imbalances of
Windenergieanlagen  Wind turbines
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von aerodynamischen Unwuchten von Windenergieanlagen. Windenergieanlagen, auch als Windkraftkonverter oder Windkraftanlagen bezeichnet, gibt es in verschiedenen Bauformen, insbesondere betreffend die Ausbildung des Rotors. Der Rotor ist entscheidend für den mechanischen Wirkungsgrad der Windenergieanlage. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Bauform einer bekannten Windenergieanlage mit horizontaler Rotorachse, insbesondere mit Dreiblatt-Rotor. Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung kann aber ebenso für Konstruktionen mit mehr Rotorblättern oder auch nur zwei Blättern erfolgen. Die Rotorblätter moderner Windturbinen haben aerodynamisch sorgfältig optimierte Flügel, die nicht nur den Wirkungsgrad und damit die Energieausbeute maximieren, sondern gleichzeitig auch die Geräuschentwicklung minimieren. Die Flügel bestehen aus senkrecht zur Blattachse angeordneten Profilen, welche jeweils um einen Verwindungswinkel gedreht sind. The invention relates to a method for reducing aerodynamic imbalances of wind turbines. Wind turbines, also referred to as wind power converters or wind turbines, are available in various designs, in particular concerning the design of the rotor. The rotor is crucial for the mechanical efficiency of the wind turbine. The present invention is a design of a known wind turbine with horizontal rotor axis, in particular with three-blade rotor. However, an application of the present invention can also be made for designs with more rotor blades or even two leaves. The rotor blades of modern wind turbines have aerodynamically carefully optimized wings, which not only maximize the efficiency and thus the energy yield, but at the same time minimize the noise. The wings consist of perpendicular to the blade axis arranged profiles, which are each rotated by a twisting angle.
Die Erfindung betrifft insbesondere Windenergieanlagen, die einen Verstellmechanismus der Rotorblätter um ihre jeweilige Längsachse besitzen (Pitchmechanismus). Ein solches Rotorblatt wird im Betrieb von der Anlagensteuerung ständig auf einen optimalen Pitchwinkel eingestellt, um das nötige Drehmoment zu gewährleisten. Eine wichtige Untersuchung, die die Basis für die korrekte Einstellung im Betrieb ist, ist die Vermessung des Blatteinstellwinkels. Hierbei wird im Stillstand der Anlagensteuerung der Pitchwinkel von 0° vorgegeben. Der Winkel, der in diesem Zustand gemessen wird, wird im Folgenden als Blatteinstellwinkel bezeichnet. Weicht dieser Winkel von der Herstellervorgabe ab, spricht man von einem absoluten Fehler des Blatteinstellwinkels. Unterscheiden sich die Blatteinstellwinkel der einzelnen Rotorblätter zueinander, so handelt es sich um einen relativen Fehler, bzw. eine Abweichung in der Synchronstellung.  In particular, the invention relates to wind power plants which have an adjustment mechanism of the rotor blades about their respective longitudinal axis (pitch mechanism). Such a rotor blade is constantly adjusted in operation by the plant control to an optimum pitch angle to ensure the necessary torque. An important investigation, which is the basis for the correct setting in operation, is the measurement of the blade pitch. Here, the pitch angle of 0 ° is specified at standstill of the system control. The angle measured in this state will be referred to as the blade pitch. If this angle deviates from the manufacturer's specification, this is called an absolute error of the blade pitch angle. If the blade pitch angles of the individual rotor blades differ from one another, this is a relative error or a deviation in the synchronous position.
Stand der Technik ist, die Rotorblätter einer Windenergieanlage möglichst optimal synchron einzustellen: Durch eine entsprechend optimale Synchronstellung der Rotorblätter einer Windenergieanlage in Bezug auf den Nullgrad-Blatteinstellwinkel wird das Auftreten einer axialen Unwuchtschwingung verhindert. Bisher werden Rotorblätter anhand einer Markierungsskala im Flanschbereich eingestellt. In einigen Fällen wird die Einstellung der Rotorblätter auch separat vermessen (meist fotometrisch oder mittels einer Lasermethode). Entsprechend der Richtlinie des Germanischen Lloyd (2010) muss die Synchronität der drei Rotorblätter einer Windenergieanlage dabei im Bereich von +/- 0,3° (gesamt 0,6°) liegen. Es wird davon ausgegangen, dass diese Genauigkeit ausreichend ist, um das Auftreten von signifikanten aerodynamischen Unwuchten zu verhindern. Diese Methode basiert aber auf der Annahme, dass die Abweichung der Nullgrad- Blattwinkeleinstellung die dominierende Ursache für aerodynamische Unwuchten ist. The state of the art is to set the rotor blades of a wind turbine as optimally as possible synchronously: By a correspondingly optimal synchronous position of the rotor blades of a wind turbine with respect to the zero degree Blateinstellwinkel the occurrence of an axial unbalance vibration is prevented. So far, rotor blades are adjusted by means of a marking scale in the flange area. In some cases, the setting of the rotor blades is also measured separately (usually photometrically or by means of a laser method). According to the guideline of Germanischer Lloyd (2010), the synchronicity of the three rotor blades of a wind turbine must be in the range of +/- 0.3 ° (total 0.6 °). It is believed that this accuracy is sufficient to prevent the occurrence of significant aerodynamic imbalances. However, this method is based on the assumption that the deviation of the zero grade blade angle adjustment is the dominant cause for aerodynamic imbalances.
Das theoretische Maximum der erzielbaren Leistung ist der Betzsche Leistungsbeiwert. Dieser Wert liegt bei 59,3 %. Windenergieanlagen, die dem Stand der Technik entsprechen, erzielen bereits Werte von ca. 50 %, so dass das physikalisch Mögliche weitgehend ausgeschöpft ist. Die weitere Optimierung zielt u.a. darauf, Inhomogenitäten im Umlauf, also massebedingte oder auch aerodynamische Unwuchten des Rotors weitgehend zu eliminieren. Es ist daher ein Bestreben der Fachwelt zu erkennen, ausschließlich auf den Rotor Einfluss zu nehmen, die Rotorblätter in eine optimale Stellung zu bringen und damit den schwingungsfreien Rundlauf bei maximaler Energieausbeute zu erreichen. Der schwingungsarme Rundlauf des Rotors erfordert sowohl geringe aerodynamische Unwuchten, also axiale und radiale Schwingungen, als auch geringe massebedingte (in der Regel radiale) Unwuchten. The theoretical maximum of the achievable power is the Betz power factor. This value is 59.3%. Wind turbines that meet the state of the art, already achieve values of about 50%, so that the physically possible is largely exhausted. The further optimization aims u.a. It is to largely eliminate inhomogeneities in circulation, ie mass-related or even aerodynamic imbalances of the rotor. It is therefore an effort of the experts to recognize, to take exclusively influence on the rotor, to bring the rotor blades in an optimal position and thus to achieve the vibration-free concentricity with maximum energy yield. The low-vibration concentricity of the rotor requires both low aerodynamic imbalances, ie axial and radial vibrations, as well as low mass-related (usually radial) imbalances.
Die massebedingte Unwucht wird nach dem seit langem bekannten, fachbereichsübergreifenden Fachwissen durch eine Messreihe, bestehend aus einem Urlauf sowie einem Testlauf mit am Rotor angebrachter, in Ort und Größe bekannter Testmasse, bestimmt. Als Ergebnis stehen Größe und Ort eines erforderlichen Ausgleichsgewichts. The mass imbalance is determined by the well-known, cross-disciplinary expertise by a series of measurements, consisting of a primitive course and a test run with mounted on the rotor, known in place and size test mass. The result is the size and location of a required balance weight.
Massebedingte Unwuchten führen insbesondere zu einer radialen Schwingung, also senkrecht zur Rotorachse. Aerodynamische Unwuchten, verursacht durch unterschiedliche Einstellwinkel der Rotorblätter zueinander, Verwindungsfehler, Profilabweichungen, Teilungsfehler, defekte Strömungselemente oder Schäden an der Blattoberfläche, führen zu axialen, torsionalen aber auch zu lateralen (radialen) Anregungen der Gondel-Turmschwingungen. Masse- oder aerodynamisch bedingte Unwuchten können zu einem erhöhten Verschleiß aller Komponenten einer Windenergieanlage führen. Zudem können nicht korrekt eingestellte Blattwinkel letztlich zu Verlusten in der Gewinnung von elektrischer Energie führen. Während die massebedingte Unwucht also in der Praxis gut beherrschbar ist, bereitet die aerodynamische Unwucht, deren Ursache unterschiedliche Beiträge der einzelnen Blätter zum Drehmoment des Rotors sind, noch immer Probleme und muss durch ein Angleichen der Einzelleistungen der Rotorblätter aneinander reduziert werden. Mass imbalances lead in particular to a radial oscillation, ie perpendicular to the rotor axis. Aerodynamic imbalances, caused by different pitch angles of the rotor blades, twisting errors, profile deviations, pitch errors, defective flow elements or damage to the blade surface, lead to axial, torsional but also to lateral (radial) excitations of the gondola tower vibrations. Mass or aerodynamic imbalances can lead to increased wear of all components of a wind turbine. In addition, incorrectly adjusted blade angles can ultimately lead to losses in the production of electrical energy. While the mass imbalance is therefore well manageable in practice, the aerodynamic imbalance, the cause of which are different contributions of the individual blades to the torque of the rotor, still causes problems and must be reduced by matching the individual powers of the rotor blades to each other.
Dieses Ziel zumindest teilweise zu erreichen haben bereits die Lösungen nach den Druckschriften DE 100 32 314 C1 und DE 10 2008 013 392 A1 versucht. Beide Lösungen suchen nach einem Weg zur bestmöglichen Synchronstellung der einzelnen Rotorblätter zueinander in der Hoffnung, dass diese dann auch übereinstimmenden Anteile am Drehmoment übernehmen. Während Druckschrift DE 100 32 314 C1 die Blattstellung durch eine Abstandsmessung mittels Laserentfernungsmessung vom Turm aus bestimmt, erfolgt dies nach der Druckschrift DE 10 2008 013 392 A1 durch eine Entfernungsmessung von der Gondel aus, wobei die Hinterkante des Flügels gemessen und hierdurch auf eine Winkelstellung geschlossen wird. To achieve this goal at least partially have already tried the solutions according to the publications DE 100 32 314 C1 and DE 10 2008 013 392 A1. Both solutions are looking for a way to the best possible synchronous position of the individual rotor blades to each other in the hope that they then take over the same proportions of torque. While DE 100 32 314 C1 determines the position of the leaves by means of a distance measurement by means of laser distance measurement from the tower, this is done according to the document DE 10 2008 013 392 A1 by measuring the distance from the nacelle, the trailing edge of the vane being measured and thus closed at an angular position becomes.
Eine solche Bestimmung setzt jedoch eine vollkommene Gleichgestalt mit genau übereinstimmenden aerodynamischen Eigenschaften voraus. Dies ist praktisch kaum zu erwarten, da insbesondere sehr lange Rotorblätter aufgrund unvermeidlicher Toleranzen im Fertigungsprozess geringfügige Unterschiede in Verwindung und/oder Wölbung aufweisen. Diese reichen bereits aus, um unterschiedliche aerodynamische Eigenschaften aufzuweisen. Damit lässt sich folglich auf die vorstehend dargestellte Weise ein zufriedenstellendes Ergebnis nicht erzielen.  However, such a determination presupposes a perfect equality with exactly matching aerodynamic properties. This is hardly to be expected since, in particular, very long rotor blades have slight differences in twisting and / or curvature due to unavoidable tolerances in the production process. These are already sufficient to have different aerodynamic properties. Thus, a satisfactory result can not be achieved in the manner described above.
Diesen Mangel vermag die in Druckschrift DE 196 28 073 C1 gezeigte Lösung teilweise zu beheben. Dort wird nämlich der Beitrag des einzelnen Blattes zum Drehmoment über die vom Generator abgegebene Leistung bestimmt, die über die Umdrehung des Rotors variiert. Es handelt sich um eine zeitaufgelöste Leistungsmessung. Durch Justierung der Rotorblätter mittels zufälliger Verstellung und Überprüfung des Resultats kann erreicht werden, dass die Unterschiede der einzelnen Blätter zueinander hinsichtlich ihrer Leistung minimiert werden. This deficiency is able to partially solve the solution shown in document DE 196 28 073 C1. There, the contribution of the individual sheet to the torque is determined by the power output by the generator, which varies over the revolution of the rotor. It is a time-resolved power measurement. By adjusting the rotor blades by means of random adjustment and checking the result can be achieved that the differences between the individual sheets are minimized in terms of their performance.
Mit dieser Maßnahme werden axiale Schwingungen erfasst und eliminiert, ebenso werden damit in Zusammenhang stehende radiale Schwingungen reduziert. Ein tatsächliches Erfassen axialer oder radialer Schwingungen ist - trotz des hohen Aufwands des empirischen Verfahrens - nicht möglich. Diese können somit auf eine solche Weise nicht ausgeschlossen werden. Folglich können durch eine Lösung nach Druckschrift DE 196 28 073 C1 keine zufriedenstellende Ergebnisse bei der Beseitigung von Schwingungen im Rotor erreicht werden, selbst wenn einer massenbedingten Unwucht zuvor auf konventionelle Weise abgeholfen wurde. Eine verbleibende aerodynamische Unwucht kann weder gezielt erfasst, noch erfolgreich beseitigt werden. With this measure, axial vibrations are detected and eliminated, as well as related radial vibrations are reduced. An actual detection of axial or radial vibrations is - despite the high cost of the empirical method - not possible. These can thus not be excluded in such a way. Consequently, by a solution according to DE 196 28 073 C1 no satisfactory results in the Elimination of vibrations in the rotor can be achieved, even if a mass imbalance was previously remedied in a conventional manner. A remaining aerodynamic imbalance can neither be specifically detected nor successfully eliminated.
Weitere Verfahren basieren ebenfalls auf fotometrischer Analyse der Blattstellung oder auf Lasermessverfahren. Eine fotometrische Analyse kommt bei dem Verfahren nach Druckschrift WO 2009/ 129 617 A1 zum Einsatz. Dieses Verfahren sieht vor, das die Blattwinkel durch Analyse von markanten Punkten an der Blattoberfläche bestimmt werden. Other methods are also based on photometric analysis of leaf position or on laser measurement. A photometric analysis is used in the method according to document WO 2009/129 617 A1. This method provides that the blade angles are determined by analyzing prominent points on the blade surface.
Laserverfahren hingehen wurden zum Beispiel in den bereits zuvor genannten Druckschriften DE 10 2008 013 392 B4 und DE 100 32 314 C1 beschrieben. Diese Verfahren beruhen auf der Vermessung des Spurlaufes aller drei Blätter und anschließender Berechnung der jeweiligen Blattwinkel aus den Messdaten. Laser methods go have been described, for example, in the previously mentioned documents DE 10 2008 013 392 B4 and DE 100 32 314 C1. These methods are based on measuring the tracking of all three blades and then calculating the respective blade angles from the measured data.
Die Vermessung von Turm-Gondel-Schwingungen in der Praxis hat allerdings gezeigt, dass die Korrektur der Blattwinkel allein basierend auf einem optischen Verfahren nicht immer ausreichend ist, um aerodynamische Unwuchten zu reduzieren. Insbesondere bei Rotoren mit einem sehr großen Durchmesser hat sich darüber hinaus gezeigt, dass das reine Einstellen der Rotorblätter auf die gemessenen Werte einer der oben beschriebenen optischen Methoden ungenügende Ergebnisse bringt. Surveying tower-nacelle oscillations in practice, however, has shown that the correction of blade angles based solely on an optical process is not always sufficient to reduce aerodynamic imbalances. In particular, in the case of rotors with a very large diameter, moreover, it has been shown that the mere adjustment of the rotor blades to the measured values of one of the optical methods described above gives insufficient results.
Gleichzeitig führt die Verwendung eines Verfahrens, das nur die Turm-Gondel- Schwingung vermisst und nicht optisch die Blattwinkel kontrolliert, unter Umständen zu einem schwingungsarmen Rotor, aber zu einer Minderleistung der Anlage durch Fehler des Blatteinstellwinkels eines oder mehrere Rotorblätter führt. Dies resultiert daraus, dass die vom Hersteller vorgegebene Blattwinkeleinstellung bei einem solchen Vorgehen nicht kontrolliert wird. Somit wäre nur die Synchronstellung, nicht aber eine korrekte Einstellung der absoluten Blatteinstellwinkel gewährleistet. At the same time, the use of a method that measures only the tower-gondola vibration and does not visually control the blade angles, may result in a low-vibration rotor, but in underachievement of the equipment due to blade pitch errors of one or more rotor blades. This results from the fact that the manufacturer specified blade angle adjustment is not controlled in such an approach. Thus, only the synchronous position, but not a correct setting of the absolute Blateinstellwinkel would be guaranteed.
Nach dem vorliegenden Stand der Technik ist es zwar möglich, den Rotor einer Windenergieanlage in axialer und radialer Richtung von Unwuchten zu befreien. Allerdings ist es unter bestimmten Umständen möglich, z.B. bei Fehlern im Verwindungsverlauf der Blätter oder bei anderen Geometrieabweichungen, dass die bekannten Verfahren nicht ausreichen, um den Rotor schwingungsarm einzustellen. Unter diesen Bedingungen wäre eine Erweiterung der Verfahren nötig, wofür aber der Stand der Technik weder praktikable Vorschläge, noch geeignete Anregungen für eine Lösungsfindung anbietet. Verschiedene Druckschriften, wie z. B. US 8 360 722 B2 und US 2009 0 035 136 A1 , ermitteln die Schwingungen unmittelbar über die Biegung der Welle oder die Leistung am Generator. Diese Verfahren sind ungenau bzw. erfordern einen erheblichen Aufwand, um eine angemessene Genauigkeit zu erzielen. Die Druckschrift US 2012 0 183 399 A1 schlägt vor, eine Urmessung durchzuführen und danach ein Rotorblatt zu verstellen, was zu einer definierten aerodynamischen Unwucht führt, und das durch die Verstellung erzielte Ergebnis mittels einer Testmessung zu bestimmen. Verstellung und Testmessung werden wenigstens zweimal durchgeführt, um aus den Ergebnissen empirisch in einem numerischen Verfahren oder nach einer Wertetabelle ermitteln zu können, wie eine Verstellung der Rotorblätter letztlich erfolgen muss, um die aerodynamische Unwucht zu reduzieren. Dieses Verfahren ist ungenau und zugleich aufwändig, denn um eine angemessene Genauigkeit bei der Reduzierung der aerodynamischen Unwucht zu erreichen, wird eine Vielzahl von Messzyklen nötig. According to the present state of the art, it is indeed possible to free the rotor of a wind turbine in the axial and radial directions from imbalances. However, it is possible under certain circumstances, for example, in case of errors in the twisting of the leaves or other geometrical deviations, that the known methods are not sufficient to adjust the rotor with low vibration. Under these conditions an extension of the procedures would be necessary, for which however the state of the art offers neither practical suggestions nor suitable suggestions for a finding of a solution. Various documents, such as. For example, US 8 360 722 B2 and US 2009 0 035 136 A1, determine the vibrations directly on the bending of the shaft or the power at the generator. These procedures are inaccurate or require considerable effort to achieve reasonable accuracy. The document US 2012 0 183 399 A1 proposes to carry out an initial measurement and then to adjust a rotor blade, which leads to a defined aerodynamic imbalance, and to determine the result obtained by the adjustment by means of a test measurement. Adjustment and test measurement are performed at least twice in order to be able to determine empirically from the results in a numerical method or according to a table of values, how an adjustment of the rotor blades must ultimately be carried out in order to reduce the aerodynamic imbalance. This process is inaccurate and at the same time complex, because to achieve an adequate accuracy in the reduction of the aerodynamic unbalance, a multiplicity of measuring cycles becomes necessary.
Vorhandene Verfahren sind zumindest sehr aufwändig, um zu einer höheren Genauigkeit zu gelangen. Existing methods are at least very expensive in order to achieve a higher accuracy.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzubieten, mit dem die absolute Blattwinkeleinstellung und die Synchronstellung der Rotorblätter einer Windenergieanlage optimiert und zugleich Schwingungen in radialer und axialer Richtung minimiert werden können. Aufgabe ist es weiterhin, ein besonders einfaches und schnell durchführbares Verfahren zur Verminderung einer aerodynamischen Unwucht anzubieten. Object of the present invention is therefore to provide a method by which the absolute pitch adjustment and the synchronous position of the rotor blades of a wind turbine optimizes and at the same time vibrations in the radial and axial directions can be minimized. The object is also to offer a particularly simple and quickly feasible method for reducing aerodynamic imbalance.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Reduktion einer aerodynamischen Unwucht einer Windenergieanlage. The object is achieved by a method for reducing an aerodynamic imbalance of a wind turbine.
Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, dass insbesondere bei Windenergieanlagen mit sehr großen Rotordurchmessern schon bei sehr geringen Synchronitätsabweichungen (< 0,1 °) signifikante aerodynamische Unwuchten auftreten (vgl. Ausführungsbeispiel). Dies ist dadurch begründet, dass geringe Fehlertoleranzen in der Fertigung, also zum Beispiel Abweichungen im Verwindungsverlauf oder der Geometrie (Dicke etc.) zu aerodynamischen Unwuchten führen. Daher ist die Untersuchung des Nullgrad-Blatteinstellwinkels an nur einer radialen Position (Blattflansch oder optische Methode) bei Windenergieanlagen mit großen Durchmessern oft nicht ausreichend. Um dieses Problem zu beheben, wurde das erfindungsgemäße Test-Pitch-Verfahren entwickelt. In fact, it has surprisingly been found that significant aerodynamic imbalances occur even in the case of wind power plants with very large rotor diameters even with very small deviations in synchrony (<0.1 °) (see exemplary embodiment). This is due to the fact that low fault tolerances in production, ie, for example, deviations in the twist course or the geometry (thickness, etc.) lead to aerodynamic imbalances. Therefore, examining the zero grade blade pitch angle at only one radial position (blade flange or optical method) is often not sufficient for large diameter wind turbines. To remedy this problem, the inventive test pitch method has been developed.
Im Rahmen einer Schwingungsmessung im Urzustand wird dabei eine ursprüngliche axiale Schwingung eines Rotors der Windenergieanlage ermittelt, wobei die ursprüngliche axiale Schwingung eine Schwingungsamplitude äur X und einen Phasenwinkel φυΓιβχ bei Drehfrequenz (1 P) aufweist.1 P bedeutet dabei die erste Ordnung aus einem Ordnungsspektrum, bezogen auf die Rotordrehzahl. Unter einer Ordnungsanalyse ist im vorliegenden Fall die Analyse der Schwingungen von rotierenden Maschinen zu verstehen. Anders als bei der Frequenzanalyse wird hierbei der Energiegehalt der Schwingung nicht über der Frequenz, sondern über der Ordnung aufgetragen. Die Ordnung ist dabei ein Vielfaches der Drehzahl. Ein Motor dreht beispielsweise mit 3000 Umdrehungen pro Minute, das entspricht bei einem zweipoligen Wechsel- oder Drehstrommotor einer Netzfrequenz von 50 Hertz. Die erste Ordnung ist dann bei 50 Hz, die zweite Ordnung bei 100 Hz, die dritte bei 150 Hz usw. Die ermittelte Schwingungsamplitude der axialen Schwingung eines Rotors der Windenergieanlage ist somit eine 1 P-Schwingungsamplitude äur X. As part of a vibration measurement in the original state, an initial axial vibration of a rotor of the wind turbine is determined, the original axial vibration has a vibration amplitude ä X and a phase angle φ υΓιβχ at rotational frequency (1 P). 1 P means the first order of a Order spectrum, related to the rotor speed. An order analysis in the present case is to be understood as the analysis of the vibrations of rotating machinery. In contrast to the frequency analysis, the energy content of the vibration is not plotted against the frequency but above the order. The order is a multiple of the speed. For example, a motor turns at 3000 revolutions per minute, which corresponds to a mains frequency of 50 hertz for a two-pole AC or three-phase motor. The first order is then at 50 Hz, the second order at 100 Hz, the third at 150 Hz, etc. The determined oscillation amplitude of the axial oscillation of a rotor of the wind turbine is thus a 1 P oscillation amplitude for X.
Die Schwingungsmessung wird bei drehendem Rotor, bevorzugt bei einer konstanten Drehzahl durchgeführt. The vibration measurement is performed with the rotor rotating, preferably at a constant speed.
Nach der Schwingungsmessung im Urzustand wird durch Verstellung eines Blatteinstellwinkels von wenigstens einem Rotorblatt eine hinsichtlich Ort und Größe definierte aerodynamische Unwucht mit resultierender Gesamtblatteinstellwinkeländerung apitchi test und resultierendem Phasenwinkel <p(apitcn,test) als Testzustand hervorgerufen. Erst danach erfolgt eine einzige erneute Schwingungsmessung, nun im Testzustand, zur Feststellung einer axialen Schwingung mit Schwingungsamplitude ätest ax und Phasenwinkel (ptest X bei Drehfrequenz (1 P), die unter Berücksichtigung der ursprünglichen axialen Schwingung die Bestimmung eines axialen Tarierzeigers mit Betrag ziarieoax und Phasenänderung Δφ und eines Tarawertes tarn ermöglicht. Der Tarawert tara stellt das Verhältnis zwischen der Änderung des Blatteinstellwinkels und der axialen Beschleunigungsänderung dar. Dies stellt zugleich den großen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, indem auf überraschende Weise eine hohe Genauigkeit bei der Minimierung der axialen Schwingung erreicht wird. Zugleich ist der Aufwand hierfür sehr gering, da nur eine Schwingungsmessung im Urzustand und eine Schwingungsmessung im Testzustand benötigt werden. Dies wird möglich durch den Einsatz eines Verfahrens zur Ermittlung einer notwendigen Blatteinstellwinkeländerung pitch:korr und eines Phasenwinkels (pkom gemäß des folgenden Verfahrensschritts. Diese Ermittlung erfolgt in einem analytischen Verfahren im Gegensatz zu den numerischen Verfahren, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Dadurch sind keine weiteren Messungen zur Ermittlung von Werten für die numerische Berechnung nötig und der Aufwand für die Einstellung wird stark verringert, die Verfügbarkeit der Windenergieanlage erhöht. After the vibration measurement in the original state, an aerodynamic imbalance defined with regard to location and size is produced by adjusting a blade pitch angle of at least one rotor blade resulting in a total blade pitch change a pitchi test and resulting phase angle φ (apitcn, test) as a test condition. Only then is a single new vibration measurement, now in the test state, to determine an axial vibration with vibration amplitude ä test ax and phase angle (p test X at rotational frequency (1 P), taking into account the original axial vibration determination of an axial tare with magnitude z iarieoax and phase change Δφ and a tara value tarn The tare value tara represents the relationship between the At the same time, this represents the great advantage of the method according to the invention in that surprisingly high accuracy is achieved in minimizing the axial oscillation. At the same time the effort for this is very low, since only a vibration measurement in the original state and a vibration measurement in the test state are needed. This is made possible by employing a method for determining a necessary blade pitch change pitch: corr and a phase angle (p com according to the following method step This determination is made in an analytical method in contrast to the numerical methods known from the prior art As a result, no further measurements are necessary for determining values for the numerical calculation and the effort for the adjustment is greatly reduced, the availability of the wind energy plant is increased.
Der darauf folgende Verfahrensschritt ist also die Bestimmung einer notwendigen Blatteinstellwinkeländerung apitch,korr und eines Phasenwinkels (pkorr, an dem die Blatteinstellwinkeländerung apitch:korr vorzunehmen ist, um die ursprüngliche aerodynamische Unwucht zu korrigieren, einschließlich einer vektoriellen Zuordnung der Blatteinstellwinkeländerung apitch,korr auf wenigstens ein Rotorblatt. Das Ergebnis dieser Methode ist, entgegen dem bisherigen Stand der Technik, nicht zwangsläufig derselbe Nullgrad-Einstellwinkel der Rotorblätter, sondern u. U. eine geringe Abweichung zwischen den Blättern, welche rechnerisch nach dem vorgenannten analytischen Verfahren bestimmt wurde. The subsequent method step is thus the determination of a necessary blade pitch change a pit ch, corr and a phase angle (p corr at which the blade pitch change a pitch: corr is to be corrected to correct the original aerodynamic imbalance, including a vectorial mapping of the blade pitch angle change a pit The result of this method, contrary to the prior art, is not necessarily the same zero-degree setting angle of the rotor blades, but, under certain circumstances, a small deviation between the blades, which is determined mathematically by the aforementioned analytical method has been.
Sobald die ermittelten Korrekturwerte am Rotorblatt oder an den Rotorblättern, wenn die ermittelte Blatteinstellwinkeländerung apitch,korr zwischen zwei Rotorblättern liegt, eingestellt sind, ist die aerodynamische Unwucht behoben. Dies kann optional durch eine Kontrollmessung bestätigt werden. As soon as the determined correction values on the rotor blade or on the rotor blades are set, when the determined blade pitch change a pit ch, corr is situated between two rotor blades, the aerodynamic imbalance is eliminated. This can optionally be confirmed by a control measurement.
Neben einem außerhalb des Rotorblatts liegenden Korrekturpunkt kann die Verstellung mehrerer Rotorblätter auch dann vorteilhaft sein, wenn hierdurch eine Optimierung hinsichtlich Wirkungsgrad und Rundlauf erreicht werden kann. So kann beispielsweise ein gleich gutes Ergebnis im Rundlauf erzielt werden, indem entweder ein Rotorblatt oder mehrere verstellt werden. Nun kann zwischen den Varianten auf Basis des besseren Wirkungsgrads entschieden werden. Verspricht beispielsweise die Verstellung von zwei Rotorblättern einen besseren Wirkungsgrad als die Verstellung von nur einem Rotorblatt, wird die erste Variante gewählt. Es kann hierzu erforderlich sein, beide Varianten in der Praxis zu testen und das Ergebnis zu prüfen. In addition to a correction point lying outside of the rotor blade, the adjustment of a plurality of rotor blades can also be advantageous if an optimization with regard to efficiency and concentricity can thereby be achieved. Thus, for example, an equally good result can be achieved in the concentricity by either one or more blades are adjusted. Now you can decide between the variants based on the better efficiency. For example, promises the adjustment of two rotor blades better efficiency than the adjustment from only one rotor blade, the first variant is chosen. It may be necessary to test both variants in practice and to check the result.
Der Verfahrensablauf zur Beseitigung einer axialen aerodynamischen Unwucht stellt sich daher zusammengefasst wie folgt dar: The procedure for eliminating an axial aerodynamic imbalance is therefore summarized as follows:
Messung des Ur-Unwuchtvektors mit Schwingungsamplitude und -phasenwinkel axial: {äur ax, cpur,ax} Measurement of the original unbalance vector with oscillation amplitude and phase angle axial: {ä ur ax , cp ur , ax}
Einstellen eines bestimmten Winkelwertes zur Test-Pitch-Messung an einem Rotorblatt (0,1 bis 2,0° empfohlen): a0°,pitch,test Setting a specific angle value for test pitch measurement on a rotor blade (0.1 to 2.0 ° recommended): a 0 °, pitch, test
nach Verstellung: Messung eines Test-Vektors mit verändertem Blattwinkel an mindestens einem Blatt mit Schwingungsamplitude und -phasenwinkel axial:
Figure imgf000010_0001
after adjustment: measurement of a test vector with altered blade angle on at least one blade with oscillation amplitude and phase angle axially:
Figure imgf000010_0001
vektorielle Ermittlung des Tarierzeigers mit Amplitude und Phasenwinkel axial:  vectorial determination of the tare pointer with amplitude and phase angle axial:
° „ ' {ztarier,ax> ^taricr,ax} ° " z {tarier, ax> ^ taricr, ax}
Tar Utest Uur Tar Utest Uur
° ztarier,ax {atest,ax> Ψίεεί,Βχ} {aur,ax> ΨΙΙΓ,ΒΧ} ° z tarier, ax - { a test, ax> Ψίεεί, Βχ} - { a ur, ax> ΨΙΙΓ, ΒΧ}
• Ermittlung des Tara-Wertes:  • Determination of the tare value:
. ^o-.pitch.test  , ^ O-.pitch.test
o tara =—  o tara = -
· Bestimmung nötige Blatteinstellwinkeländerung: apitch korr = tara * äur ax · Determination of required blade pitch change : a pitch korr = tara * aur ax
• Phasenwinkeländerung (Ort an dem die Blatteinstellwinkeländerung durchgeführt werden muss) Δφ = cp(a0°,pitch,test) + <(aUr,axAarier,ax) • phase angle change (location where the blade pitch change must be made) Δφ = cp (a 0 °, pitch, test) + <(a U r, axAarier, ax)
• Da der Ort der Blatteinstellwinkeländerung nicht unbedingt an der Position eines Blattes liegt, muss die Blatteinstellwinkeländerung auf die benachbarten Blätter umgerechnet werden: a a a  • Since the location of the sheet pitch change is not necessarily at the position of a sheet, the sheet pitch change must be converted to the adjacent sheets: a a a
Zum besseren Verständnis der Vektoren und Formelzeichen wird auf Fig. 2 und die dort dargestellten Einstell- und Messwerte verwiesen. For a better understanding of the vectors and formula symbols, reference is made to FIG. 2 and the setting and measured values shown there.
Weitere Vorteile erwachsen aus einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der vor der Schwingungsmessung im Urzustand eine Analyse von Blattwinkeleinstellungen aller Rotorblätter, mit darauffolgender Korrektur der Blattwinkeleinstellungen erfolgen, mit dem Ergebnis der Synchronstellung der Rotorblätter zueinander sowie dem eingestellten absoluten Blatteinstellwinkel aller Rotorblätter. Damit kann bei der nachfolgenden Minimierung der aerodynamischen Unwucht von einer optimalen Blattwinkelstellung ausgegangen werden, die durch die notwendige Verstellung im Rahmen der Reduzierung der Unwucht nur um ein Mindestmaß von der aerodynamischen Optimalstellung abweicht. Further advantages accrue from an embodiment of the method according to the invention in which prior to the oscillation measurement in the original state an analysis of blade angle settings of all rotor blades, followed by correction of the blade angle settings, with the result of the synchronous position of the rotor blades to each other and the set absolute blade pitch of all Rotor blades. This can be assumed in the subsequent minimization of the aerodynamic imbalance of an optimal blade angle position, which deviates only by a minimum of the aerodynamic optimal position by the necessary adjustment in the context of reducing the imbalance.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor der Schwingungsmessung im Urzustand und der Korrektur der Blattwinkeleinstellungen zusätzlich eine dokumentierende Schwingungsmessung vor. A further embodiment of the method additionally provides a documenting vibration measurement before the vibration measurement in the original state and the correction of the blade angle settings.
Die korrigierte Blattstellung hat in der Regel einen optimalen Wirkungsgrad des Rotors zur Folge, so dass dem Wind die maximale Energiemenge entnommen werden kann. Zumindest aber liegt nach der Korrektur der Blattwinkeleinstellung eine klar definierte Blattwinkeleinstellung aller Rotorblätter vor. Von dieser definierten Blattwinkeleinstellung sollte zum Ausgleich etwa verbleibender aerodynamischer Unwuchten ausgegangen werden, um hierbei möglichst wenig von der optimalen Einstellung abzuweichen und damit möglichst geringe Einbußen beim Wirkungsgrad durch notwendige Korrekturen der Blattstellung hinnehmen zu müssen. The corrected blade position usually results in an optimal efficiency of the rotor, so that the wind, the maximum amount of energy can be removed. But at least there is a clearly defined blade angle adjustment of all rotor blades after the correction of the blade angle adjustment. From this defined blade angle setting should be assumed to compensate for any remaining aerodynamic imbalances, in order to deviate as little as possible from the optimal setting and thus have to accept the smallest possible loss of efficiency due to necessary corrections of the blade position.
Die Analyse der tatsächlichen Blattstellung bei allen Verfahrensalternativen, die eine solche Analyse erfordern, erfolgt bevorzugt durch eine fotometrische Analyse einerseits oder eine Distanzmessung zwischen wenigstens einem Punkt auf jedem Rotorblatt und einem festen Punkt an der Windenergieanlage oder in deren Umgebung andererseits. Bei der fotometrischen Analyse wird das Rotorblatt im Stillstand, bevorzugt mit der Spitze nach unten, im Profil fotografisch aufgenommen und dabei ein an einer bestimmten Stelle markiertes Profil oder markante Punkte abgebildet. Durch Vergleich der so gewonnenen Aufnahmen mit einer als optimal bekannten Sollstellung lässt sich ein etwa vorhandener Korrekturbedarf hinsichtlich des erwünschten Einstellwinkels ermitteln und die Korrektur anschließend vornehmen. The analysis of the actual leaf position in all alternative methods requiring such an analysis is preferably carried out by a photometric analysis on the one hand or a distance measurement between at least one point on each rotor blade and a fixed point on the wind turbine or in the vicinity thereof. In the photometric analysis, the rotor blade is photographically recorded at a standstill, preferably with the tip down, while a profile marked at a certain point or prominent points are imaged. By comparing the recordings thus obtained with a desired position known as optimal, an approximately existing correction requirement with respect to the desired setting angle can be determined and the correction subsequently made.
Eine andere mögliche Art der Analyse stellt die Distanzmessung zwischen wenigstens einem Punkt auf jedem Rotorblatt und einem festen Punkt an der Windenergieanlage, beispielsweise dem Turm oder der Gondel oder einem anderen geeigneten fixen Punkt in der Umgebung der Windenergieanlage, dar. Die Distanzmessung selbst erfolgt dabei auf eine bekannte Weise mit einem Messstrahl, wie z.B. mittels Ultraschall oder, besonders bevorzugt, Laserstrahl. Dabei wird das am Messstrahl vorbeistreifende Blatt in seinem Profil abgetastet und das Ergebnis zum Vergleich aufgezeichnet. Daneben sind weitere geeignete Arten der Analyse der tatsächlichen Blattstellung nach der Erfindung vorgesehen. Another possible type of analysis is the distance measurement between at least one point on each rotor blade and a fixed point on the wind turbine, such as the tower or the nacelle or any other suitable fixed point in the vicinity of the wind turbine. The distance measurement itself is carried out a known manner with a measuring beam, such as by means of ultrasound or, more preferably, laser beam. The sheet passing the measuring beam is scanned in its profile and the result is recorded for comparison. Besides Further suitable types of analysis of the actual leaf position according to the invention are provided.
Alternativ zur dokumentierenden Schwingungsmessung und der Analyse der Blattwinkeleinstellungen aller Rotorblätter zu deren Korrektur ist es nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, ohne vorherige Korrektur der Blattwinkeleinstellungen die hinsichtlich Ort und Größe definierte aerodynamische Unwucht durch Verstellung eines Blatteinstellwinkels von wenigstens einem Rotorblatt mit resultierender Gesamtblatteinstellwinkeländerung p/icii test und resultierendem Phasenwinkel (p(apltch test) hervorzurufen. Diese Verstellung erfolgt auf Grundlage einer Analyse der Blattwinkeleinstellungen aller Rotorblätter, mit Veränderung von mindestens einer Blattwinkeleinstellung, die eine Gesamtblatteinstellwinkeländerung apitchi test und einen resultierenden Phasenwinkel <p(aPuch,test) zum Ergebnis hat. Damit wird die vorgelagerte dokumentierende Schwingungsmessung unnötig und auch die Korrektur der Blattwinkeleinstellungen aller Rotorblätter entfällt - dies jedoch ohne Einbußen an einer optimalen Korrektur der aerodynamischen Unwucht. Da nach dieser Variante des Verfahrens auch Klarheit über die Blattwinkeleinstellung jedes Rotorblatts besteht, kann dies bei der Korrektur der aerodynamischen Unwucht berücksichtigt und die Blattstellung so korrigiert werden, dass zugleich bestehende Fehlstellungen hin zu einer absoluten Blattwinkeleinstellung korrigiert werden. As an alternative to the documentary vibration measurement and the analysis of the blade angle settings of all rotor blades for their correction, it is provided according to a further embodiment of the method according to the invention, without prior correction of the blade angle settings aerodynamic imbalance defined by location and size by adjusting a blade pitch of at least one rotor blade resulting in Gesamtblatteinstellwinkeländerung p / icii test and resulting phase angles (p (a pITCH test) cause. This adjustment is based on an analysis of the blade angle settings of all rotor blades, with changes of at least one blade angle setting which test a Gesamtblatteinstellwinkeländerung a pitchi and a resultant phase angle <p (a P uch Thus, the upstream documenting vibration measurement is unnecessary and also eliminates the correction of the blade angle settings of all rotor blades lt - but without sacrificing an optimal correction of the aerodynamic imbalance. Since, according to this variant of the method, there is also clarity about the blade angle adjustment of each rotor blade, this can be taken into account in the correction of the aerodynamic imbalance and the blade position can be corrected so that existing misalignments are simultaneously corrected towards an absolute blade angle adjustment.
Es wird mit den vorgenannten Verfahrensvarianten erreicht, dass vor der Schwingungsmessung im Urzustand eine Analyse von Blattwinkeleinstellungen aller Rotorblätter und danach entweder eine Korrektur der Blatteinstellwinkel erfolgt. Das geschieht in der Weise, dass die Einstellung für alle Rotorblätter denselben Blatteinstellwinkel aufweist oder aber eine Verstellung eines Blatteinstellwinkels an wenigstens einem Rotorblatt zur Erzeugung einer definierten aerodynamischen Unwucht im Rahmen der Schwingungsmessung im Testzustand, wobei Auswahl des zu verstellenden Rotorblatts und Verstellung dessen Blatteinstellwinkels zu einer Annäherung an diejenige Einstellung der Rotorblätter führt, bei der alle Rotorblätter denselben Blatteinstellwinkel aufweisen. Auch bei der Verstellung der Blattwinkel zur Korrektur der aerodynamischen Unwucht findet dieser Aspekt entsprechende Beachtung. Alternativ zu einer Bestimmung einer notwendigen Blatteinstellwinkeländerung αρΛο^οπ durch ein Messverfahren ist es nach der Erfindung ebenso vorgesehen, dass bei einer alternativen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs die Gesamtblatteinstellwinkeländerung pitch:test ohne Anwendung insbesondere eines optischen Verfahrens, sondern allein auf Grundlage einer auf manueller Abschätzung beruhenden Methode, ermittelt wird. Dies hat den Vorteil, dass weder Messeinrichtungen zum Einsatz kommen müssen, noch entsprechende Messfehler einen nachteiligen Einfluss auf das Ergebnis des gesamten Verfahrens nehmen können. Zudem werden der Verfahrensablauf vereinfacht und die Arbeitszeit verkürzt. It is achieved with the aforementioned method variants that before the vibration measurement in the original state, an analysis of blade angle settings of all rotor blades and then either a correction of the blade pitch takes place. This is done in such a way that the setting for all rotor blades has the same blade pitch or an adjustment of a blade pitch on at least one rotor blade for generating a defined aerodynamic imbalance in the vibration measurement in the test state, wherein selection of the blade to be adjusted and adjustment of its blade pitch to a Approximation to that adjustment of the rotor blades leads, in which all rotor blades have the same blade pitch. Also when adjusting the blade angle to correct the aerodynamic imbalance, this aspect is given appropriate attention. As an alternative to a determination of a necessary change in the blade pitch α ρΛο ^ οπ by a measuring method, it is also provided according to the invention that in an alternative embodiment of the method according to the invention the Gesamtblatteinstellwinkeländerung pitch: test without application of an optical method in particular, but solely on the basis of a manual estimation based method is determined. This has the advantage that neither measuring devices must be used, nor can corresponding measuring errors have an adverse effect on the result of the entire method. In addition, the procedure is simplified and the working time is shortened.
Bevorzugt wird bei der Schwingungsmessung im Urzustand und der Schwingungsmessung im Testzustand eine axiale Schwingung ermittelt. Eine solche Messung ist einfach und mit kostengünstiger Messtechnik ausführbar. Alternativ hierzu und besonders bevorzugt werden die Schwingungsmessung im Urzustand und/oder die Schwingungsmessung im Testzustand als kombinierte Schwingungsmessung durchgeführt, wobei wenigstens eine radiale und eine axiale Schwingung ermittelt werden. Dadurch kann festgestellt werden, ob nach Korrektur der aerodynamischen Unwucht zusätzlich eine massenbedingte Unwucht besteht. Diese müsste dann auf herkömmliche Weise ermittelt und beseitigt werden. Dies geschieht bevorzugt mittels Anbringen einer Testmasse, um nach Berechnen von Ort und Größe der Unwucht durch eine Ausgleichsmasse Abhilfe zu schaffen. Preferably, in the vibration measurement in the original state and the vibration measurement in the test state, an axial vibration is determined. Such a measurement is simple and feasible with cost-effective measurement technology. Alternatively, and particularly preferably, the vibration measurement in the original state and / or the vibration measurement in the test state are performed as a combined vibration measurement, wherein at least one radial and one axial vibration are determined. As a result, it can be determined whether there is additionally a mass-related imbalance after correction of the aerodynamic imbalance. This would then have to be determined and eliminated in a conventional way. This is preferably done by attaching a test mass to remedy after calculating the location and size of the imbalance by a balancing mass.
Zunächst jedoch geht es um die Bestimmung der axialen Schwingung, wobei bevorzugt in die Bestimmung des axialen Tarierzeigers und des Tarawertes tara die axiale Komponente aus der kombinierten Schwingungsmessung einfließt. First, however, it is about the determination of the axial vibration, wherein preferably in the determination of the axial tare and the tare value tara the axial component from the combined vibration measurement flows.
Es ist erforderlich, die Schwingungsmessung bei drehendem Rotor durchzuführen, wobei dieser sich bevorzugt mit konstanter Drehzahl dreht. It is necessary to perform the vibration measurement with rotating rotor, which preferably rotates at a constant speed.
Vorteilhaft ist es weiterhin, während einer abschließenden Schwingungsmessung im Endzustand eine verbleibende radiale Schwingung zu ermitteln, die nachfolgend nach Feststellung von Ort und Größe der ursächlichen massebedingten Unwucht mittels mindestens einer Ausgleichsmasse eliminiert wird. Dies dient einer umfassenden Optimierung des problemlosen Rundlaufs des Rotors ungeachtet der konkreten Ursache, da massebedingte Unwuchten mittels Betrachtung der Radialschwingungen ermittelt werden und zudem diese Radialschwingung signifikant durch eine aerodynamische Unwucht beeinflusst wird. It is also advantageous, during a final vibration measurement in the final state to determine a remaining radial vibration, which is subsequently eliminated after determining the location and size of the causative mass imbalance by means of at least one balancing mass. This serves to comprehensively optimize the smooth running of the rotor, regardless of the specific cause, since mass imbalances by considering the radial vibrations be determined and also this radial vibration is significantly influenced by an aerodynamic imbalance.
Günstig es auch, wenn im Rahmen der kombinierten Schwingungsmessung wenigstens eine radiale Schwingungsamplitude und ein radialer Schwingungsphasenwinkel sowie eine axiale Schwingungsamplitude und ein axialer Schwingungsphasenwinkel ermittelbar sind. Dann ergibt sich ein vollständiges Bild über die Schwingungsverhältnisse am Rotor und eine eingehende Beurteilung der Situation wird möglich. Mit diesen Werten sind jedenfalls die Unwucht bzw. der jeweils vorherrschende Schwingungszustand komplett beschreibbar und, sofern es sich um die Testmessung handelt, die erforderlichen Gegenmaßnahmen festlegbar. It is also favorable if at least one radial oscillation amplitude and one radial oscillation phase angle as well as an axial oscillation amplitude and an axial oscillation phase angle can be determined within the scope of the combined oscillation measurement. Then a complete picture of the vibration conditions on the rotor is obtained and a detailed assessment of the situation becomes possible. In any case, with these values, the imbalance or the respective prevailing vibration state can be completely described and, if it is the test measurement, the necessary countermeasures can be defined.
Im Rahmen der zuvor beschriebenen Methode wird das erfindungsgemäße Verfahren als eine Vor-Ort-Wartung bzw. -Reparatur durchgeführt. Bei Anlagen, die den Nullgrad- Pitchwinkel aber softwareseitig bzw. regelungsseitig einstellen können, ist diese Methode in besonders vorteilhafter Weise aber auch von der Software bzw. Regelung der Windkraftanlage selbstständig möglich. Voraussetzung für die nachfolgend beschriebene automatisierte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit, dass der Blatteinstellwinkel (Nullgradwinkel bzw. Offset) von der Anlage über die Steuerung selbsttätig einstellbar ist und nicht ausschließlich durch Serviceteams vor Ort manuell-mechanisch. In the context of the method described above, the method according to the invention is carried out as an on-site maintenance or repair. In systems that can adjust the zero degree pitch angle but software side or control side, this method is in a particularly advantageous manner but also independently of the software or control of the wind turbine possible. The prerequisite for the automated variant of the method according to the invention described below is thus that the blade pitch (zero degree angle or offset) of the system via the controller is automatically adjustable and not manually-mechanically by service teams on site.
Weiterhin kann durch die Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in die Anlagensteuerung dem normalen Verschleiß an den Elementen des Blattverstellmechanismus entgegengewirkt werden. Durch diesen Verschleiß ergibt sich dabei das Problem der Dauerhaftigkeit der beschriebenen genauen Einstellung, da sich mit zunehmendem Verschleiß auch Parameter ändern. Durch eine Wiederholung der Prozedur in regelmäßigen Abständen ist somit eine permanente Lösung verfügbar, um aerodynamische Unwuchten von Windenergieanlagen zu beheben oder zu reduzieren. Furthermore, can be counteracted by the integration of the method according to the invention in the system control the normal wear on the elements of the Blattverstellmechanismus. This wear results in the problem of durability of the described exact setting, as change with increasing wear and parameters. By repeating the procedure at regular intervals, a permanent solution is thus available to eliminate or reduce aerodynamic imbalances of wind turbines.
Die Einstellung auf den schwingungsarmen Zustand kann zum einen als Ausgangspunkt genutzt werden, um massebedingte Unwuchten zu beheben. Zum anderen ist dieser Zustand der optimale Startpunkt zur Leistungsoptimierung. In einem iterativen Prozess können die Blattwinkel dann im Gesamt-Offset verstellt werden und die sich ergebende Leistungskurve dadurch optimiert werden. Basierend auf der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch einen Wartungsfachmann, soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Beseitigung von aerodynamischen Unwuchten automatisiert in die Steuerung einer Anlage integriert werden. The setting for the low-vibration state can be used as a starting point to correct ground imbalances. On the other hand, this state is the optimal starting point for optimizing performance. In an iterative process, the blade angles can then be adjusted in the total offset and the resulting power curve thereby optimized. Based on the implementation of the method according to the invention by a maintenance expert, the method according to the invention for the removal of aerodynamic imbalances is to be integrated automatically into the control of a system.
Ergänzend ist es im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, Massenauswuchten mittels Messung einer Turmdämpfung bzw. eines Phasenunterschieds zwischen Schwingungsamplitude und Position der Unwucht (statisches Moment) vorzunehmen. In addition, it is also provided within the scope of the invention to carry out mass balancing by measuring a tower damping or a phase difference between oscillation amplitude and position of the imbalance (static moment).
Das erfindungsgemäße Verfahren in der automatisierten Verfahrensvariante ist durch den folgenden Ablauf gekennzeichnet: The method according to the invention in the automated method variant is characterized by the following sequence:
1. Windenergieanlage misst im Betrieb oder im lastfreien Betrieb (generatorfrei) selbsttätig durch geeignete Sensoren die axiale Gondelschwingung (Urmessung). 1. Wind energy plant measures during operation or in load-free operation (generator-free) automatically by suitable sensors, the axial gondola vibration (Urmessung).
2. Die Anlage verstellt über ihre Versteileinrichtungen im Betrieb, bzw. bei einem kurzen Stopp oder im Trudelbetrieb, mindestens einen Blatteinstellwinkel (Null-Grad Winkel bzw. Offset) um einen vorgesehenen Betrag. Dieser Betrag ist zumindest so groß bemessen, dass eine geänderte Schwingungseigenschaft ermittelbar ist. 2. The system adjusted by their adjusting devices during operation, or in a short stop or in the spinning mode, at least one blade pitch (zero-degree angle or offset) by a predetermined amount. This amount is at least so large that a changed vibration property can be determined.
3. Die Windenergieanlage misst wieder im gleichen Betriebszustand wie unter 1. die axialen Gondelschwingungen (Testmessung). 4. Aus dem Ergebnis des Urlaufes und des Testlaufes wird ein Tarierzeiger und Tarawert bestimmt, der es ermöglicht die Position (Phasenwinkel) der Blatteinstellwinkeländerung und dessen Betrag zu bestimmen. Dieser muss eingestellt werden um die Anlage schwingungsarm laufen zu lassen. 5. Der Phasenbetrag aus 4. kann zwischen zwei Blättern liegen und die Pitchwinkeländerung kann dann rechnerisch auf zwei Blätter aufgeteilt werden. (Die Berechnung in aus Ziffern 4. und 5. entspricht der Berechnung nach dem manuellen Verfahren.) 6. Die Blattwinkel können insgesamt durch die Anlagensteuerung verstellt werden um die optimale Leistungserzeugung zu erzielen. Dies kann durch iterative Verstellung und jeweils Messung der Leistungskurve erfolgen. Soweit entspricht der Ablauf dem manuellen Verfahren, jedoch unter Nutzung bzw. Einrichtung von entsprechenden Sensoren und Stelleinrichtungen der Windenergieanlage, die zumindest Schwingungen ermitteln und eine Verstellung von wenigstens der Blattstellung aller Blätter ermöglicht. Weiterhin kann durch die Durchführung eines Notstopps, automatisch durch Anlagensteuerung bzw. manuell ausgelöst, die Turmdämpfung bestimmt werden. Diese ermöglicht nach Messung der radialen Schwingungsamplitude die Bestimmung der Position der Masseunwucht (statisches Moment). Auch dieses Verfahren wird nach der Erfindung in geeigneter Weise automatisiert, bevorzugt in die Anlagensteuerung integriert. 3. The wind turbine measures again in the same operating state as under 1. the axial gondola vibrations (test measurement). 4. From the result of the original run and the test run, a taring pointer and tare value are determined, which makes it possible to determine the position (phase angle) of the blade pitch change and its amount. This must be set to run the plant low vibration. 5. The phase amount of 4. can be between two sheets and the pitch angle change can then be divided mathematically into two sheets. (The calculation in section 4 and 5 corresponds to the calculation according to the manual procedure.) 6. The blade angles can be adjusted in total by the plant control to achieve the optimum power generation. This can be done by iterative adjustment and in each case measurement of the power curve. As far as the process corresponds to the manual process, but using or setting up appropriate sensors and actuators of the wind turbine, which at least detect vibrations and allows adjustment of at least the leaf position of all leaves. Furthermore, by implementing an emergency stop, automatically triggered by system control or manually, the tower damping can be determined. This allows determination of the position of the mass imbalance (static moment) after measuring the radial oscillation amplitude. This method is automated according to the invention in a suitable manner, preferably integrated into the plant control.
Bei erhöhter Schwingungsamplitude, die bei Kenntnis des statischen Momentes des Rotors bestimmt werden kann, kann ein Serviceteam zum Auswuchten bestellt werden. Diesem liegt dann die Kenntnis der einzubringenden Masse und Position, radial und in Umfangsrichtung (Phase), bereits vor, wenn nach der Erfindung eine automatisierte Messung erfolgte. Daneben sind aus dem Stand der Technik verschiedene selbsttätige Auswuchtverfahren (z. B. Gewichtsverlagerung durch Flüssigkeitstanks) bekannt, die sich im Sinne des erfindungsgemäßen automatisierten Verfahrens steuern lassen. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen: With increased vibration amplitude, which can be determined with knowledge of the static torque of the rotor, a service team can be ordered for balancing. This is then the knowledge of the introduced mass and position, radially and in the circumferential direction (phase), before, if according to the invention, an automated measurement was carried out. In addition, various automatic balancing methods (eg, weight transfer by liquid tanks) are known from the prior art, which can be controlled in the sense of the automated method according to the invention. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 : schematische Darstellung axialer, radialer und torsionaler Turmanregung; Darstellung und Stand der Technik bei der Beseitigung von Unwuchten; Fig. 1: schematic representation of axial, radial and torsional Turmanregulation; Presentation and state of the art in the removal of imbalances;
Fig. 2: schematisches Zeigerdiagramm mit Darstellung von Einstell- und Messwerten mit ihren Symbolen sowie deren Verhältnis zueinander;  2 shows a schematic phasor diagram showing settings and measured values with their symbols as well as their relationship to one another;
Fig. 3: schematische Darstellung eines Diagramms einer Nenn-Leistungskurve und von Leistungskurven bei Fehlern der absoluten Blatteinstellwinkel;  3 is a schematic representation of a graph of a nominal power curve and power curves for absolute blade pitch errors;
Fig. 4: schematische Darstellung eines Diagramms einer Leistungskurve einer Windenergieanlage vor und nach der Blattwinkelkorrektur; und Fig. 5: schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 shows a schematic representation of a diagram of a power curve of a wind energy plant before and after the blade angle correction; and 5 shows a schematic representation of a method sequence of an embodiment of the method according to the invention.
Massebedingte Unwuchten führen insbesondere zu einer radialen Schwingung, also senkrecht zur Rotorachse, wie Fig. 1 zeigt. Branchenüblich geht man für massebedingte Unwuchten, soweit nicht anders vom Hersteller definiert, von einer zulässigen Abweichung vom mittleren statischen Moment des Rotorblattsatzes von 0,5% aus. Aerodynamische Unwuchten, verursacht durch unterschiedliche Einstellwinkel der Rotorblätter zueinander, Verwindungsfehler, Profilabweichung, Teilungsfehler, defekte Strömungselemente oder Schäden an der Blattoberfläche, führen zu axialen, torsionalen aber auch zu lateralen (radialen) Anregungen der Gondel- Turmschwingungen, wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt. Mass imbalances lead in particular to a radial oscillation, ie perpendicular to the rotor axis, as shown in FIG. 1. As is customary in the industry, mass imbalances, unless otherwise defined by the manufacturer, are based on a permissible deviation of 0.5% from the mean static moment of the rotor blade set. Aerodynamic imbalances, caused by different angles of rotation of the rotor blades, twisting errors, profile deviation, pitch errors, defective flow elements or damage to the blade surface, lead to axial, torsional but also to lateral (radial) excitations of the gondola tower vibrations, as also shown in FIG ,
Die Bestimmung von axialen und radialen Gondel-Turmschwingungen mit Beschleunigungssensoren und anschließender Fourieranalyse ist nach dem Stand der Technik bekannt. Zudem werden von einigen Anbietern die torsionalen Gondel- Turmschwingungen vermessen. Auch die Behebung von massebedingten Schwingungen durch das Einbringen eines definierten reversiblen statischen Momentes und somit den Rückschluss auf die Urunwucht wird in der Praxis durchgeführt und ist somit bekannt. The determination of axial and radial gondola tower vibrations with acceleration sensors and subsequent Fourier analysis is known in the prior art. In addition, some providers measure the torsional gondola tower vibrations. The elimination of mass-induced vibrations by introducing a defined reversible static moment and thus the inference to the Urunwucht is carried out in practice and is thus known.
Für die Vorbereitung der Behebung von aerodynamischen Unwuchten werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Beispielhaft sei ein fotometrisches Verfahren genannt, das auf der Markierung einer bestimmten Radiusposition, Fotografie dieser und der Auswertung der gewonnenen Aufnahmen durch eine spezielle CAD-Software beruht. Ebenso ist es möglich, ein anderes fotometrisches Verfahren einzusetzen, bei dem markante Punkte an der Blattoberfläche analysiert werden. Der Grenzwert für die optimale Einstellung von Rotorblättern zueinander soll ±0,3° nicht übersteigen, wie vom Germanischen Lloyd vorgegeben (vgl. Germanischer Lloyd; Rules and Guidelines Industrial Services; Guideline for the Certification of Wind Turbines; 2010.). Various procedures are used to prepare for the correction of aerodynamic imbalances. By way of example, a photometric method may be mentioned which is based on the marking of a specific radius position, photography thereof and the evaluation of the acquired images by means of a special CAD software. It is also possible to use another photometric method in which prominent points on the leaf surface are analyzed. The limit value for the optimal adjustment of rotor blades to each other should not exceed ± 0.3 °, as specified by Germanischer Lloyd (see Germanischer Lloyd, Rules and Guidelines Industrial Services, Guideline for the Certification of Wind Turbines, 2010.).
Fig. 2 zeigt ein schematisches Zeigerdiagramm mit Darstellung von Einstell- und Messwerten sowie deren Verhältnis zueinander. Hier bedeuten die angegebenen Formelzeichen: • Schwingungsamplitude und -Phasenwinkel axial: äur ax, (pur,ax 2 shows a schematic phasor diagram with representation of setting and measured values as well as their relationship to one another. Here the given formula symbols mean: • Oscillation amplitude and phase angle axial: ä ur ax , ( p ur , a x
• Schwingungsamplitude und -Phasenwinkel radial: äur rad , <pUr,rad • Vibration amplitude and phase angle radial: ä ur rad , <p U r, rad
• Absolute Blatteinstellwinkel einer Windenergieanlage mit drei Rotorblättern: a0=, α-120°. a120° • Absolute blade pitch of a wind turbine with three blades: a 0 =, α-120 °. a 120 °
· nach Verstellung: Schwingungsamplitude und -Phasenwinkel axial: ätest ax,· After adjustment: oscillation amplitude and phase angle axial: ä test ax ,
(Ptest.ax ( Ptest.ax
• nach Verstellung: Schwingungsamplitude und -Phasenwinkel radial: test rad, testxad • after adjustment: vibration amplitude and phase angle radial: test wheel , testxad
• Amplitude und Phasenwinkel Tarierzeiger axial: ztarierAX, (ptarier,ax • amplitude and phase angle tare pointer axial: z tarierAX , ( p t arier, ax
· Verhältnis Tarierzeiger zu Blatteinstellwinkeländerung =  · Ratio of the tare pointer to the blade pitch change
• Tarawert: tara = Acc(-<Ptest [tara] = — • Tare value: tara = Acc ( - <Ptest [tara] = -
ztarier,ax TlTl/S  ctarian, ax TlTl / S
• Aa entspricht hier a  • Aa corresponds here to a
• Bestimmung nötige Blatteinstellwinkeländerung - Ergebnis: apitch korr = tara * aur,ax • determination of required blade pitch change - result: a pitch korr = tara * aur, ax
· Phasenwinkeländerung (Ort an dem die Blatteinstellwinkeländerung durchgeführt werden muss) Αφ = <p a0° pitch test) + <{äur ,ax' ^tarier, ax) · Phase angle change (place where the blade pitch change has to be made) Αφ = <pa 0 ° pitch test ) + <{ ur , ax '^ tare, ax)
Da der Ort der Blatteinstellwinkeländerung nicht unbedingt an der Position eines Blattes liegt, muss die Blatteinstellwinkeländerung auf die Blätter umgerechnet werden: <Xo°,korr > -120°, kor r > 120°,korr Since the location of the sheet pitch change is not necessarily at the position of a sheet, the sheet pitch change must be converted to the sheets: <Xo °, corr> -120 °, corr> 120 °, corr
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Diagramms einer Nenn- Leistungskurve 30 und von Leistungskurven 31 , 32 bei Fehlern der absoluten Blatteinstellwinkel. Es sind die Auswirkungen auf die abgegebene Leistung einer Windenergieanlage erkennbar, die in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit und der Richtung der Fehlstellung auftreten. So tritt bei einer Verstellung nach „Stall" (Leistungskurve 31 , gepunktete Linie) bei jeder Windgeschwindigkeit ein Leistungsabfall gegenüber der Nennleistung auf, der sich bei höherer Windgeschwindigkeit sogar noch verstärkt. Demgegenüber verursacht eine unerwünschte Verstellung nach „Fahne" (Leistungskurve 32, Strich-Punkt-Linie) vor allem Leistungseinbußen bei geringerer Windgeschwindigkeit. 3 shows a schematic representation of a graph of a nominal power curve 30 and power curves 31, 32 for absolute blade pitch errors. The effects on the output power of a wind turbine can be seen, which occur depending on the wind speed and the direction of the misalignment. For example, with an adjustment to "stall" (power curve 31, dotted line) at each wind speed, there is a drop in power compared to the rated power, which even increases at higher wind speeds. Point line) especially power losses at lower wind speeds.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Diagramms einer Leistungskurve einer Windenergieanlage vor und nach der Blattwinkelkorrektur. Hier sind, ähnlich wie in Fig. 3, die Auswirkungen von Fehlstellungen des Rotorblatts erkennbar, hier jedoch unter Angabe konkreter Winkelstellungen. Die gestrichelte Linie 33 zeigt einen Blattwinkel von 0,8° nach Stall (vor der Korrektur), die gepunktete Linie 34 einen Blattwinkel von 0,0° (nach der Korrektur). 4 shows a schematic representation of a diagram of a power curve of a wind energy plant before and after the blade angle correction. Here are, similar to in Fig. 3, the effects of misalignments of the rotor blade recognizable, but here by specifying concrete angular positions. Dashed line 33 shows a blade angle of 0.8 ° after stall (before correction), dotted line 34 a blade angle of 0.0 ° (after correction).
Weiterhin sind nachfolgend zwei Ausführungsbeispiele für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Windenergieanlage mit einem dreiflügligen Rotor erläutert, in denen die Ermittlung und Eliminierung eines tatsächlichen Fehlers dargestellt wird. Furthermore, two exemplary embodiments for carrying out the method according to the invention on a wind energy plant with a three-wing rotor are explained below, in which the determination and elimination of an actual error is shown.
Fig. 5 zeigt hierzu eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend der Abfolge der Verfahrensschritte des nachfolgenden Ausführungsbeispiels 1. Ausführungsbeispiel 1 : 5 shows a schematic illustration of a method sequence of an embodiment of the method according to the invention corresponding to the sequence of the method steps of the following exemplary embodiment.
Ziel ist es, die radiale und axiale Turm-Gondel-Schwingung einer Windenergieanlage zu minimieren sowie die absoluten Blattwinkel einzustellen, um die Leistungskurve zu optimieren. The goal is to minimize the radial and axial tower-gondola vibration of a wind turbine as well as to set the absolute blade angles to optimize the power curve.
Schritt I (Bezugszeichen 1 1): Es wird eine Vermessungen der Rotorschwingungen 20 im Betrieb der Windenergieanlage ausgeführt. Es werden folgende Ergebnisse (Amplituden) ermittelt: Step I (reference numeral 11): A measurement of the rotor vibrations 20 is carried out during operation of the wind energy plant. The following results (amplitudes) are determined:
axiale Schwingung 40,0 mm/s2 axial vibration 40.0 mm / s 2
radiale Schwingung 28,0 mm/s2 radial vibration 28.0 mm / s 2
Schritt II (Bezugszeichen 12): Zunächst erfolgt die Vermessung der Blattwinkelstellung nach einem bekannten Verfahren. Als Referenzprofil wird das Profil entlang des Rotorblattes gewählt, an dem der Verwindungswinkel 0° beträgt. Der optimale Einstellwinkel an diesem Profilschnitt wäre 0,00°. (Alternativ könnte auch jede andere radiale Position bei bekanntem entsprechendem Verwindungswinkel gewählt werden.) Es werden folgende Ergebnisse ermittelt: Step II (reference numeral 12): First, the measurement of the blade angle position takes place according to a known method. As a reference profile, the profile along the rotor blade is selected, at which the torsion angle is 0 °. The optimum setting angle at this profile cut would be 0.00 °. (Alternatively, any other radial position with a known corresponding twist angle could be selected.) The following results are obtained:
Blatt I Winkel + 0,10°  Sheet I angle + 0.10 °
Blatt II Winkel + 0,60°  Sheet II angle + 0,60 °
Blatt III Winkel -0,30° Schritt III (Bezugszeichen 13): Alle drei Rotorblätter werden auf den nominell optimalen Winkel (0,00°) verstellt. Sheet III angle -0,30 ° Step III (reference 13): All three blades are adjusted to the nominal optimum angle (0.00 °).
Blatt I Winkel 0,00°  Sheet I angle 0.00 °
Blatt II Winkel 0,00°  Sheet II angle 0.00 °
Blatt III Winkel 0,00°  Sheet III angle 0.00 °
Schritt IV (Bezugszeichen 14): Es wird erneut eine Vermessung der Rotorschwingungen 21 im Betrieb der Windenergieanlage ausgeführt. Es werden folgende Ergebnisse (Amplituden) ermittelt: Step IV (Reference 14): A measurement of the rotor vibrations 21 during operation of the wind turbine is again carried out. The following results (amplitudes) are determined:
axiale Schwingung 48,0 mm/s2 axial vibration 48.0 mm / s 2
radiale Schwingung 36,0 mm/s2 radial vibration 36.0 mm / s 2
Schritt V (Bezugszeichen 15): Aus den beiden durchgeführten Schwingungsmessungen werden über die Betrachtung der Schwingungsvektoren die Winkelkorrekturwerte ermittelt, bei denen ein Minimum der axialen Schwingungen auftritt: Step V (reference numeral 15): From the two vibration measurements carried out, the angle correction values are determined by observing the vibration vectors at which a minimum of the axial vibrations occurs:
Blatt I Korrekturwinkel + 0,10°  Sheet I correction angle + 0.10 °
Blatt II Korrekturwinkel 0,00°  Sheet II correction angle 0.00 °
Blatt III Korrekturwinkel + 0,30°  Sheet III correction angle + 0,30 °
Schritt VI (Bezugszeichen 16): Die Rotorblätter werden mit den ermittelten Korrekturwinkeln eingestellt. Step VI (reference 16): The rotor blades are adjusted with the determined correction angles.
Schritt VII (Bezugszeichen 17): Zur optionalen Validierung der neuen Einstellung wird eine dritte Vermessung der Rotorschwingungen 22 im Betrieb der Windenergieanlage ausgeführt. Es werden folgende Ergebnisse (Amplituden) ermittelt: Step VII (Reference 17): For optional validation of the new setting, a third measurement of the rotor vibrations 22 is made during operation of the wind turbine. The following results (amplitudes) are determined:
axiale Schwingung 2,4 mm/s2 axial vibration 2.4 mm / s 2
radiale Schwingung 3, 1 mm/s2 radial vibration 3, 1 mm / s 2
Ausführungsbeispiel 2: Embodiment 2:
An einer weiteren Windenergieanlage wird die Leistungskurve vor und nach der Blattwinkelkorrektur betrachtet.  At another wind turbine, the power curve before and after the blade angle correction is considered.
Schritt I: Es erfolgt eine Vermessung der Blatteinstellwinkel:  Step I: There is a measurement of the blade pitch:
Blatt I Winkel - 0,69°  Leaf I angle - 0.69 °
Blatt II Winkel - 0,95°  Sheet II angle - 0.95 °
Blatt III Winkel - 0,90° Schritt II: Es erfolgt eine Messung der Rotorschwingungen bei Nenndrehzahl: Sheet III angle - 0,90 ° Step II: The rotor vibrations are measured at rated speed:
axiale Schwingungsamplitude 9,43 mm/s2 axial vibration amplitude 9.43 mm / s 2
radiale Schwingungsamplitude 1 1 ,80 mm/s2 radial vibration amplitude 1 1, 80 mm / s 2
Schritt II I: Die Blatteinstellwinkel der 3 Rotorblätter werden auf den nominellen Sollwinkel eingestellt: Step II I: The blade pitch of the 3 rotor blades are adjusted to the nominal target angle:
Blatt I Winkel 0,00°  Sheet I angle 0.00 °
Blatt II Winkel 0,00°  Sheet II angle 0.00 °
Blatt III Winkel 0,00°  Sheet III angle 0.00 °
Schritt IV: Es wird erneut eine Messung der Rotorschwingungen durchgeführt: Step IV: A new measurement of the rotor vibrations is carried out:
axiale Schwingungsamplitude 22,82 mm/s2 axial vibration amplitude 22.82 mm / s 2
radiale Schwingungsamplitude 17,16 mm/s2 radial vibration amplitude of 17.16 mm / s 2
Schritt V: Aus den Messwerten wird anhand des beschriebenen Verfahrens noch die nötige Korrektur des Blatteinstellwinkels ermittelt, um ein geringes axiales Schwingungsniveau zu erreichen: Step V: From the measured values, the required correction of the blade pitch angle is determined using the described method in order to achieve a low axial vibration level:
Blatt I Winkel - 0,05°  Sheet I angle - 0.05 °
Blatt II Winkel - 0,00°  Sheet II angle - 0.00 °
Blatt III Winkel + 0,22°  Sheet III angle + 0.22 °
Schritt VI: Es wird eine abschließende Messung der Rotorschwingungen durchgeführt: axiale Schwingungsamplitude 1 ,53 mm/s2 Step VI: A final measurement of the rotor vibrations is carried out: axial vibration amplitude 1, 53 mm / s 2
radiale Schwingungsamplitude 8,30 mm/s2 radial vibration amplitude of 8.30 mm / s 2
Auswertung von Ausführungsbeispiel 2: An der Windenergieanlage wurde zunächst ein im Mittel um 0,85° zu weit in Richtung Stall liegender Absolutwinkel der Rotorblätter festgestellt. Die Korrektur des Blatteinstellwinkels führte zu einer Veränderung der Leistungskurve, welche nun dem Verlauf der Soll-Leistungskurve folgt. Zusätzlich wird eine geringfügige Abweichung vom Blattwinkel-Sollwert eingestellt, um ein niedriges Schwingungsniveau der Anlage zu erreichen. Bezugszeichenliste Evaluation of Exemplary Embodiment 2: At the wind energy plant, an absolute angle of the rotor blades lying on average by 0.85 ° in the direction of the stall was first determined. The correction of the blade pitch led to a change in the power curve, which now follows the course of the desired power curve. In addition, a slight deviation from the blade angle setpoint is set to achieve a low vibration level of the plant. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Windenergieanlage 1 wind energy plant
2 Rotor  2 rotor
3 Gondel  3 gondola
4 axiale Gondel-Turmanregung  4 axial nacelle turbo-excitation
5 radiale Turmanregung  5 radial tower excitation
6 torsionale Gondel-Turmanregung  6 torsional gondola tower excitation
7 Rotorblatt  7 rotor blade
8 Turm  8 tower
1 1 Schritt I  1 1 step I
12 Schritt II  12 step II
13 Schritt III  13 step III
14 Schritt IV  14 step IV
15 Schritt V  15 step V
16 Schritt VI  16 step VI
17 Schritt VII  17 step VII
20 Rotorschwingungen axial, radial (Urzustand)  20 rotor vibrations axial, radial (original state)
21 Rotorschwingungen axial, radial (nach Blatteinstellung) 21 rotor vibrations axial, radial (after blade adjustment)
22 Rotorschwingungen axial, radial (nach Blattkorrektur)22 rotor vibrations axial, radial (after blade correction)
30 Nenn-Leistungskurve 30 rated power curve
31 Leistungskurve Blattwinkel zu weit nach Stall  31 Power curve Blade angle too far to barn
32 Leistungskurve Blattwinkel zu weit nach Fahne  32 power curve blade angle too far to flag
33 Leistungskurve Blattwinkel 0,8° nach Stall (vor der Korrektur) 33 power curve blade angle 0.8 ° after stall (before correction)
34 Leistungskurve Blattwinkel 0,0° (nach Korrektur) 34 power curve blade angle 0.0 ° (after correction)

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Reduktion einer aerodynamischen Unwucht einer Windenergieanlage bei drehendem Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen einer Schwingungsmessung im Urzustand eine ursprüngliche axiale Schwingung eines Rotors (2) mit einer 1 P-Schwingungsamplitude äur ax und einem Phasenwinkel φυΓ:3χ ermittelt wird, worauf durch Verstellung eines Blatteinstellwinkels an wenigstens einem Rotorblatt (7) eine hinsichtlich Ort und Größe definierte aerodynamische Unwucht mit resultierender Gesamtblatteinstellwinkeländerung pitch:test und resultierendem Phasenwinkel (p(apltch est) hervorgerufen wird; danach erfolgt eine einzige erneute Schwingungsmessung im Testzustand zur Feststellung einer axialen Schwingung mit Schwingungsamplitude ätest.ax und Phasenwinkel < test,ax > die unter Berücksichtigung der ursprünglichen axialen Schwingung die Bestimmung eines axialen Tarierzeigers mit Betrag
Figure imgf000023_0001
und Phasenänderung Δφ und eines Tarawertes tara ermöglicht, gefolgt von der Bestimmung einer notwendigen Blatteinstellwinkeländerung pitch:korr und eines Phasenwinkels (pkom an dem die Blatteinstellwinkeländerung pitch:korr vorzunehmen ist, um die ursprüngliche aerodynamische Unwucht zu korrigieren, einschließlich einer vektoriellen Zuordnung der Blatteinstellwinkeländerung pitch:korr auf wenigstens eines der Rotorblätter (7).
1. A method for reducing an aerodynamic imbalance of a wind turbine with rotating rotor, characterized in that in the context of a vibration measurement in the original state, an original axial vibration of a rotor (2) with a 1 P oscillation amplitude ä ur ax and a phase angle φ υΓ: 3χ determined whereupon, by adjusting a blade pitch angle on at least one rotor blade (7), an aerodynamic unbalance defined with respect to location and magnitude is produced with resulting total pitch angle change pitch: test and resulting phase angle (p (a pltch est ); Determination of an axial vibration with vibration amplitude atest.ax and phase angle < tes t, ax > taking into account the original axial vibration, the determination of an axial tare with magnitude
Figure imgf000023_0001
and phase change Δφ and a tare value tara, followed by determining a necessary blade pitch change pitch: korr and a phase angle (p com at which the pitch angle change pitch: corr is to be corrected to correct the original aerodynamic imbalance, including a vectorial map of the pitch pitch change pitch : corr on at least one of the rotor blades (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Bestimmung des axialen Tarierzeigers mit Amplitude und Phasenwinkel axial nach den Gleichungen 2. The method of claim 1, wherein the determination of the axial tare with amplitude and phase angle axially according to the equations
" „ ' {ztarier,ax> Ψ 'tarier, ax} "" { Z tarier, ax> Ψ 'tare, ax}
Tar Utest Uur Tar Utest Uur
" ztarier,ax {atest,ax> Ψίεεί,Βχ} {aur,ax> ΨΙΙΓ,ΒΧ} " z tare, ax - { a test, ax> εεεί, Βχ} - { a ur, ax> ΨΙΙΓ, ΒΧ}
erfolgt,  he follows,
die Bestimmung des Tarawertes tara nach der Gleichung  the determination of the tare value tara according to the equation
. ^o-.pitch.test  , ^ O-.pitch.test
tara =—r^ tara = -r ^
ztarier,ax  ztarier, ax
erfolgt;  he follows;
die Bestimmung der notwendigen Blatteinstellwinkeländerung pitch:korr und des Phasenwinkels (pkorr, an dem die Blatteinstellwinkeländerung apitch,korr vorzunehmen ist, nach den Gleichungen the determination of the necessary blade pitch change pitch: corr and the phase angle (p corr , at which the blade pitch change a pit ch, corr is to be made, according to the equations
" apitch,korr = tara * aur ax " a pitch, corr = tara * a ur ax
" apitch,korr = tara * aur ax " a pitch, corr = tara * a ur ax
erfolgt. he follows.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor der Schwingungsmessung im Urzustand eine Analyse von Blattwinkeleinstellungen aller Rotorblätter (7) und danach eine Korrektur der Blatteinstellwinkel in der Weise erfolgen, dass die Einstellung für alle Rotorblätter (7) denselben Blatteinstellwinkel aufweist. 3. The method of claim 1 or 2, wherein prior to the vibration measurement in the original state, an analysis of blade angle settings of all rotor blades (7) and then a correction of Blakeinstellwinkel done in such a way that the setting for all rotor blades (7) has the same Blateinstellwinkel.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor der Schwingungsmessung im Urzustand eine Analyse von Blattwinkeleinstellungen aller Rotorblätter (7) und danach eine Verstellung eines Blatteinstellwinkels an wenigstens einem Rotorblatt (7) zur Erzeugung einer definierten aerodynamischen Unwucht erfolgt, wobei Auswahl des Rotorblatts (7) und dessen Verstellung zu einer Annäherung an diejenige Einstellung der Rotorblätter (7) führt, bei der alle Rotorblätter (7) denselben Blatteinstellwinkel aufweisen. 4. The method of claim 1 or 2, wherein prior to the vibration measurement in the original state, an analysis of blade angle settings of all rotor blades (7) and then an adjustment of a blade pitch on at least one rotor blade (7) for generating a defined aerodynamic imbalance, wherein selection of the rotor blade ( 7) and its adjustment leads to an approach to that setting of the rotor blades (7), in which all the rotor blades (7) have the same blade pitch.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Analyse der Blattwinkeleinstellung durch eine fotometrische Analyse erfolgt oder durch eine Distanzmessung zwischen wenigstens einem Punkt auf jedem Rotorblatt (7) und einem Turm oder einer Gondel der Windenergieanlage oder einem fixen Punkt in einer Umgebung der Windenergieanlage vorgenommen wird. 5. The method according to claim 1, wherein the analysis of the blade angle adjustment is made by a photometric analysis or by a distance measurement between at least one point on each rotor blade and a tower or nacelle of the wind turbine or a fixed point in an environment of the wind turbine is made.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, nach dem die Gesamtblatteinstellwinkeländerung apitch:test zwischen 0,1 ° und 90°beträgt. 6. The method according to any one of the preceding claims, according to which the Gesamtblatteinstellwinkeländerung a pitch: test is between 0.1 ° and 90 °.
7. Verfahren nach Anspruch 6, nach dem die Gesamtblatteinstellwinkeländerung pitch:test zwischen 0, 1 ° und 2° beträgt. 7. The method of claim 6, wherein the Gesamtblatteinstellwinkeländerung pitch: test between 0, 1 ° and 2 °.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei der Schwingungsmessung im Urzustand und/oder bei der Schwingungsmessung im Testzustand wenigstens eine radiale und eine axiale 1 P-Schwingungsamplitude und -phase ermittelt werden. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least one radial and one axial 1 P vibration amplitude and phase are determined in the vibration measurement in the original state and / or in the vibration measurement in the test state.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schwingungsmessung bei konstanter Drehzahl des Rotors (2) durchgeführt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the vibration measurement is carried out at a constant speed of the rotor (2).
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei während einer abschließenden Schwingungsmessung im Endzustand eine verbleibende radiale Schwingung ermittelt wird, die nachfolgend nach Feststellung von Ort und Größe der ursächlichen massebedingten Unwucht mittels mindestens einer Ausgleichsmasse eliminiert wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein during a final vibration measurement in the final state, a residual radial vibration is determined, which is subsequently eliminated by determining the location and size of the causative mass imbalance by means of at least one balancing mass.
1 1. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Messungen, zumindest eine Schwingungsmessung unter Nutzung von Sensoren, und Einstellungen, zumindest des Blattwinkels, durch eine Steuerungseinrichtung der Windenergieanlage auf Grundlage der Messwerte der Sensoren und unter Nutzung von Stelleinrichtungen selbsttätig vorgenommen werden. 11. The method according to claim 1, wherein the measurements, at least one vibration measurement using sensors, and adjustments, at least of the blade angle, are made automatically by a control device of the wind energy plant based on the measured values of the sensors and using control devices.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei die Reduktion einer aerodynamischen Unwucht einer Windenergieanlage bei drehendem Rotor durch folgenden Ablauf gekennzeichnet ist 12. The method of claim 11, wherein the reduction of an aerodynamic imbalance of a wind turbine with rotating rotor is characterized by the following sequence
a) die Windenergieanlage misst im Rahmen der Urmessung im Betrieb oder im lastfreien Betrieb selbsttätig durch Sensoren die axiale Gondelschwingung;  a) the wind turbine measures in the context of the original measurement during operation or in no-load operation automatically by sensors, the axial gondola vibration;
b) die Windenergieanlage verstellt über Versteileinrichtungen im Betrieb oder bei einem kurzen Stopp oder im Trudelbetrieb mindestens einen Blatteinstellwinkel um einen vorgesehenen Betrag, der zumindest so groß bemessen ist, dass eine geänderte Schwingungseigenschaft ermittelbar ist;  b) the wind turbine adjusts via adjusting devices during operation or during a short stop or in spinning mode at least one blade pitch by a predetermined amount, which is at least sized so that a changed vibration characteristic can be determined;
c) die Windenergieanlage misst im Rahmen der Testmessung wieder im gleichen Betriebszustand wie unter Buchstabe a) die axialen Gondelschwingungen;  c) the wind turbine measures in the context of the test measurement again in the same operating condition as under a) the axial gondola vibrations;
d) aus dem Ergebnis der Urmessung und der Testmessung werden ein Tarierzeiger und ein Tarawert bestimmt, die es ermöglichen, den Phasenwinkel der Blatteinstellwinkeländerung und dessen Betrag gemäß Anspruch 2 zu bestimmen, wobei der Betrag an wenigstens einem Rotorblatt eingestellt werden muss, um die Windenergieanlage schwingungsarm laufen zu lassen; e) der Phasenbetrag gemäß Buchstabe d) kann zwischen zwei Blättern liegen und die Pitchwinkeländerung kann dann rechnerisch gemäß Anspruch 2 auf zwei Blätter aufgeteilt werden;  d) from the result of the Urmessung and the test measurement a Tarierzeiger and a tare value are determined, which make it possible to determine the phase angle of Blätterninstellwinkeländerung and its amount according to claim 2, wherein the amount must be adjusted at least one rotor blade to the wind turbine low vibration to run; e) the phase amount according to letter d) can be between two sheets and the pitch angle change can then be mathematically divided according to claim 2 into two sheets;
f) die Blattwinkel werden insgesamt durch die Anlagensteuerung verstellt, um eine optimale Leistungserzeugung zu erzielen, was durch iterative Verstellung und jeweilige Messung der Leistungskurve erfolgen kann.  f) the blade angles are adjusted in total by the plant controller in order to achieve optimal power generation, which can be done by iterative adjustment and respective measurement of the power curve.
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