WO2012007111A2 - Method and device for making an angle of attack correction signal available for a predetermined rotor blade of a wind turbine - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and apparatus for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine according to the independent claims.
- the angle of attack also referred to as pitch angle
- the aerodynamic lift is changed in such a way that a Reduction of the responsible for the drive torque buoyancy force can be achieved and thus the system can be maintained in the range of rated speed.
- this blade pitch mechanism is also used as a brake by putting the blades nose-to-wind so that the rotor no longer delivers any significant drive torque.
- the rotor blades can then be used as aerodynamic brakes by being placed completely in the direction of wind flow (flag position) or by increasing the angle of attack so much that the flow leaves (stable).
- CPC collective pitch control
- the individual pitch control allows a reduction in the asymmetrical loads transmitted to the hub via the nacelle.
- the pitch angles calculated from the IPC and CPC control are then sent as default to the controllers of the corresponding pitch actuators. The bending moments thus serve as a control variable for the individual blade adjustment.
- the present invention provides a method of providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade from a plurality of rotor blades of a wind turbine, wherein the pitch correction signal is suitable for varying a signal for driving an individual pitch for the rotor blade, the method comprising the following steps having:
- a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to a rotational axis of a rotor of the wind turbine and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation;
- the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a stored in a memory relationship between the angular position and a Anstellwinkel- correction factor, wherein the pitch correction signal represents the pitch correction factor, which in use a correction of the individual angle of attack for the causes predetermined rotor blade, so that an effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a torque is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is carried out using the read rotor blade position signal and / or the read rotational speed.
- the present invention provides a device for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine, wherein the pitch correction signal for changing a signal for driving an individual pitch for the rotor blade is provided, the device comprising the following Features include:
- a unit for determining the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine from a memory wherein the pitch angle correction signal represents a pitch correction factor, which in use causes a correction of the individual pitch for the predetermined rotor blade, so that a Effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a moment is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is carried out using the read-in rotor blade position signal and / or the read rotational speed.
- Also of advantage is a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and which is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program on a control device or a device is performed.
- a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
- the present invention is based on the recognition that a much faster and better control of the pitch angle of a rotor blade can be achieved when a correction signal is provided which reads out a correction factor for the pitch angle of a specific rotor blade in dependence on an angular position of this rotor blade from a memory.
- the angle of attack is defined as the angle by which the rotor blade on the rotor hub is rotated about the rotor blade axis with respect to a zero position in the rotor plane, wherein in the zero position the rotor blade has a maximum thrust force from wind in the direction of the rotor axis having.
- the stationary forces are taken into account for the determination of the angle of attack correction signal as a function of the angular position of the rotor blade, for example, the effects of wind shear or the wind accumulation effects on the tower of the wind turbine in different angular positions of the rotor blade have different weight.
- the present invention offers the advantage that the separation of stationary effects and dynamic effects caused by turbulence in the load behavior of the rotor blades makes it possible to control the optimum angle of attack much more quickly and at the same time more precisely.
- the regulation does not need to be carried out directly by the present invention, but rather the essential Core of the invention in the provision of a corresponding correction signal, the use of which is possible on the already known regulation of the individual angle of attack.
- the present invention offers the additional advantage that an existing control concept can be reused and improved by the use of the present invention. This also allows retrofitting to existing wind turbines, which represents an additional economic advantage for the use of the present invention.
- a determination of a wind speed at different segments of a rotor blade can be carried out in the step of determining the change in the memory stored in the memory, wherein the determination of the wind speed at the individual segments of the rotor blade taking into account a determined current inclination of the rotor axis against the horizontal, a current distance of a rotor hub to a tower of the wind turbine, a determined oblique flow angle of wind with respect to the rotor axis in the region of the relevant segment, a current wind speed in the direction of the rotor axis in the region of the relevant segment of the rotor blade as a function of the height of the relevant segment over the earth's surface and / or a diameter of a
- Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the relationship stored in the memory very precisely maps a correction factor that can be used to compensate for largely stationary disturbances. In this way, the regulation of the individual angle of attack can be relieved and thus accelerated. It is particularly advantageous if in the step of determining a segmentation of a flight circle of the rotor blade about the rotor axis into different segments, wherein at least information about a load of the predetermined rotor blade in one of the segments of the flight circle is recorded and the recorded information for determination a pitch correction signal of another rotor blade of the wind turbine is used, in particular wherein the recorded information is used to determine a Anstellwinkel-correction signal of a rotor blade of the wind turbine, which immediately follows the predetermined rotor blade in the direction of rotation of the rotor.
- Such an embodiment of the present invention offers the further advantage that the relationship stored in the memory can be adapted very flexibly and quickly to smaller local changes of the largely stationary disturbances.
- a rotor blade directly following the rotor blade can already make use of the loading information which was detected by sensors from the first, that is, from the predetermined rotor blade.
- information about a load of the rotor blade following the predetermined rotor blade can be recorded in the step of determining at least one segment, wherein furthermore a deviation between the load of the predetermined rotor blade and the load of the further rotor blade, in particular of the predetermined rotor blade immediately following rotor blade is determined and wherein the determined deviation is used for a determination of the load and / or a Anstellwinkel- correction signal for a third rotor blade of the wind turbine, when the third rotor blade is in the segment of the flight circle.
- Such an embodiment of the present invention offers the advantage that, when the substantially stationary disturbance variable changes, an estimate of this change for a subsequent rotor blade can already be made.
- the pitch correction signal provided may be based on a prediction for varying (essentially stationary) disturbances, which is reflected by a further improvement in the speed and precision of the pitch control when using said pitch correction signal ,
- the step of determining information about a load of the further rotor blade, in particular the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade, in the relevant segment are detected and also in the memory, the information about the load of the rotor blade be replaced by the detected information about the load of the other rotor blade.
- Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the relationship stored in the memory is updated in very short time intervals, so that the provision of the pitch correction signal is based on the most precise possible current basis of measured values. This ensures fast and highly accurate control of the individual angle of attack for a single rotor blade when the aforementioned pitch correction signal is used to vary the individual angle of attack of that rotor blade.
- the method may further comprise the following steps:
- a further pitch correction signal for the other rotor blade of the wind turbine using the stored relationship between an angular position and a pitch correction factor, the further pitch correction signal representing a pitch angle correction factor which, in use, corrects an individual pitch Angle of incidence for the other Rötorblatt causes, so that an effect of a moment on the other rotor blade of an effect of a moment on the predetermined rotor blade of the wind turbine is adjusted and wherein the determination is carried out using the read in another rotor blade position signal and / or the read rotational speed.
- Such an embodiment of the present invention offers the advantage that not only an optimization of the pitch angle of a single rotor blade takes place, but that the optimization is carried out jointly for a plurality of rotor blades. This represents a further improvement in the regulation of the angles of incidence of the rotor blades of the wind power plant. In particular, this results in a reduction in the yawing and pitching moments on the tower or the nacelle of the wind power plant.
- a method for modifying a signal for actuating an individual angle of attack for the rotor blade can also be provided, this method having the following steps:
- Such an embodiment of the present invention offers the advantage of not only providing an angle of attack correction signal, but of actually changing the signal for driving the individual angle of attack. This allows implementation of the advantages that are provided by providing the Anstellwinkel- correction signal.
- FIG. 1 shows a block diagram of a control circuit for adjusting the individual angles of incidence for rotor blades of the rotor of the wind power plant, an embodiment of the present invention being used;
- FIG. 2 is a front view of a wind turbine, showing a representation of a segmentation of the rotor blades for determining the current pitch correction factor;
- FIG. 3 shows a representation of a wind shear at different heights above the earth's surface and a side view of a wind power plant in which the rotor axis is shown tilted;
- FIG. 4 is a plan view of a wind turbine, wherein the rotor blades are flowed diagonally by wind;
- FIG. 7a shows a diagram of load values in a circle segment of a rotor blade in chronological order with an increase of wind
- FIG. 7b is a diagram showing a change of a correction factor for the angle of attack for the increase of the wind load within the circle segment of the rotor blade shown in FIG. 7a at different points in time;
- FIG. 8 is a block diagram of a control circuit for adjusting the individual control angle for rotor blades of the rotor of the wind turbine, wherein another
- Embodiment of the present invention is used.
- FIG. 9 is a flowchart of an embodiment of the present invention as a method.
- the same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals.
- the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations which are not explicitly described here.
- the invention in the following description may be explained using different dimensions and dimensions, wherein the invention is not limited to these dimensions and dimensions to understand.
- method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.
- an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature / step and a second feature / step
- this can be read such that the exemplary embodiment according to one embodiment includes both the first feature / only step and the second feature / the second step and according to another embodiment, either only the first feature / the first step or only the second feature / the second step.
- An important aim of the present invention is to be seen in that a disturbance variable connection for the IPC control should be realized or made possible. As a result, a significantly improved performance of the IPC control can be achieved.
- the invention can be very easily combined with the known IPC control methods so that already existing and implemented IPC control strategies can be supplemented.
- IPC control strategies can be supplemented.
- For this purpose for the individual Pitchregelurig a rotor blade stored over up to a complete rotor circulation measurement information in the best case of all rotor blades are used. The strain gauges obtained from the measurement information can then be used to estimate the expected rotor loads. Based on this estimate, a desired trajectory of the individual pitch angles can then be calculated and used for the precontrol of the pitch actuators.
- IPC control can be extended by a noise compensation, which te the yawing and Nickmomen to compensate for the wind turbine, resulting from known interference effects.
- noise compensation which te the yawing and Nickmomen to compensate for the wind turbine, resulting from known interference effects.
- FIG. 1 shows how a control loop 100 that uses the present invention could be configured.
- the angle of attack of not shown in FIG. 1 rotor blades of a wind turbine 1 10 is regulated. This regulation takes place as a function of the speed of the wind 1 15, which acts on the rotor blades of the wind turbine 1 10.
- different sensors 120 are detected by sensors, such as the speed of the
- Rotor the angular velocity of the rotor, one or more angular positions of the rotor blades or bending moments, which occur at the blade roots of the rotor blades.
- These measured variables 120 such as (the angular positions of the rotor blades 1, 3 or 3), ⁇ , ⁇ ⁇ (the moments of the rotor blades 1, 2 and 3) are the unit 125 for operation of the wind turbine 1 10, an IPC Regulator 130 and a device 135 and via an interface 136 to a memory 137 which is a unit which provides the Anstellwinkel correction signal 139 also as ßu.2, 3 for the disturbance variable signal for the first, second and third rotor blade provides.
- a pitch correction signal for each of the rotor blades of the wind turbine 110 can be provided by the memory 137.
- the memory 137 a relationship between the Ansteiiwinkel correction signal for at least one of the rotor blades of the rotor of the wind turbine 1 10 is stored in response to a current angular position of the rotor blade and / or an angular velocity of the rotor for the correction of the individual angle of attack 139 of concerned rotor blade is issued.
- corrections of the relationship stored in the memory 137 can be carried out in accordance with the description described in greater detail below, and these corrections can be stored in the memory 137.
- the relationship stored in the memory 1 37 can be kept current, so that a very precise control of the angle of attack becomes possible.
- the operating control unit 125 supplies general control signals related to the optimization of the output of the wind turbine 110 on the basis of the rotational speed ⁇ .
- the operating control unit 125 supplies a current generator torque 140, which is made available directly to the wind power plant 110, in order to achieve a regulation of the rotational speed of the generator and thus an optimization of the power output of the generator of the wind power plant.
- the operating control unit 125 supplies a signal 142, which represents a common angle of attack for all rotor blades of the rotor of the wind turbine 1 10, thus taking into account the current wind speed 15 (and possibly the current wind direction), the wind turbine 1 10 in their current optimal performance point works.
- the IPC controller 130 uses, for example, one or more signals about moments M 1 ⁇ 3, which are detected at the individual rotor blade roots and can therefrom for at least one, but better for each of the individual rotor blades an individual angle of attack 145 (from with ⁇ ipc, 3).
- the pitch correction signal 139 for a particular rotor blade, the signal 145 representative of the individual pitch for the particular rotor blade, and the signal 142 representing a common pitch of all blades may then be additively linked to a corrected pitch control signal 150.
- a corrected Anstellwinkel drive signal 150 is a signal below described in more detail ßi i2,3 subtracted for a current angle of attack for the relevant rotor blade 1, 2 or 3, wherein the signal obtained from the subtraction is fed to a subordinate pitch controller 155, for example as P-controller with the control factor k A is configured. That of the subordinate Angle controller 1 55 received signal is additively linked to a signal from a pre-control unit 160 for the pitch actuator.
- the signal thus linked is subsequently fed to a pitch angle actuator 165 with the transformation instruction G A , which sets the actual angle of attack for the relevant rotor blade.
- a signal representing this actual angle of attack for the relevant rotor blade is subtracted from the signal 150 as the above-current angle of attack.
- the pre-control unit 160 for the pitch-angle actuator thereby performs a prediction of the expected pitch on the basis of the Anstellwinkel- correction signal 139, so that a faster control of the corrected individual-angle of attack for the relevant rotor blade is possible.
- the above description can also be made for each individual rotor blade of the rotor of the wind turbine 1 10, so that an optimization of the regulation of the individual angle of attack for the rotor blades is possible. However, it is not necessary that the pitch be optimized for all rotor blades.
- the pitch controller 155 Since the course of the size for the noise compensation is known in advance, a control can be realized for the pitch controller 155 stored in pitch, which allows a significantly improved and faster follow-up control of the pitch actuator 165. As a result, the actuator can set the pitch components resulting from the interference compensation with the aid of the pitch correction signal 139 virtually without delay.
- the asymmetrical loads With correctly calculated pitch curve for the noise compensation, the asymmetrical loads can be completely compensated for at a constant, turbulence-free wind.
- the noise compensation uses a curve in the memory 137, which contains a correlation for the necessary pitch or pitch angle for the noise compensation for each sheet. This curve can be calculated by the device 135 by calculating in the device 135 the course of the wind speed at individual leaf elements. Subsequently, the curve for the
- the curve for the pitch angle can also be adapted continuously in an improved embodiment of the invention by determining from the measured data 120 the wind speed. power plant continuously the parameters of the wind shear, the Turmvorstaus, etc. read and adjusted using these parameters of the stored in the memory 1 37 context.
- the individual disturbing effects should not be resolved separately, but an algorithm can be implemented, which adjusts the pitch curve over the rotor blade position so that all disturbing effects, which do not originate from the turbulence of the wind, are compensated.
- a consideration of individual segments 200 of the one or more rotor blades 210 of the wind turbine 1 10 can be used, as shown in FIG.
- a distance r of the respective segment 200 from the hub of the rotor as well as the rotational speed ⁇ and / or the angular position ⁇ of the rotor blade 210 is taken into account, at which the relevant segment is currently located.
- a coordinate system is considered in which the z and y axes according to the illustration in FIG. 2 run.
- the wind shear at different heights H above the earth's surface can be taken into account for the calculation of the wind speeds.
- a pitch angle 5 of the rotor axis 310 with respect to the horizontal and a distance of the rotor hub 320 with respect to the center of the tower of the wind turbine is taken into account, as shown schematically in FIG.
- FIG. 3 also shows the course of the x-coordinate for a coordinate system, as used in the calculation of wind speeds.
- determining the wind shear different wind speeds are to be considered, which can occur according to the left schematic representation of Fig. 3 at different heights above the earth's surface, being observed at a great height above the earth's surface, a greater wind speed than close to the earth's surface ,
- the oblique inflow of the rotor blades 210 under the angle of incidence ⁇ with respect to the rotor axis is taken into account, as can be seen schematically from FIG. 4.
- an air congestion on the tower of the wind turbine can also be taken into account in the calculation of the wind speeds, as illustrated in the illustration of FIG. 5.
- 5 shows through the solid lines a flow behavior of wind around a stationary tower of a wind power plant, simplified by a tower radius r at the height of the considered segment 200 at an angle ⁇ and a distance r of this segment 200 from the Center of the tower is assumed.
- the flow velocity of the wind is designated by the variable u.
- the term cos ⁇ maps the oblique flow of the rotor
- the term r ⁇ sin 6 ⁇ ⁇ ⁇ sin ⁇ represents the velocity on the basis of the axial inclination.
- the pitch angle correction relationship stored in the memory 137 may be changed with respect to the current angular position of the rotor and / or the rotational speed of the rotor. This can be done by the unit 135, in which a corresponding model is stored, which angle of attack for a single rotor blade at which wind speed from which direction is required in order to achieve an optimal symmetrical as possible reduction of the load of the wind turbine. It should be noted that the above quantities reflect the stationary conditions that are not fast, ie that can change in the range of a few tens of seconds. For the favorable angle of attack obtained, a corresponding correction factor can then be determined.
- An important object of the invention according to a further embodiment of the invention is to realize an active precontrol of the pitch actuators based on the load measurement series measured in the cycle of rotation of the rotor.
- the load curve of a rotor blade is here considered as the expected load curve of the Nachêtrs (ie the directly following rotor blade) of a circle segment of the rotor blades, wherein the flight circle denotes the surface which sweep the rotor blades during rotation about the rotor hub. For illustration, the following diagrams are shown in FIG. 6.
- the measured impact bending loads of the rotor blades (lower diagrams) with respect to the measured wind speeds (upper diagrams) are shown in the two left and two right diagrams.
- the passage order of a rotor sector ie, the considered segment of the rotor blade circle) is 3-2-1, that is, with respect to the rotor blade 2, sheet 3 is the precursor and sheet 1 is the follower.
- the load curves within a main sector are thus assigned to the respective subsequent rotor blade.
- the rotor surface is discretized for this purpose (eg with a rotor azimuth angle of 1 degree per segment).
- the measured loads are the corresponding rotor azimuth angles when sweeping the Diskretmaschinesabêtes or the Assigned discretization step. In this way, when storing a complete rotor revolution three (or four) measured values per rotor azimuth angle segment and circulation can be realized.
- the basic idea for the pilot control according to this exemplary embodiment is to use the sensor data of the individual rotor blades measured during a third revolution (ie 120 degrees) as the basis for the trajectory planning of the pitch angles of subsequent rotor blades.
- the cyclic load curves of wind turbines that can be detected in measurements and simulations make it possible to predict the expected load,
- the trajectory planning is limited to 3 * 120 ° sectors, for each of which a desired trajectory of the pitch adjustment is calculated.
- This desired trajectory can be stored for each of the sectors in the memory 137 and used to correct the individual pitch of a rotor blade located in the sector concerned.
- the trajectory planning for this sector will be updated based on the new rotor blade data, which has just passed through this sector.
- load curve gust an increasing rotor load in the time range 10-22 seconds and a decreasing load in the range 22-30 seconds can be detected.
- a load gradient for the individual rotor segments can be calculated by means of the measured data.
- This change in wind speed which may also be referred to as a gradient, may then be used as a correction factor for the load curves.
- the prerequisite for the consideration of the correction factor in this case is a clearly ascertainable tendency on the basis of the measured data series of the corresponding rotor sectors.
- Such a tendency can be seen, for example, from the diagram of FIG. 7a, in which the wind speed (and thus the moment load M) continuously increases in one and the same rotor segment over the one-third cycle durations T.
- This can be a correction factor be determined by the load trajectory is changed or should be changed accordingly. For example, this is done in accordance with the representation of FIG. 7B, in which the setpoint trajectory drawn by means of the correction factor, the effect of which is represented by the arrows in FIG.
- the memory 137 contains a trajectory planning for the individual rotor sectors, which are updated by the unit 135 in each case.
- a relationship between an angular position and the pitch correction factor for a rotor blade for a complete revolution is no longer stored in the memory 137, instead the correction factors are stored for individual rotor sectors (or at least one sector) determined and updated after sweeping the trailing rotor blade. In this way, a highly accurate and rapid control or correction of the individual angles of attack of the rotor blades or is achieved.
- the present invention provides a method 900 for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade from a plurality of rotor blades of a wind turbine as illustrated in a flow chart in FIG.
- the pitch correction signal for changing a signal provided for driving an individual angle of attack for the rotor blade.
- the method 900 comprises a step of reading in 910 a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to an axis of rotation of the rotor blade and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation.
- the method 900 includes a step of determining the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a relationship between an angular position and a pitch correction factor stored in a memory, the pitch correction signal representing the pitch correction factor included in the memory a use of a correction of the individual angle of attack for the predetermined rotor blade is effected so that an effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a torque is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining using the read rotor blade position signal and / or the read rotational speed takes place.
- pitch actuator 200 segment of a rotor blade
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Abstract
The invention relates to a method (900) for making an angle of attack correction signal (139) available for a predetermined rotor blade (210) of a plurality of rotor blades of a wind turbine (110). The angle of attack correction signal for modifying a signal (145) is provided for controlling an individual angle of attack of the rotor blade. The method (900) comprises the following steps: reading in (910) a rotor blade position signal (120) which represents an angular position (Ω1) of the rotor blade relative to a rotational axis (310) of the rotor of the wind turbine and/or reading in a rotational speed (ω) of the rotor blade about the rotational axis (301). The method (900) further comprises a step of determining (920) the angle of attack correction signal (139) for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a correlation between an angular position and an angle of attack correction factor saved in a memory (137), the angle of attack correction signal representing the angle of attack correction factor which, when used, prompts correction of the signal (145) for controlling the individual angle of attack for the predetermined rotor blade so that an impact of a torque (M1) onto the predetermined rotor blade is matched with an impact of a torque (M2, M3) onto the at least one further rotor blade of the wind turbine, the determination being carried out using the read-in rotor blade position signal and/or the read-in rotational speed.
Description
I I
Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt einer Windkraftanlage Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Bei Windenergieanlagen mit horizontaler Achse und mindestens zwei Rotorblättern wird durch synchrone Verstellung der Blattwinkel die Drehzahl oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit so geregelt, dass durch die Änderung des Anstellwinkels (auch als Pitchwinkel bezeichnet) der aerodynamische Auftrieb und somit das Antriebsmoment in solcher Weise verändert wird, dass eine Reduktion der für das Antriebsmoment verant- wortlichen Auftriebskraft erreicht werden kann und somit die Anlage im Bereich der Nenndrehzahl gehalten werden kann. Bei Windgeschwindigkeiten oberhalb der Abschaltgeschwindigkeit wird dieser Blattverstellmechanismus zudem als Bremse benutzt, indem die Blätter mit der Nase in den Wind gestellt werden, so dass der Rotor keine nennenswerten Antriebsmomente mehr liefert. Die Rotorblätter können dann als aero- dynamische Bremsen verwendet werden indem sie komplett in die Windanströmrichtung gestellt werden (Fahnenstellung) oder der Anströmwinkel so stark erhöht wird, dass die Strömung abreist (Stall). Bei dieser kollektiven Blattverstellung (Collective Pitch Control = CPC) ergeben sich aufgrund asymmetrischer aerodynamischer Lasten Nick- und Giermomente auf die Gondel. Die asymmetrischen Lasten entstehen z.B. durch Windscherungen in vertikaler Richtung (Grenzschichten), Gierwinkelfehler, Böen und Turbulenzen, Aufstauung der Strömung am Turm etc. In letzter Zeit wird verstärkt ein neuer Ansatz für die Regelung von Dreiflügler-Windkraftanlagen untersucht, wel-
eher zusätzlich zu dem kollektiven Pitchwinkel einen individuellen Pitchwinkel der einzelnen Rotorblätter berechnet. Die individuelle Pitchverstellung (engl. Individual Pitch Control = IPC) erlaubt eine Reduzierung der asymmetrischen Lasten, welche über die Gondel auf die Nabe übertragen werden. Hierzu werden die an den einzelnen Rotor- blattwurzeln wirkenden Biegemomente gemessen und die für die Reduktion des Gier- und Nickmomentes nötige individuelle Blattverstellung berechnet. Die aus der IPC- und CPC-Regelung berechneten Pitchwinkel werden dann als Vorgabe an die Regler der entsprechenden Pitchaktuatoren gesendet. Die Biegemomente dienen somit als Regelgröße für die individuelle Blattverstellung. The present invention relates to a method and apparatus for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine according to the independent claims. In wind turbines with horizontal axis and at least two rotor blades is synchronously adjusted the blade angle, the speed above the rated wind speed regulated so that by changing the angle of attack (also referred to as pitch angle) the aerodynamic lift and thus the drive torque is changed in such a way that a Reduction of the responsible for the drive torque buoyancy force can be achieved and thus the system can be maintained in the range of rated speed. At wind speeds above the shutdown speed, this blade pitch mechanism is also used as a brake by putting the blades nose-to-wind so that the rotor no longer delivers any significant drive torque. The rotor blades can then be used as aerodynamic brakes by being placed completely in the direction of wind flow (flag position) or by increasing the angle of attack so much that the flow leaves (stable). Collective pitch control (CPC) results in pitching and yawing moments on the nacelle due to asymmetric aerodynamic loads. The asymmetric loads are caused, for example, by wind shear in the vertical direction (boundary layers), yaw angle errors, gusts and turbulence, impoundment of the flow at the tower, etc. Lately, a new approach for the regulation of three-wing wind turbines is increasingly being investigated. rather, in addition to the collective pitch angle, calculate an individual pitch angle of the individual rotor blades. The individual pitch control (IPC) allows a reduction in the asymmetrical loads transmitted to the hub via the nacelle. For this purpose, the bending moments acting on the individual rotor blade roots are measured, and the individual blade adjustment necessary for the reduction of the yawing and pitching moments is calculated. The pitch angles calculated from the IPC and CPC control are then sent as default to the controllers of the corresponding pitch actuators. The bending moments thus serve as a control variable for the individual blade adjustment.
Andere Verfahren ermitteln die Nick- und Giermomente durch Messung der Gondelbeschleunigung über Gyrometer oder durch Sensoren, welche über Abstandsmessungen die durch die Belastungen auftretenden Verformungen von Anlagenteilen messen und dadurch die Belastungen bestimmen. Ein solcher Ansatz ist beispielsweise in der Druckschrift DE 197 39 164 B4 offenbart. Other methods determine the pitching and yawing moments by measuring the gondola acceleration via gyroscopes or by sensors, which measure the deformations of system components caused by the loads by means of distance measurements and thereby determine the loads. Such an approach is disclosed for example in the document DE 197 39 164 B4.
Die Regelung der Rotorblätter-Anstellwinkel ist jedoch in einigen Situationen zu träge, so dass der optimale Anstellwinkel nicht gefunden wird. Es ist ein die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung für die Regelung der Anstellwinkel zu schaf- fen. The regulation of the rotor blade pitch is, however, too slow in some situations, so that the optimum angle of attack is not found. It is an object of the present invention to provide an improvement for the control of the angle of attack.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. This object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Anstellwinkel- Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt geeignet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: The present invention provides a method of providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade from a plurality of rotor blades of a wind turbine, wherein the pitch correction signal is suitable for varying a signal for driving an individual pitch for the rotor blade, the method comprising the following steps having:
- Einlesen eines Rotorblatt-Positionssignals, das eine Winkelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse eines Rotors der Windkraftanlage repräsentiert
und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit des Rotorblattes um die Drehachse; und - Reading a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to a rotational axis of a rotor of the wind turbine and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation; and
Ermitteln des Anstellwinkel-Korrektursignals für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung eines in einem Speicher abgelegten Zusammenhangs zwischen der Winkelposition und einem Anstellwinkel- Korrekturfaktor, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal den Anstellwinkel- Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt- Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt. Determining the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a stored in a memory relationship between the angular position and a Anstellwinkel- correction factor, wherein the pitch correction signal represents the pitch correction factor, which in use a correction of the individual angle of attack for the causes predetermined rotor blade, so that an effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a torque is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is carried out using the read rotor blade position signal and / or the read rotational speed.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:Furthermore, the present invention provides a device for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades of a wind turbine, wherein the pitch correction signal for changing a signal for driving an individual pitch for the rotor blade is provided, the device comprising the following Features include:
- eine Schnittstelle zum Einlesen eines Rotorblatt-Positionssignals, das eine Win- kelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotors der Windkraftanlage repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit des Rotorblattes um die Drehachse; und an interface for reading in a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to an axis of rotation of the rotor of the wind turbine and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation; and
- eine Einheit zum Ermitteln des Anstellwinkel-Korrektursignals für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage aus einem Speicher, wobei das Anstell- winkel-Korrektursignal einen Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und der zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. a unit for determining the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine from a memory, wherein the pitch angle correction signal represents a pitch correction factor, which in use causes a correction of the individual pitch for the predetermined rotor blade, so that a Effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a moment is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining is carried out using the read-in rotor blade position signal and / or the read rotational speed. Also of advantage is a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and which is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program on a control device or a device is performed.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine deutlich schnellere und bessere Regelung des Anstellwinkels eines Rotorblatts erreicht werden kann, wenn ein Korrektursignal bereitgestellt wird, das einen Korrekturfaktor für den Anstellwinkel eines bestimmten Rotorblatts in Abhängigkeit von einer Winkelposition dieses Rotorblatts aus einem Speicher ausliest. Als Anstellwinkel wird in diesem Zusammenhang derjenige Winkel bezeichnet, um den das Rotorblatt an der Rotornabe um die Rotorblattachse gegenüber einer Null-Stellung in der Rotorebene gedreht ist, wobei in der Null-Stellung das Rotorblatt eine größte Schubkraft aus Wind in Richtung der Rotor- achse aufweist. Wird der vorstehend genannte Zusammenhang verwendet, können weitgehend stationäre Kräfte auf den Rotor, die beispielsweise durch eine schräge Anströ- mung des Rotors, Windstaueffekte am Turm der Windkraftanlage oder Kräfte durch eine Windscherung in Abhängigkeit von der Winkelposition des Rotorblatts für das Rotorblatt Blatt-individuell korrigiert werden, so dass sich die individuelle Anstellwin- kel-Regelung für die einzelnen Rotorblätter lediglich auf die Kompensation der Effekte durch Windturbulenzen beschränken kann. Dies entlastet die Regelung der individuellen Anstellwinkel erheblich. Die stationären Kräfte werden dabei für die Bestimmung des Anstellwinkel-Korrektursignals in Abhängigkeit von der Winkelposition des Rotorblatts berücksichtigt, da beispielsweise die Effekte durch eine Windscherung oder die Windstaueffekte am Turm der Windkraftanlage in unterschiedlichen Winkelpositionen des Rotorblatts unterschiedliches Gewicht haben. The present invention is based on the recognition that a much faster and better control of the pitch angle of a rotor blade can be achieved when a correction signal is provided which reads out a correction factor for the pitch angle of a specific rotor blade in dependence on an angular position of this rotor blade from a memory. In this context, the angle of attack is defined as the angle by which the rotor blade on the rotor hub is rotated about the rotor blade axis with respect to a zero position in the rotor plane, wherein in the zero position the rotor blade has a maximum thrust force from wind in the direction of the rotor axis having. If the above-mentioned relationship is used, largely stationary forces on the rotor which, for example, due to an oblique flow of the rotor, windfall effects on the tower of the wind turbine or forces due to a wind shear as a function of the angular position of the rotor blade for the rotor blade individually corrected sheet so that the individual pitch control for the individual rotor blades can only be limited to compensating for the effects of wind turbulence. This considerably relieves the regulation of the individual angles of attack. The stationary forces are taken into account for the determination of the angle of attack correction signal as a function of the angular position of the rotor blade, for example, the effects of wind shear or the wind accumulation effects on the tower of the wind turbine in different angular positions of the rotor blade have different weight.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Trennung von stationären Effekten und durch Turbulenzen ausgelöste dynamischen Effekten im Belastungsver- halten der Rotorblätter eine deutlich schnellere und zugleich genauere Regelung der optimalen Anstellwinkel ermöglicht. Dabei braucht durch die vorliegende Erfindung die Regelung noch nicht direkt ausgeführt zu werden, vielmehr besteht der wesentliche
Kern der Erfindung in der Bereitstellung eines entsprechenden Korrektursignals, dessen Verwendung auf die bereits bekannte Regelung der individuellen Anstellwinkel möglich ist. Die vorliegende Erfindung bietet dabei den zusätzlichen Vorteil, dass ein bestehendes Regelungskonzept weiterverwendet werden kann und durch den Einsatz der vor- liegenden Erfindung verbessert wird. Dies ermöglicht auch die Nachrüstung an bestehenden Windkraftanlagen, was einen zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteil für den Einsatz der vorliegenden Erfindung darstellt. The present invention offers the advantage that the separation of stationary effects and dynamic effects caused by turbulence in the load behavior of the rotor blades makes it possible to control the optimum angle of attack much more quickly and at the same time more precisely. In this case, the regulation does not need to be carried out directly by the present invention, but rather the essential Core of the invention in the provision of a corresponding correction signal, the use of which is possible on the already known regulation of the individual angle of attack. The present invention offers the additional advantage that an existing control concept can be reused and improved by the use of the present invention. This also allows retrofitting to existing wind turbines, which represents an additional economic advantage for the use of the present invention.
Günstig ist es, wenn im Schritt des Ermitteins eine Veränderung des im Speicher abge- legten Zusammenhangs erfolgt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine schnelle und flexible Aktualisierung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs an die entsprechenden Windverhältnisse vor Ort. durchgeführt werden kann. Gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Ermitteins für die Veränderung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs eine Bestimmung einer Windgeschwindigkeit an unterschiedlichen Segmenten eines Rotorblattes erfolgen, wobei die Bestimmung der Windgeschwindigkeit an den einzelnen Segmenten des Rotorblattes unter Berücksichtigung einer ermittelten aktuellen Neigung der Rotorachse gegen die Horizontalen, einer aktuellen Distanz einer Rotornabe zu einem Turm der Windkraftanlage, einem ermittelten Schräg-Anströmungswinkel von Wind bezüglich der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes, einer aktuellen Windgeschwindigkeit in Richtung der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes des Rotorblattes in Abhängigkeit von der Höhe des betreffenden Segmentes über der Erdoberfläche und/oder einem Durchmesser eines Turms der Windkraftanlage in einer Höhe des betreffenden Segmentes des Rotorblattes erfolgen. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass der im Speicher abgelegte Zusammenhang sehr präzise einen Korrekturfaktor abbildet, der zur Kompensation von weitgehend stationären Störungen verwendet werden kann. Auf diese Weise kann die Regelung des individuellen Anstellwinkels entlastet und damit beschleunigt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Schritt des Ermitteins eine Segmentierung eines Flugkreises des Rotorblattes um die Rotorachse in unterschiedliche Segmente erfolgt, wobei zumindest eine Information über eine Belastung des vorbestimmten Rotorblatts in einem der Segmente des Flugkreises aufgezeichnet wird und die aufgezeichnete In- formation zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines weiteren Rotorblattes der Windkraftanlage verwendet wird, insbesondere wobei die aufgezeichnete Information zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines Rotorblattes der Windkraftanlage verwendet wird, das in Drehrichtung des Rotors dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgt. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den weiteren Vorteil, dass der im Speicher abgelegte Zusammenhang sehr flexibel und schnell auf kleinere lokale Änderungen der weitgehend stationären Störungen angepasst werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise ein dem Rotorblatt direkt nachfolgendes Rotorblatt bereits die Belastungsinformationen nutzen, die durch Sensoren von dem ersten, das heißt von dem vorbestimmten Rotorblatt erfasst wurden. It is favorable if, in the step of determining, there is a change in the relationship stored in the memory. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that a rapid and flexible updating of the relationship stored in the memory to the corresponding local wind conditions. can be carried out. According to another embodiment of the present invention, a determination of a wind speed at different segments of a rotor blade can be carried out in the step of determining the change in the memory stored in the memory, wherein the determination of the wind speed at the individual segments of the rotor blade taking into account a determined current inclination of the rotor axis against the horizontal, a current distance of a rotor hub to a tower of the wind turbine, a determined oblique flow angle of wind with respect to the rotor axis in the region of the relevant segment, a current wind speed in the direction of the rotor axis in the region of the relevant segment of the rotor blade as a function of the height of the relevant segment over the earth's surface and / or a diameter of a tower of the wind turbine take place at a height of the relevant segment of the rotor blade. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the relationship stored in the memory very precisely maps a correction factor that can be used to compensate for largely stationary disturbances. In this way, the regulation of the individual angle of attack can be relieved and thus accelerated. It is particularly advantageous if in the step of determining a segmentation of a flight circle of the rotor blade about the rotor axis into different segments, wherein at least information about a load of the predetermined rotor blade in one of the segments of the flight circle is recorded and the recorded information for determination a pitch correction signal of another rotor blade of the wind turbine is used, in particular wherein the recorded information is used to determine a Anstellwinkel-correction signal of a rotor blade of the wind turbine, which immediately follows the predetermined rotor blade in the direction of rotation of the rotor. Such an embodiment of the present invention offers the further advantage that the relationship stored in the memory can be adapted very flexibly and quickly to smaller local changes of the largely stationary disturbances. In this way, for example, a rotor blade directly following the rotor blade can already make use of the loading information which was detected by sensors from the first, that is, from the predetermined rotor blade.
In einer besonderen Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung kann im Schritt des Ermitteins für zumindest ein Segment eine Information über eine Belastung des dem vorbestimmten Rotorblatt nachfolgenden Rotorblattes aufgezeichnet werden, wobei ferner eine Abweichung zwischen der Belastung des vorbestimmten Rotorblattes und der Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes ermittelt wird und wobei die ermittelte Abweichung für eine Bestimmung der Belastung und/oder eines Anstellwinkel- Korrektursignals für ein drittes Rotorblatt der Windkraftanlage verwendet wird, wenn sich das dritte Rotorblatt in dem Segment des Flugkreises befindet. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bei einer Veränderung der im Wesentlichen stationären Störgröße bereits eine Schätzung diese Veränderung für ein nachfolgendes Rotorblatt getroffen werden kann. Das bereitgestellte An- stellwinkel-Korrektursignal kann damit auf einer Vorhersage für sich ändernde (im We- sentlichen stationäre) Störgrößen basieren, was sich durch eine weitere Verbesserung in der Schnelligkeit und Präzision der Regelung des Anstellwinkels niederschlägt, wenn das besagte Anstellwinkel-Korrektursignal verwendet wird.
Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ermitteins eine Information über eine Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblat- tes, im betreffenden Segment erfasst werden und ferner in dem Speicher die Information über die Belastung des Rotorblattes durch die erfasste Information über die Belastung des weiteren Rotorblattes ersetzt werden. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass der im Speicher abgelegte Zusammenhang in sehr kurzen Zeitabständen aktualisiert wird, so dass die Bereitstellung des Anstellwin- kel-Korrektursignals auf einer möglichst präzisen aktuellen Basis von Messwerten basiert. Dies stellt eine schnelle und hochgenaue Regelung des individuellen Anstellwinkels für ein einzelnes Rotorblaft sicher, wenn das genannte Anstellwinkel- Korrektursignal zur Veränderung des individuellen Anstellwinkels dieses Rotorblattes verwendet wird. In a particular embodiment of the present invention, information about a load of the rotor blade following the predetermined rotor blade can be recorded in the step of determining at least one segment, wherein furthermore a deviation between the load of the predetermined rotor blade and the load of the further rotor blade, in particular of the predetermined rotor blade immediately following rotor blade is determined and wherein the determined deviation is used for a determination of the load and / or a Anstellwinkel- correction signal for a third rotor blade of the wind turbine, when the third rotor blade is in the segment of the flight circle. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that, when the substantially stationary disturbance variable changes, an estimate of this change for a subsequent rotor blade can already be made. Thus, the pitch correction signal provided may be based on a prediction for varying (essentially stationary) disturbances, which is reflected by a further improvement in the speed and precision of the pitch control when using said pitch correction signal , Also, according to a further embodiment of the present invention, in the step of determining information about a load of the further rotor blade, in particular the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade, in the relevant segment are detected and also in the memory, the information about the load of the rotor blade be replaced by the detected information about the load of the other rotor blade. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that the relationship stored in the memory is updated in very short time intervals, so that the provision of the pitch correction signal is based on the most precise possible current basis of measured values. This ensures fast and highly accurate control of the individual angle of attack for a single rotor blade when the aforementioned pitch correction signal is used to vary the individual angle of attack of that rotor blade.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: According to a further embodiment of the invention, the method may further comprise the following steps:
- Einlesen eines weiteren Rotorblatt-Positionssignals, das eine Winkelposition zumindest eines anderen Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotors reprä- sentiert; und - Reading a further rotor blade position signal representing an angular position of at least one other rotor blade with respect to a rotational axis of the rotor; and
Ermitteins eines weiteren Anstellwinkel-Korrektursignals für das andere Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs zwischen einer Winkelposition und einem Anstellwinkel- Korrekturfaktor, wobei das weitere Anstellwinkel-Korrektursignal einen Anstell- winkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur eines individuellen Anstellwinkels für das andere Rötorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das andere Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen weiteren Rotorblatt- Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt.
Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass nicht nur eine Optimierung des Anstellwinkels eines einzelnen Rotorblattes erfolgt, sondern dass die Optimierung für mehrere Rotorblätter gemeinsam durchgeführt wird. Dies stellt eine weitere Verbesserung bei der Regelung der Anstellwinkel der Rotorblät- ter der Windkraftanlage dar. Insbesondere wird hierdurch eine Verringerung der Gier- und Nickmomente auf den Turm oder die Gondel der Windkraftanlage erreicht. Determining a further pitch correction signal for the other rotor blade of the wind turbine using the stored relationship between an angular position and a pitch correction factor, the further pitch correction signal representing a pitch angle correction factor which, in use, corrects an individual pitch Angle of incidence for the other Rötorblatt causes, so that an effect of a moment on the other rotor blade of an effect of a moment on the predetermined rotor blade of the wind turbine is adjusted and wherein the determination is carried out using the read in another rotor blade position signal and / or the read rotational speed. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that not only an optimization of the pitch angle of a single rotor blade takes place, but that the optimization is carried out jointly for a plurality of rotor blades. This represents a further improvement in the regulation of the angles of incidence of the rotor blades of the wind power plant. In particular, this results in a reduction in the yawing and pitching moments on the tower or the nacelle of the wind power plant.
Auch kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotor- blatt vorgesehen sein, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte aufweist: In a further embodiment of the invention, a method for modifying a signal for actuating an individual angle of attack for the rotor blade can also be provided, this method having the following steps:
- die Schritte des Verfahrens wie es vorstehend beschrieben wurde; und the steps of the method as described above; and
- Verändern des Signals zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt unter Verwendung des bereitgestellten Ansteuerwinkel- Korrektursignals. - Modifying the signal for controlling the individual pitch for the rotor blade using the provided Ansteuerwinkel- correction signal.
Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass nicht nur ein Anstellwinkel-Korrektursignal bereitgestellt wird, sondern dass tatsächlich das Signal zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels verändert wird. Hierdurch lassen sich die Vorteile implementieren, die durch das Bereitstellen des Anstellwinkel- Korrektursignals eröffnet werden. Such an embodiment of the present invention offers the advantage of not only providing an angle of attack correction signal, but of actually changing the signal for driving the individual angle of attack. This allows implementation of the advantages that are provided by providing the Anstellwinkel- correction signal.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Verstellung der individuellen Anstellwinkel für Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage, wobei ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. 1 shows a block diagram of a control circuit for adjusting the individual angles of incidence for rotor blades of the rotor of the wind power plant, an embodiment of the present invention being used;
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Windkraftanlage, wobei eine Darstellung einer Segmentierung der Rotorblätter zur Bestimmung des aktuellen Anstellwinkel- Korrekturfaktors wiedergegeben ist;
Fig. 3 eine Darstellung einer Windscherung in unterschiedlicher Höhe über der Erdoberfläche sowie einer Seitenansicht einer Windkraftanlage, bei der die Rotorachse gekippt dargestellt ist; FIG. 2 is a front view of a wind turbine, showing a representation of a segmentation of the rotor blades for determining the current pitch correction factor; FIG. 3 shows a representation of a wind shear at different heights above the earth's surface and a side view of a wind power plant in which the rotor axis is shown tilted;
Fig. 4 eine Draufsicht-Darstellung auf eine Windkraftanlage, wobei die Rotortblätter von Wind schräg angeströmt werden; 4 is a plan view of a wind turbine, wherein the rotor blades are flowed diagonally by wind;
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Turmstaueffekts; 5 is an illustration for explaining the Turmstaueffekts.
Fig. 6 Darstellungen zur Verdeutlichung der Wirkung von gemessenen Belastungswerten auf nachfolgende Rotorblätter der Windkraftanlage; 6 shows representations for clarifying the effect of measured load values on subsequent rotor blades of the wind power plant;
Fig. 7a ein Diagramm von Belastungswerten in einem Flugkreissegment eines Rotor- blattes in zeitlicher Abfolge bei einer Zunahme von Wind; 7a shows a diagram of load values in a circle segment of a rotor blade in chronological order with an increase of wind;
Fig. 7b ein Diagramm, das eine Änderung eines Korrekturfaktors für den Anstellwinkel für die in Fig. 7a gezeigte Zunahme der Windbelastung innerhalb des Flugkreissegmentes des Rotorblattes zu unterschiedlichen Zeitpunkten; 7b is a diagram showing a change of a correction factor for the angle of attack for the increase of the wind load within the circle segment of the rotor blade shown in FIG. 7a at different points in time;
Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Regelkreises zur Verstellung der individuellen An- Stellwinkel für Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage, wobei ein weiteres 8 is a block diagram of a control circuit for adjusting the individual control angle for rotor blades of the rotor of the wind turbine, wherein another
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; und Embodiment of the present invention is used; and
Fig. 9 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Verfahren. Gleiche oder ähnlich wirkende Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusam- mengefasst werden können. Weiterhin ist die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung eventuell unter Verwendung von unterschiedlichen Maßen und Dimensionen erläutert, wobei die Erfindung nicht auf diese Maße und Dimensionen eingeschränkt zu verstehen ist. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal/Schritt und einem zweiten Merkmal/Schritt, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausfuhrungsform sowohl das erste Merkmal / der
erst Schritt als auch das zweite Merkmal /der zweite Schritt und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal / den ersten Schritt oder nur das zweite Merkmal / den zweiten Schritt aufweist. 9 is a flowchart of an embodiment of the present invention as a method. The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations which are not explicitly described here. Furthermore, the invention in the following description may be explained using different dimensions and dimensions, wherein the invention is not limited to these dimensions and dimensions to understand. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature / step and a second feature / step, then this can be read such that the exemplary embodiment according to one embodiment includes both the first feature / only step and the second feature / the second step and according to another embodiment, either only the first feature / the first step or only the second feature / the second step.
Ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Störgrößen- aufschaltung für die IPC-Regelung realisiert bzw. ermöglicht werden soll. Dadurch kann eine wesentlich verbesserte Performance der IPC-Regelung erreicht werden. Die Erfindung lässt sich mit den bekannten IPC-Regelungsverfahren sehr einfach kombinieren, so dass bereits vorhandene und implementierte IPC-Regelungsstrategien ergänzt werden können. Hierzu sollen für die individuelle Pitchregelurig eines Rotorblattes die über bis zu einem kompletten Rotorumlauf gespeicherte Messinformationen im günstigsten Fall sämtlicher Rotorblätter verwendet werden. Die Belastungmesssreihen, die aus den Messinformationen gewonnen werden, lassen sich dann verwenden, um die zu erwartenden Rotorbelastungen abzuschätzen. Basierend auf dieser Abschätzung kann dann eine Solltrajektorie der einzelnen Pitchwinkel berechnet und für die Vorsteuerung der Pitchaktuatoren verwendet werden. An important aim of the present invention is to be seen in that a disturbance variable connection for the IPC control should be realized or made possible. As a result, a significantly improved performance of the IPC control can be achieved. The invention can be very easily combined with the known IPC control methods so that already existing and implemented IPC control strategies can be supplemented. For this purpose, for the individual Pitchregelurig a rotor blade stored over up to a complete rotor circulation measurement information in the best case of all rotor blades are used. The strain gauges obtained from the measurement information can then be used to estimate the expected rotor loads. Based on this estimate, a desired trajectory of the individual pitch angles can then be calculated and used for the precontrol of the pitch actuators.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass sich die IPC- Regelung um eine Störkompensation erweitern lässt, welche die Gier- und Nickmomen te an der Windkraftanlage ausregeln soll, die durch bekannte Störeffekte entstehen. Zu diesen Störeffekte zählen beispielsweise: An important aspect of the present invention is the fact that the IPC control can be extended by a noise compensation, which te the yawing and Nickmomen to compensate for the wind turbine, resulting from known interference effects. These disruptive effects include, for example:
1 ) die Neigung der Rotorachse gegen die Horizontale (üblicherweise um ca. 5°). Dadurch entstehen Momente durch die auf die Blätter wirkende Gewichtskraft, sowie eine sich periodisch ändernde Anströmung, da sich die Blattspitzen während eines Umlaufs vor und zurück bewegen. 1) the inclination of the rotor axis against the horizontal (usually about 5 °). This creates moments due to the weight force acting on the blades, as well as a periodically changing flow, as the blade tips move back and forth during one revolution.
2) Fehler in der Anströmung durch den Turmschatten; 2) errors in the flow through the tower shadow;
3) Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit von der Höhe über dem Boden durch 3) dependence of the wind speed on the height above the ground
Windscherung; wind shear;
4) Schräganströmung der Rotorblätter; und 4) oblique flow of the rotor blades; and
5) Sonstige Effekte (z.B. Abschattung einer Hälfte der Rotorfläche durch andere Anlagen, etc.).
3270 5) Other effects (eg shadowing of half of the rotor surface by other equipment, etc.). 3270
1 1 1 1
Da all diese Effekte sich zeitlich nur langsam ändern, lassen sie sich durch eine Störkompensation eliminieren, bevor sie am Ausgang messbar sind. Dazu wird zunächst der Verlauf einer Korrekturgröße für die individuellen Pitchwinkel für jedes Rotorblatt bestimmt, die erforderlich ist, um die Störungen zu eliminieren. Diesen Verlauf gibt man dann als Störkompensation additiv zusätzlich zu dem vom IPC-Regler berechneten individuellen Pitchwinkel und führt das erhaltene Signal einem Pitch-Aktuator zu. Eine prinzipielle Vorgehensweise bei der Bestimmung der korrigierten individuellen Anstellwinkel ist aus dem Blockschaltbild gemäß der Fig. 1 erkennbar. Dabei zeigt das Blockschaltbild aus der Fig. 1 , wie ein Regelkreis 100 ausgestaltet sein könnte, der die vorliegende Erfindung einsetzt. Hierbei wird der Anstellwinkel von in Fig. 1 nicht dargestellten Rotorblättern einer Windkraftanlage 1 10 geregelt. Diese Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Windes 1 15, der auf die Rotorblätter der Windkraftanlage 1 10 wirkt. An der Windkraftanlage 1 10 werden durch Sensoren verschiedene Messgrößen 120 erfasst, wie beispielsweise die Drehzahl desSince all of these effects change only slowly over time, they can be eliminated by means of noise compensation before they can be measured at the output. For this purpose, first the course of a correction variable for the individual pitch angle for each rotor blade is determined, which is necessary to eliminate the interference. This course is then added as a noise compensation additive in addition to the individual pitch angle calculated by the IPC controller and supplies the received signal to a pitch actuator. A basic procedure in the determination of the corrected individual angle of attack can be seen from the block diagram of FIG. 1. The block diagram of FIG. 1 shows how a control loop 100 that uses the present invention could be configured. Here, the angle of attack of not shown in FIG. 1 rotor blades of a wind turbine 1 10 is regulated. This regulation takes place as a function of the speed of the wind 1 15, which acts on the rotor blades of the wind turbine 1 10. At the wind turbine 1 10 different sensors 120 are detected by sensors, such as the speed of the
Rotors, die Winkelgeschwindigkeit des Rotors, eine oder mehrere Winkelpositionen der Rotorblätter oder Biegemomente, die an den Blattwurzeln der Rotorblätter auftreten repräsentieren. Diese Messgrößen 120 wie beispielsweise (die Winkelpositionen der Rotorblätter 1 , 3 bzw. 3), ω, Μι^ (die Momente der Rotorblätter 1 , 2 bzw. 3) wer- den einer Einheit 125 zur Betriebsführung der Windkraftanlage 1 10, einem IPC-Regler 130 sowie einer Vorrichtung 135 und über eine Schnittstelle 136 einem Speicher 137 zugeführt, der eine Einheit darstellt, die das Anstellwinkel-Korrektursignal 139 auch als ßsu.2, 3 für das Störgrößensignal für das erste, zweite und dritte Rotorblatt bezeichnet, bereitstellt. Insbesondere kann durch den Speicher 137 ein Anstellwinkel-Korrektursignal für jedes der Rotorblätter der Windkraftanlage 1 10 bereitgestellt werden. In dem Speicher 137 ist dabei einen Zusammenhang zwischen dem Ansteiiwinkel-Korrektursignal für zumindest eines der Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage 1 10 abgelegt, die ansprechend auf eine aktuelle Winkelposition des betreffenden Rotorblattes und/oder einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors für die Korrektur des individuellen Anstellwinkels 139 des betreffenden Rotorblatts ausgegeben wird.
In der Vorrichtung 135 können gemäß der nachfolgend noch detaillierter dargestellten Beschreibung Korrekturen des im Speicher 137 abgelegten Zusammenhangs ausgeführt werden und diese Korrekturen im Speicher 137 abgelegt werden. Hierdurch kann der im Speicher 1 37 abgelegte Zusammenhang aktuell gehalten werden, so dass eine sehr prä- zise Regelung des Anstellwinkels möglich wird. Rotor, the angular velocity of the rotor, one or more angular positions of the rotor blades or bending moments, which occur at the blade roots of the rotor blades. These measured variables 120 such as (the angular positions of the rotor blades 1, 3 or 3), ω, Μι ^ (the moments of the rotor blades 1, 2 and 3) are the unit 125 for operation of the wind turbine 1 10, an IPC Regulator 130 and a device 135 and via an interface 136 to a memory 137 which is a unit which provides the Anstellwinkel correction signal 139 also as ßu.2, 3 for the disturbance variable signal for the first, second and third rotor blade provides. In particular, a pitch correction signal for each of the rotor blades of the wind turbine 110 can be provided by the memory 137. In the memory 137, a relationship between the Ansteiiwinkel correction signal for at least one of the rotor blades of the rotor of the wind turbine 1 10 is stored in response to a current angular position of the rotor blade and / or an angular velocity of the rotor for the correction of the individual angle of attack 139 of concerned rotor blade is issued. In the device 135, corrections of the relationship stored in the memory 137 can be carried out in accordance with the description described in greater detail below, and these corrections can be stored in the memory 137. As a result, the relationship stored in the memory 1 37 can be kept current, so that a very precise control of the angle of attack becomes possible.
Die Einheit 125 zur Betriebsführung liefert auf der Basis der Drehzahl ω allgemeine Steuersignale, die eine Optimierung der Leistungsabgabe der Windkraftanlage 1 10 betreffen. Beispielsweise liefert die Einheit 125 zur Betriebsführung ein aktuelles Genera- tormoment 140, welches direkt der Windkraftanlage 1 10 zur Verfügung gestellt wird, um eine Regelung der Drehzahl des Generators und damit eine Optimierung der Leistungsabgabe des Generators der Windkraftanlage zu erreichen. Weiterhin liefert die Einheit 125 zur Betriebsführung ein Signal 142, das einen gemeinsamen Anstellwinkel für alle Rotorblätter des Rotors der Windkraftanlage 1 10 repräsentiert, damit unter Be- rücksichtigung der aktuellen Windgeschwindigkeit 1 15 (und eventuell der aktuellen Windrichtung) die Windkraftanlage 1 10 in ihrem aktuellen optimalen Leistungspunkt arbeitet. The operating control unit 125 supplies general control signals related to the optimization of the output of the wind turbine 110 on the basis of the rotational speed ω. For example, the operating control unit 125 supplies a current generator torque 140, which is made available directly to the wind power plant 110, in order to achieve a regulation of the rotational speed of the generator and thus an optimization of the power output of the generator of the wind power plant. Furthermore, the operating control unit 125 supplies a signal 142, which represents a common angle of attack for all rotor blades of the rotor of the wind turbine 1 10, thus taking into account the current wind speed 15 (and possibly the current wind direction), the wind turbine 1 10 in their current optimal performance point works.
Der IPC-Regler 130 verwendet beispielsweise eines oder mehrerer Signale über Mo- mente M 1^3, die an den einzelnen Rotorblattwurzeln erfasst werden und kann hieraus für zumindest einen, besser jedoch für jedes der einzelnen Rotorblätter einen individuellen Anstellwinkel 145 (aus mit ßipc ,3 bezeichnet) bereitstellen. The IPC controller 130 uses, for example, one or more signals about moments M 1 ^ 3, which are detected at the individual rotor blade roots and can therefrom for at least one, but better for each of the individual rotor blades an individual angle of attack 145 (from with μipc, 3).
Das Anstellwinkel-Korrektursignal 139 für ein bestimmtes Rotorblatt, das Signal 145, das den individuellen Anstellwinkel für das betreffende Rotorblatt repräsentiert sowie das Signal 142, das einen gemeinsamen Anstellwinkel aller Rotorblätter repräsentiert können dann additiv zu einem korrigierten Anstellwinkel-Ansteuersignal 150 verknüpft werden. Von diesem korrigierten Anstellwinkel-Ansteuersignal 150 wird ein nachfolgend noch näher beschriebenes Signal ßii2,3 für einen aktuellen Anstellwinkel für das betreffende Rotorblatt 1 , 2 oder 3 subtrahiert, wobei das aus der Subtraktion erhaltene Signal einem unterlagerten Anstellwinkelregler 155 zugeführt wird, der beispielsweise als P-Regler mit dem Regelungsfaktor kA ausgestaltet ist. Das von dem unterlagerten
Anstellwinkelregler 1 55 erhalten Signal wird additiv mit einem Signal aus einer Vorsteuerungseinheit 160 für den Anstellwinkel-Aktuator verknüpft. Das derart verknüpfte Signal wird nachfolgend einem Anstellwinkel-Aktuator 165 mit der Transformationsvorschrift GA zugeführt, der den tatsächlichen Anstellwinkel für das betreffende Rotor- blatt einstellt. Ein Signal, das diesen tatsächlichen Anstellwinkel für das betreffende Rotorblatt repräsentiert, wird als vorstehend aktueller Anstellwinkel dem Signal 150 abgezogen. Die Vorsteuerungseinheit 160 für den Anstellwinkel-Aktuator führt dabei eine Prädiktion des zu erwartenden Anstellwinkels auf der Basis des Anstellwinkel- Korrektursignals 139 durch, so dass eine schnellere Regelung des korrigierten individu- eilen Anstellwinkels für das betreffende Rotorblatt möglich ist. Die vorstehend genannte Beschreibung kann auch für jedes einzelne Rotorblatt des Rotors der Windkraftanlage 1 10 durchgeführt werden, so dass eine Optimierung der Regelung des individuellen Anstellwinkels für die Rotorblätter möglich wird. Es ist jedoch nicht erforderlich, dass die Anstellwinkel für alle Rotorblätter optimiert werden. The pitch correction signal 139 for a particular rotor blade, the signal 145 representative of the individual pitch for the particular rotor blade, and the signal 142 representing a common pitch of all blades may then be additively linked to a corrected pitch control signal 150. From this corrected Anstellwinkel drive signal 150 is a signal below described in more detail ßi i2,3 subtracted for a current angle of attack for the relevant rotor blade 1, 2 or 3, wherein the signal obtained from the subtraction is fed to a subordinate pitch controller 155, for example as P-controller with the control factor k A is configured. That of the subordinate Angle controller 1 55 received signal is additively linked to a signal from a pre-control unit 160 for the pitch actuator. The signal thus linked is subsequently fed to a pitch angle actuator 165 with the transformation instruction G A , which sets the actual angle of attack for the relevant rotor blade. A signal representing this actual angle of attack for the relevant rotor blade is subtracted from the signal 150 as the above-current angle of attack. The pre-control unit 160 for the pitch-angle actuator thereby performs a prediction of the expected pitch on the basis of the Anstellwinkel- correction signal 139, so that a faster control of the corrected individual-angle of attack for the relevant rotor blade is possible. The above description can also be made for each individual rotor blade of the rotor of the wind turbine 1 10, so that an optimization of the regulation of the individual angle of attack for the rotor blades is possible. However, it is not necessary that the pitch be optimized for all rotor blades.
Da der Verlauf der Größe für die Störkompensation im Voraus bekannt ist, kann für den linterlagerten Pitchregler 155 eine Versteuerung realisiert werden, welche eine deutlich verbesserte und schnellere Folgeregelung des Pitchaktuators 165 ermöglicht. Dadurch kann der Aktuator die sich aus der Störkompensation mit Hilfe des Anstellwinkel- Korrektursignals 139 ergebenden Pitchanteile praktisch verzögerungsfrei einstellen. Bei korrekt berechnetem Pitchverlauf für die Störkompensation können damit die asymmetrischen Belastungen bei konstantem, turbulenzfreiem Wind vollständig ausgeglichen werden. Die Störkompensation verwendet dabei eine Kurve in dem Speicher 137, welche einen Zusammenhang für den zur Störkompensation für jedes Blatt notwendigen Pitch- oder Anstellwinkel enthält. Diese Kurve kann durch die Vorrichtung 135 berechnet werden, indem in der Vorrichtung 135 der Verlauf der Windgeschwindigkeit an einzelnen Blattelementen berechnet wird. Anschließend wird die Kurve für den Since the course of the size for the noise compensation is known in advance, a control can be realized for the pitch controller 155 stored in pitch, which allows a significantly improved and faster follow-up control of the pitch actuator 165. As a result, the actuator can set the pitch components resulting from the interference compensation with the aid of the pitch correction signal 139 virtually without delay. With correctly calculated pitch curve for the noise compensation, the asymmetrical loads can be completely compensated for at a constant, turbulence-free wind. The noise compensation uses a curve in the memory 137, which contains a correlation for the necessary pitch or pitch angle for the noise compensation for each sheet. This curve can be calculated by the device 135 by calculating in the device 135 the course of the wind speed at individual leaf elements. Subsequently, the curve for the
Pitchwinkel so optimiert, dass die daraus resultierenden Anströmverhältnisse zu keinen oder sehr geringen asymmetrischen Momenten resultieren. Pitch angle optimized so that the resulting flow conditions result in no or very low asymmetric moments.
Die Kurve für den Pitchwinkel kann aber auch in einer verbesserten Ausführung der Erfindung laufend angepasst werden, indem aus den gemessenen Daten 120 der Wind-
kraftanlage laufend die Parameter der Windscherung, des Turmvorstaus, etc. ausgelesen und unter Verwendung dieser Parameter der im Speicher 1 37 abgelegte Zusammenhang angepasst wird. In diesem Fall sollten die einzelnen Störeffekte auch nicht getrennt aufgelöst werden, sondern es kann ein Algorithmus implementiert werden, welcher den Pitchverlauf über die Rotorblattposition so anpasst, dass alle Störeffekte, die nicht aus der Turbulenz des Windes stammen, kompensiert werden. However, the curve for the pitch angle can also be adapted continuously in an improved embodiment of the invention by determining from the measured data 120 the wind speed. power plant continuously the parameters of the wind shear, the Turmvorstaus, etc. read and adjusted using these parameters of the stored in the memory 1 37 context. In this case, the individual disturbing effects should not be resolved separately, but an algorithm can be implemented, which adjusts the pitch curve over the rotor blade position so that all disturbing effects, which do not originate from the turbulence of the wind, are compensated.
Für die Berechnung der Windgeschwindigkeiten an den einzelnen Rotorblättern kann beispielsweise eine Betrachtung von einzelnen Segmenten 200 des oder der jeweiligen Rotorblätter 210 der Windkraftanlage 1 10 herangezogen werden, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist. Dabei wird ein Abstand r des betreffenden Segmentes 200 von der Nabe des Rotors sowie die Drehgeschwindigkeit ω und/oder die Winkelposition Ω des Rotorblattes 210 berücksichtigt, an dem sich das betreffende Segment aktuell befindet. Dabei wird ein Koordinatensystem betrachtet, bei dem die z- und y-Achsen gemäß der Dar- Stellung aus Fig. 2 verlaufen. For the calculation of the wind speeds on the individual rotor blades, for example, a consideration of individual segments 200 of the one or more rotor blades 210 of the wind turbine 1 10 can be used, as shown in FIG. In this case, a distance r of the respective segment 200 from the hub of the rotor as well as the rotational speed ω and / or the angular position Ω of the rotor blade 210 is taken into account, at which the relevant segment is currently located. In this case, a coordinate system is considered in which the z and y axes according to the illustration in FIG. 2 run.
Weiterhin kann für die Berechnung der Windgeschwindigkeiten die Windscherung in unterschiedlicher Höhe H über der Erdoberfläche berücksichtigt werden. Hierzu wird beispielsweise ein Nickwinkel 5 der Rotorachse 310 gegenüber der Horizontalen sowie ein Abstand der Rotornabe 320 gegenüber der Mitte des Turms der Windkraftanlage berücksichtigt, wie es in der Fig. 3 schematisch dargestellt ist. In der Fig. 3 ist ferner der Verlauf der x-Koordinate für ein Koordinatensystem eingetragen, wie es bei der Berechnung der Windgeschwindigkeiten verwendet wird. Bei der Bestimmung der Windscherung sind dabei unterschiedliche Windgeschwindigkeiten zu berücksichtigen, die gemäß der linken schematischen Darstellung aus Fig. 3 in unterschiedlicher Höhe über der Erdoberfläche auftreten können, wobei in großer Höhe über der Erdoberfläche eine größeren Windgeschwindigkeit zu beobachten ist, als dicht über der Erdoberfläche. Furthermore, the wind shear at different heights H above the earth's surface can be taken into account for the calculation of the wind speeds. For this purpose, for example, a pitch angle 5 of the rotor axis 310 with respect to the horizontal and a distance of the rotor hub 320 with respect to the center of the tower of the wind turbine is taken into account, as shown schematically in FIG. FIG. 3 also shows the course of the x-coordinate for a coordinate system, as used in the calculation of wind speeds. In determining the wind shear different wind speeds are to be considered, which can occur according to the left schematic representation of Fig. 3 at different heights above the earth's surface, being observed at a great height above the earth's surface, a greater wind speed than close to the earth's surface ,
Auch wird beispielsweise bei der Bestimmung der Windgeschwindigkeiten die Schräg- anströmung der Rotorblätter 210 unter dem Anströmwinkel γ gegenüber der Rotorachse berücksichtigt, wie es schematisch aus der Fig. 4 ersichtlich ist.
Zusätzlich kann auch bei der Berechnung der Windgeschwindigkeiten ein Luftstau am Turm der Windkraftanlage berücksichtigt werden, wie es in der Darstellung aus Fig. 5 verdeutlicht ist. Dabei wird in der Fig. 5 durch die durchgezogenen Linien ein Strömungsverhalten von Wind um einen feststehenden Turm einer Windkraftanlage darge- stellt, wobei vereinfacht von einem Turmradius r in Höhe des betrachteten Segmentes 200 bei einem Winkel φ und einem Abstand r dieses Segmentes 200 von der Mitte des Turmes ausgegangen wird. Die Anströmgeschwindigkeit des Windes wird dabei mit der Variable u bezeichnet. Unter Verwendung der vorstehend genannten Zusammenhänge lassen sich nun die . Windgeschwindigkeiten in unterschiedliche Koordinatenrichtung unter Zuhilfenahme der folgenden Formeln abschätzen: z = r · cos Ω · cos δ; Also, for example, when determining the wind speeds, the oblique inflow of the rotor blades 210 under the angle of incidence γ with respect to the rotor axis is taken into account, as can be seen schematically from FIG. 4. In addition, an air congestion on the tower of the wind turbine can also be taken into account in the calculation of the wind speeds, as illustrated in the illustration of FIG. 5. 5 shows through the solid lines a flow behavior of wind around a stationary tower of a wind power plant, simplified by a tower radius r at the height of the considered segment 200 at an angle φ and a distance r of this segment 200 from the Center of the tower is assumed. The flow velocity of the wind is designated by the variable u. Using the above relationships can now be the. Estimate wind speeds in different coordinate directions with the help of the following formulas: z = r · cos Ω · cos δ;
y =— r · sin il; y = - r · sin il;
x =— h + r · sin δ · cos Ω; x = - h + r · sin δ · cos Ω;
Weiterhin wird für die Windgeschwindigkeiten in x- und y-Richtung folgender Zusammenhang verwendet: Furthermore, the following relationship is used for wind speeds in the x and y directions:
* = · ftKr)! ' t1 + ■ ^ ~ cos2^ (,)
wobei φ = arctan ^ gilt. Auch kann als Exponent statt 1/7 der Wert des Scherungskoef- fizienten α verwendet werden. Dieser kann sich mit der Zeit ändern * = · FtKr)! ' t 1 + ■ ^ ~ cos2 ^ (,) where φ = arctan ^. Also, the value of the shear coefficient α can be used as an exponent instead of 1/7. This can change over time
Hierbei repräsentiert in den Gleichungen ( 1 ) und (2) der Term Here, in the equations (1) and (2), the term represents
VHH . (£^V . (1 + -^) VHH . (£ ^ V. ( 1 + - ^)
H M . \ zwub \ x2+y2/
die Komponente des Windes, die durch die Windscherung verursacht ist und der Term H M. \ zwub \ x 2 + y 2 / the component of the wind caused by the wind shear and the term
{l + · (sir,2 (p _ cos2<P) bzw- (-2 + · sin φ· cos φ) diejenige Komponente, die durch das Turmstaumodell über den Potentialströmungsansatz berechnet werden kann. Ferner werden für die Windgeschwindigkeit beim Potentialstaumodel die folgenden beiden Gleichungen verwendet: { l + · ( sir, 2 ( p - cos2 <P) b z w - (- 2 + · sin φ · cos φ) is the component which can be calculated by the tower congestion model via the potential flow approach Potential damper model uses the following two equations:
Ur = u · (l - 2j) · cos φ Ur = u · (l - 2 j ) · cos φ
und and
uv = -u · (l - 2j) · sin φ. u v = -u * (1 - 2 j ) · sin φ.
Die gesamte Rotor-Anströmung, d.h. die Anströmgeschwindigkeit des Rotors von Wind lässt sich vereinfacht unter Vernachlässigung des geringen Anteils von vy folgenderma- ßen ermitteln: v = vx · cos γ + r · sin δ · ω · sin Ω. (3) The entire rotor incident flow, ie the flow velocity of the rotor of wind can be simplified by neglecting the small proportion of v y folgenderma- SEN be determined: v = v x cos γ + r · sin δ · ω · sin Ω. (3)
Dabei bildet der Term cos γ die Schräganströmung des Rotors ab, während der Term r · sin 6 · ω · sin Ω die Geschwindigkeit auf Grund der Achsneigung repräsentiert. In this case, the term cos γ maps the oblique flow of the rotor, while the term r · sin 6 · ω · sin Ω represents the velocity on the basis of the axial inclination.
Unter Verwendung der vorstehend genannten Formeln lässt sich der in dem Speicher 137 abgelegte Zusammenhang für die Anstellwinkel-Korrektur in Bezug zur aktuellen Winkelposition des Rotors und/oder der Drehzahl des Rotors verändern. Dies kann durch die Einheit 135 erfolgen, in der ein entsprechendes Modell hinterlegt ist, welcher Anstellwinkel für ein einzelnes Rotorblatt bei welcher Windgeschwindigkeit aus welcher Richtung erforderlich ist, um eine optimale d.h. möglichst symmetrische Reduktion der Belastung der Windkraftanlage zu erreichen. Hierbei ist zu beachten, dass die vorstehend genannten Größen die stationären Verhältnisse wiedergeben, die sich nicht schnell, d.h. die sich im Bereich von einigen 10 Sekunden ändern können. Für den erhaltenen günstigen Anstellwinkel kann dann ein entsprechender Korrekturfaktor ermit-
telt werden, der zu einem individuellen Anstellwinkelsignal addiert wird, welcher auf der Basis der sehr kurzzeitigen (d.h. sich im Bereich von Sekunden ändernden) Lufttur- bulenzen durch den IPC-Regler 130 bestimmt wird. Ein wichtiges Ziel der Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es, eine aktive Vorsteuerung der Pitchaktuatoren zu realisieren, basierend auf den in dem Umlaufzyklus des Rotors gemessenen Belastungsmessreihen. Die Belastungskurve eines Rotorblattes wird hierbei als die zu erwartende Belastungskurve des Nachläufers (d.h. des direkt nachfolgenden Rotorblattes) eines Flugkreissegmentes der Rotorblätter betrachtet, wobei der Flugkreis die Fläche bezeichnet, die die Rotorblätter bei der Drehung um die Rotornabe überstreichen. Zur Veranschaulichung dienen die folgenden Diagramme aus der Fig. 6. Es werden in den beiden linken als auch in den beiden rechten Diagramme je die gemessenen Schlagbiegemoment-Belastungen der Rotorblätter (untere Diagramme) gegenüber den gemessenen Windgeschwindigkeiten (obere Diagramme) dargestellt. Die Durchgangsreihenfolge eines Rotorsektors (d.h. des betrachteten Segmentes des Flugkreises der Rotorblätter) beträgt 3-2- 1 , das heißt bezüglich des Rotorblattes 2 ist Blatt 3 der Vorläufer und Blatt 1 der Nachläufer. Wenn die dargestellten Belastungskurven jeweils um t = T/3 (mit T der Rotorumlaufzeit) nach rechts in der Zeitschiene verschoben werden, können die Belastungskurven in den unte- ren Diagrammen aus der Fig. 6 nahezu in Deckung gebracht werden, d.h. die durchgezogene Linie entspricht im Wesentlichen der gestrichelt dargestellten Line und die gestrichelt dargestellte Linie lässt sich dann auch die gepunktet dargestellte Linie abbilden; abgesehen von Änderungen der Belastungsmomente, die für allen drei Rotorblätter in der Tendenz gleich wirken. Using the above formulas, the pitch angle correction relationship stored in the memory 137 may be changed with respect to the current angular position of the rotor and / or the rotational speed of the rotor. This can be done by the unit 135, in which a corresponding model is stored, which angle of attack for a single rotor blade at which wind speed from which direction is required in order to achieve an optimal symmetrical as possible reduction of the load of the wind turbine. It should be noted that the above quantities reflect the stationary conditions that are not fast, ie that can change in the range of a few tens of seconds. For the favorable angle of attack obtained, a corresponding correction factor can then be determined. which is added to an individual angle of attack signal determined by the IPC controller 130 based on the very brief (ie, in the range of seconds) air turbulence. An important object of the invention according to a further embodiment of the invention is to realize an active precontrol of the pitch actuators based on the load measurement series measured in the cycle of rotation of the rotor. The load curve of a rotor blade is here considered as the expected load curve of the Nachläufers (ie the directly following rotor blade) of a circle segment of the rotor blades, wherein the flight circle denotes the surface which sweep the rotor blades during rotation about the rotor hub. For illustration, the following diagrams are shown in FIG. 6. The measured impact bending loads of the rotor blades (lower diagrams) with respect to the measured wind speeds (upper diagrams) are shown in the two left and two right diagrams. The passage order of a rotor sector (ie, the considered segment of the rotor blade circle) is 3-2-1, that is, with respect to the rotor blade 2, sheet 3 is the precursor and sheet 1 is the follower. If the load curves shown are each shifted by t = T / 3 (with T the rotor cycle time) to the right in the time rail, the load curves in the lower diagrams of FIG. 6 can be almost brought into line, ie the solid line corresponds essentially the dashed line and the dashed line can then also represent the dotted line shown; apart from changes in the load moments, which tend to be the same for all three rotor blades.
Die Belastungskurven innerhalb eines Hauptsektors werden also dem jeweils nachfolgenden Rotorblatt zugeordnet. Um eine zu große Unsicherheit bezüglich der Vorhersage zu vermeiden, wird jeweils nur die Belastungskurve des Vorläufers für die Vorhersage der Belastung des Nachläufers betrachtet. Die Rotorfläche wird hierfür diskretisiert (z.B. mit einem Rotor-Azimuthwinkel von 1 Grad pro Segment). Während des Rotorumlaufes werden die gemessenen Belastungen den entsprechenden Rotor- Azimuthwinkeln bei Überstreichung des Diskretisierungsabschnittes bzw. des
Diskretisierungsschrittes zugeordnet. Auf diese Weise können bei Speicherung eines kompletten Rotorumlaufes drei (oder vier) Messwerte pro Rotor- Azimuthwinkelsegment und Umlauf realisiert werden. Die prinzipielle Idee für die Vorsteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel besteht darin, die während eines drittel Umlaufes (d.h. 120 Grad) gemessenen Sensordaten der einzelnen Rotorblätter als Grundlage für die Trajektorienplanung der Pitchwinkel von nachfolgenden Rotorblättern zu verwenden. Die in Messungen und Simulationen nachweisbaren zyklischen Belastungskurven bei Windkraftanlagen erlauben es, eine Vorhersage bezüglich der zu erwartenden Belastung zu treffen, The load curves within a main sector are thus assigned to the respective subsequent rotor blade. In order to avoid too much uncertainty about the prediction, only the load curve of the precursor for the prediction of the load of the trailer is considered. The rotor surface is discretized for this purpose (eg with a rotor azimuth angle of 1 degree per segment). During the rotor revolution, the measured loads are the corresponding rotor azimuth angles when sweeping the Diskretisierungsabschnittes or the Assigned discretization step. In this way, when storing a complete rotor revolution three (or four) measured values per rotor azimuth angle segment and circulation can be realized. The basic idea for the pilot control according to this exemplary embodiment is to use the sensor data of the individual rotor blades measured during a third revolution (ie 120 degrees) as the basis for the trajectory planning of the pitch angles of subsequent rotor blades. The cyclic load curves of wind turbines that can be detected in measurements and simulations make it possible to predict the expected load,
Somit beschränkt sich die Trajektorienplanung auf 3* 120°-Sektoren, für die jeweils eine Solltrajektorie der Pitchverstellung berechnet wird. Diese Solltrajektorie kann für jeden der Sektoren in dem Speicher 137 gespeichert werden und zur Korrektur des individuellen Anstellwinkels eines Rotorblattes eingesetzt werden, das sich in den betreffenden Sektor befindet. Nach Überstreichen eines 120°-Sektors wird die Trajektorienplanung für diesen Sektor auf Basis der neuen Messdaten des Rotorflügels aktualisiert, der diesen Sektor unmittelbar zuvor durchlaufen hat. In dem linken unteren Diagramm aus der Fig. 6 (Belastungskurve Böe) lässt sich eine zunehmende Rotorbelastung im Zeitbereich 10-22 Sekunden und eine abnehmende Belastung im Bereich 22-30 Sekunden erkennen Im Falle z.B. einer Windböe oder allgemein einer Änderung der Windgeschwindigkeit (und damit der Rotorbelastung) kann für die einzelnen Rotorsegmente ein Belastungsgradient mittels der Messdaten berechnet werden. Thus, the trajectory planning is limited to 3 * 120 ° sectors, for each of which a desired trajectory of the pitch adjustment is calculated. This desired trajectory can be stored for each of the sectors in the memory 137 and used to correct the individual pitch of a rotor blade located in the sector concerned. After sweeping a 120 ° sector, the trajectory planning for this sector will be updated based on the new rotor blade data, which has just passed through this sector. In the lower left diagram of FIG. 6 (load curve gust), an increasing rotor load in the time range 10-22 seconds and a decreasing load in the range 22-30 seconds can be detected. In the case of a gust of wind or, in general, a change in the wind speed (and thus the rotor load), a load gradient for the individual rotor segments can be calculated by means of the measured data.
Diese Änderung der Windgeschwindigkeit, die auch als Gradient bezeichnet werden kann, kann dann als Korrekturfaktor für die Belastungskurven verwendet werden. Voraussetzung für die Berücksichtigung des Korrekturfaktors ist in diesem Fall eine klar feststellbare Tendenz anhand der Messdatenreihe der entsprechenden Rotorsektoren. Eine solche Tendenz ist beispielweise aus dem Diagramm aus Fig. 7a zu erkennen, bei der die Windgeschwindigkeit (und damit die Momentenbelastung M) in ein und dem- selben Rotorsegment kontinuierlich über die Drittel-Umlaufdauern T ansteigt. Hierbei kann ein Korrekturfaktor
ermittelt werden, um den die Belastungstrajektorie entsprechend verändert wird bzw. verändert werden sollte. Beispielsweise erfolgt dies entsprechend der Darstellung aus der Fig. 7B, bei der die durchgezogen darstellte Solltrajektorie die Veränderung unter Verwendung des Korrektur-Faktors, dessen Wirkung in der Fig. 7B durch die Pfeile darstellt ist, in eine korrigierte Solltrajektorie überführt wird, die gestrichelt dargestellt ist. Dies ermöglicht eine sehr kurzfristige Änderung der Korrektur-Faktoren und somit eine sehr schnelle Anpassung des einzustellenden Anstellwinkel-Korrektursignals auf die aktuellen Windverhältnisse in dem jeweils betrachteten Rotorsektor. Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise kann dann auch für mehrere Rotorsektoren durchgeführt werden, so dass möglichst für den gesamten Flugkreis des Rotors eine kurzfristige Aktualisierung der Windverhältnisse möglichst ist. Basierend auf den (korrigierten) Belastungskurven kann somit dann auch eine Vorsteuerung der Pitchaktuatoren im Rahmen der IPC-Regelung realisiert werden. This change in wind speed, which may also be referred to as a gradient, may then be used as a correction factor for the load curves. The prerequisite for the consideration of the correction factor in this case is a clearly ascertainable tendency on the basis of the measured data series of the corresponding rotor sectors. Such a tendency can be seen, for example, from the diagram of FIG. 7a, in which the wind speed (and thus the moment load M) continuously increases in one and the same rotor segment over the one-third cycle durations T. This can be a correction factor be determined by the load trajectory is changed or should be changed accordingly. For example, this is done in accordance with the representation of FIG. 7B, in which the setpoint trajectory drawn by means of the correction factor, the effect of which is represented by the arrows in FIG. 7B, is converted into a corrected setpoint trajectory, which is represented by dashed lines is. This allows a very short-term change of the correction factors and thus a very fast adaptation of the pitch angle correction signal to be set to the current wind conditions in the respectively considered rotor sector. The procedure described above can then also be carried out for a plurality of rotor sectors, so that as far as possible a short-term update of the wind conditions is possible for the entire flight circle of the rotor. Based on the (corrected) load curves, a feedforward control of the pitch actuators in the context of IPC control can be realized.
Ein derart ausgestaltetes Ausführungsbeispiel könnte gemäß einem Blockschaltbild aus Fig. 8 wiedergegeben werden. Hierbei ist in dem Speicher 137 eine Trajektorienplanung für die einzelnen Rotorsektoren enthalten, die durch die Einheit 135 jeweils aktualisiert werden. Gegenüber dementsprechend dem Blockschaltbild aus Fig. 1 ausgelegten Aus- führungsbeispiel wird also in dem Speicher 137 nicht mehr ein Zusammenhang zwischen einer Winkelposition und dem Anstellwinkel-Korrekturfaktor für ein Rotorblatt für einen vollständigen Umlauf hinterlegt, sondern es werden die Korrekturfaktoren hinterlegt, die für einzelne Rotorsektoren (oder zumindest einen Sektor) bestimmt und nach dem Überstreichen des nachlaufenden Rotorblattes aktualisiert werden. Auf diese Weise wird eine hochgenaue und schnelle Regelung oder Korrektur der individuellen Anstellwinkel des oder der Rotorblätter erreicht. Such an embodiment could be reproduced according to a block diagram of FIG. In this case, the memory 137 contains a trajectory planning for the individual rotor sectors, which are updated by the unit 135 in each case. Compared with the exemplary embodiment of the block diagram of FIG. 1, a relationship between an angular position and the pitch correction factor for a rotor blade for a complete revolution is no longer stored in the memory 137, instead the correction factors are stored for individual rotor sectors (or at least one sector) determined and updated after sweeping the trailing rotor blade. In this way, a highly accurate and rapid control or correction of the individual angles of attack of the rotor blades or is achieved.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren 900 zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage wie es als Ablaufdiagramm in der Fig. 9 dargestellt ist. Dabei ist das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals
zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen. Das Verfahren 900 umfasst einen Schritt des Einlesens 910 eines Rotorblatt- Positionssignals, das eine Winkelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotorblattes repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit des Rotor- blattes um die Drehachse. Weiterhin umfasst das Verfahren 900 einen Schritt des Ermitteins 920 des Anstellwinkel-Korrektursignals für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung eines in einem Speicher abgelegten Zusammenhang zwischen einer Winkelposition und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor, wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal den Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt. Further, the present invention provides a method 900 for providing a pitch correction signal for a predetermined rotor blade from a plurality of rotor blades of a wind turbine as illustrated in a flow chart in FIG. Here, the pitch correction signal for changing a signal provided for driving an individual angle of attack for the rotor blade. The method 900 comprises a step of reading in 910 a rotor blade position signal representing an angular position of the rotor blade with respect to an axis of rotation of the rotor blade and / or reading a rotational speed of the rotor blade about the axis of rotation. Further, the method 900 includes a step of determining the pitch correction signal for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a relationship between an angular position and a pitch correction factor stored in a memory, the pitch correction signal representing the pitch correction factor included in the memory a use of a correction of the individual angle of attack for the predetermined rotor blade is effected so that an effect of a moment on the predetermined rotor blade of an effect of a torque is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining using the read rotor blade position signal and / or the read rotational speed takes place.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.
The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.
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Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Vorrichtung zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals 100 Apparatus for providing a pitch correction signal
1 10 Windkraftanlage 1 10 wind turbine
120 Sensorsignale von Sensoren an oder in der Windkraftanlage 120 sensor signals from sensors on or in the wind turbine
125 Einheit zur Betriebsfiihrung des Windkraftanlage 125 Unit for operating the wind turbine
130 Regler zur Ermittlung der individuellen Anstellwinkel 130 controls for determining the individual angles of attack
135 Einheit zur Veränderung des im Speicher gespeicherten Zusammenhangs 135 Unit for changing the relationship stored in the memory
136 Schnittstelle 136 interface
137 Speicher 137 memory
139 Anstellwinkel-Korektursignal 139 Angle Correction Signal
140 Signal, das das Generatormoment repräsentiert 140 Signal representing the generator torque
142 Signa), das den gemeinsamen Pitchwinkel für alle Rotorblätter repräsentiert 142 Signa), which represents the common pitch angle for all rotor blades
145 Signal zur individuellen Ansteuerung des Anstellwinkels aus dem 1PC -Regler 150 korrigiertes individuelles Anstellwinkel-Ansteuersignal 145 signal for individually controlling the angle of attack from the 1PC controller 150 corrected individual pitch control signal
155 unterlagerter Pitchregler 155 subordinate pitch controller
160 Vorsteuerung für den Anstellwinkel-Aktuator/Pitchaktuator 160 feedforward control for the pitch actuator / pitch actuator
165 Pitchaktuator, Anstellwinkel-Aktuator 200 Segment eines Rotorblattes 165 pitch actuator, pitch actuator 200 segment of a rotor blade
210 Rotorblatt 210 rotor blade
310 Rotordrehachse 310 rotor axis of rotation
320 Rotornabe 320 rotor hub
900 Verfahren zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals 900 A method of providing a pitch correction signal
910 Schritt des Einlesens 910 step of reading in
920 Schritt des Ermitteins
920 step of the determination
Claims
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Ansprüche claims
Verfahren (900) zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals (ßi, 139) für ein vorbestimmtes Rotorblatt (210) aus einer Mehrzahl von Rotorblättern einer Windkraftanlage ( 1 10), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals ( 1 5) zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen ist, wobei das Verfahren (900) die folgenden Schritte aufweist: Method (900) for providing a pitch correction signal (ßi, 139) for a predetermined rotor blade (210) of a plurality of rotor blades of a wind turbine (1 10), wherein the pitch correction signal for changing a signal (1 5) for driving a individual pitch angle for the rotor blade, the method (900) comprising the following steps:
- Einlesen (910) eines Rotorblatt-Positionssignals (Ωι, 120), das eine Winkelposition (Ωι) des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse (310) des Rotors der Windkraftanlage (1 10) repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit (ω) des Rotorblattes um die Drehachse (310); und - Reading (910) of a rotor blade position signal (Ωι, 120) representing an angular position (Ωι) of the rotor blade with respect to a rotational axis (310) of the rotor of the wind turbine (1 10) and / or reading a rotational speed (ω) of the rotor blade to the axis of rotation (310); and
- Ermitteln (920) des Anstellwinkel-Korrektursignals (139) für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage unter Verwendung eines in einem Speicher (137) abgelegten Zusammenhangs zwischen einer Winkelposition (Ωι) und einem Anstellwinkel-Korrekturfaktor (ßi), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal den Anstel Iwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des Signals (ßjpci, 1 5) zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes (Mi) auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes (M j M3) auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals (Ωι) und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit (ω) erfolgt. - Determining (920) the pitch correction signal (139) for the predetermined rotor blade of the wind turbine using a stored in a memory (137) relationship between an angular position (Ωι) and a Anstellwinkel correction factor (ßi), wherein the Anstellwinkel correction signal the Anstel Iwinkel correction factor representing, in use, a correction of the signal (ßjpci, 1 5) for driving the individual angle of attack for the predetermined rotor blade causes, so that an effect of a moment (Mi) on the predetermined rotor blade of an effect of a moment (M j M 3 ) is adapted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determination using the read-in rotor blade position signal (Ωι) and / or the read-in rotational speed (ω) takes place.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermitteins eine Veränderung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs erfolgt.
22 2. The method according to claim 1, characterized in that in the step of determining a change in the stored relationship in the memory. 22
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermitteins für die Veränderung des im Speicher abgelegten Zusammenhangs eine Bestimmung einer Windgeschwindigkeit ( 1 15) an unterschiedlichen Segmenten (200) eines Rotorblattes erfolgt, wobei die Bestimmung der Windgeschwindigkeit an den einzelnen Segmenten des Rotorblattes unter Berücksichtigung einer ermittelten aktuellen Neigung (δ) der Rotorachse (3 10) gegen die Horizontalen, einer aktuellen Distanz einer Rotornabe (320) zu einem Turm der Windkraftanlage, einem ermittelten Schräg-Anströmungswinkel (γ) von Wind bezüglich der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes, einer aktuellen Windgeschwindigkeit in Richtung der Rotorachse im Bereich des betreffenden Segmentes des Rotorblattes in Abhängigkeit von der Höhe (H) des betreffenden Segmentes über der Erdoberfläche und/oder einem Durchmesser (a) eines Turms der Windkraftanlage in einer Höhe des betreffenden Segmentes des Rotorblattes erfolgt. Method according to claim 2, characterized in that, in the step of determining the change in the relationship stored in the memory, a determination of a wind speed (15) takes place on different segments (200) of a rotor blade, wherein the determination of the wind speed at the individual segments of the rotor blade taking into account a determined current inclination (δ) of the rotor axis (3 10) against the horizontal, a current distance of a rotor hub (320) to a tower of the wind turbine, a determined oblique angle of incidence (γ) of wind with respect to the rotor axis in the region of the relevant Segmentes, a current wind speed in the direction of the rotor axis in the region of the relevant segment of the rotor blade as a function of the height (H) of the relevant segment above the earth's surface and / or a diameter (a) of a tower of the wind turbine at a height of the respective segment of the rotor blade SUC gt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermitteins eine Segmentierung eines Flugkreises des Rotorblattes um die Rotorachse in unterschiedliche Segmente erfolgt, wobei zumindest eine Information über eine Belastung des vorbestimmten Rotorblatt in einem der Segmente des Flugkreises aufgezeichnet wird und die aufgezeichnete Information zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines weiteren Rotorblattes der Windkraftanlage verwendet wird, insbesondere wobei die aufgezeichnete Information zur Ermittlung eines Anstellwinkel-Korrektursignals eines Rotorblattes der Windkraftanlage verwendet wird, das in Drehrichtung des Rotors dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the step of determining a segmentation of a flight circle of the rotor blade about the rotor axis into different segments, wherein at least one information about a load of the predetermined rotor blade in one of the segments of the flight circle is recorded and the recorded Information is used to determine a Anstellwinkel-correction signal of another rotor blade of the wind turbine, in particular wherein the recorded information is used to determine a Anstellwinkel-correction signal of a rotor blade of the wind turbine, which immediately follows the predetermined rotor blade in the direction of rotation of the rotor.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des5. The method according to claim 4, characterized in that in the step of
Ermitteins für zumindest ein Segment eine Information über eine Belastung des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes aufge- zeichnet wird, wobei ferner eine Abweichung zwischen der Belastung des vorbestimmten Rotorblattes und der Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes
23 ermittelt wird und wobei die ermittelte Abweichung für eine Bestimmung der Belastung und/oder eines Anstellwinkel-Korrektursignals für ein drittes Rotorblatt der Windkraftanlage verwendet wird, wenn sich das dritte Rotorblatt in dem einen Segment des Flugkreises befindet. For at least one segment information about a load of the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade is recorded, wherein there is also a deviation between the load of the predetermined rotor blade and the load of the further rotor blade, in particular of the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade 23 is determined and wherein the determined deviation is used for a determination of the load and / or a Anstellwinkel correction signal for a third rotor blade of the wind turbine, when the third rotor blade is in the one segment of the flight circle.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermitteins eine Information über eine Belastung des weiteren Rotorblattes, insbesondere des dem vorbestimmten Rotorblatt unmittelbar nachfolgenden Rotorblattes, im betreffenden Segment erfasst wird und ferner in dem Speicher die Information über die Belastung des Rotorblattes durch die erfasste Information Uber die Belastung des weiteren Rotorblattes ersetzt wird. A method according to claim 4 or 5, characterized in that in the step of determining information about a load of the further rotor blade, in particular the rotor blade immediately following the predetermined rotor blade, in the relevant segment is detected and also in the memory, the information about the load of the rotor blade is replaced by the detected information on the load of the other rotor blade.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method further comprises the following steps:
- Einlesen eines weiteren Rotorblatt-Positionssignals (Ω2), das eine Winkelposition zumindest eines anderen Rotorblattes bezüglich einer Drehachse des Rotors repräsentiert; und - Reading another rotor blade position signal (Ω 2 ), which represents an angular position of at least one other rotor blade with respect to a rotational axis of the rotor; and
- Ermitteins eines weiteren Anstellwinkel-Korrektursignals (139, ßsa) für das andere Rotorblatt der Windkraftänlage unter Verwendung des im Speicher abgelegten Zusammenhang zwischen einer Winkelposition und einem An- stellwinkel-Korrekturfaktor, wobei das weitere Anstellwinkel- Korrektursignal einen Anstellwinkel-Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur eines individuellen Anstellwinkel für das andere Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes auf das andere Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes auf das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen weiteren Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt. Determining a further pitch correction signal (139, βsa) for the other rotor blade of the wind power station using the relationship between an angular position and a pitch correction factor stored in memory, the further pitch correction signal representing an attack angle correction factor a use of a correction of an individual angle of attack for the other rotor blade causes, so that an effect of a moment on the other rotor blade of an effect of a moment on the predetermined rotor blade of the wind turbine is adjusted and wherein the determining using the read in another rotor blade position signal and / or the read rotational speed takes place.
Verfahren zur Veränderung eines Signals zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
24 die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; und Verändern des Signals zur Ansteuerung des individuellen Anstellwinkels (ßipci) f r da Rotorblatt unter Verwendung des bereitgestellten Ansteuerwinkel-Korrektursignals (ßl). A method of modifying a signal to drive an individual angle of attack for the rotor blade, the method comprising the steps of: 24 shows the steps of the method according to one of claims 1 to 7; and changing the signal for driving the individual angle of attack (βipci) for the rotor blade using the provided drive angle correction signal (β l ).
Vorrichtung ( 1 00) zur Bereitstellung eines Anstellwinkel-Korrektursignals ( 139, ßs,i) für ein vorbestimmtes Rotorblatt aus einer Mehrzahl von Rotorblättern (210) einer Windkraftanlage ( 1 10), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal zur Veränderung eines Signals (145) zur Ansteuerung eines individuellen Anstellwinkels für das Rotorblatt vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: Device (1 00) for providing a pitch correction signal (139, β s , i) for a predetermined rotor blade of a plurality of rotor blades (210) of a wind turbine (1 10), wherein the pitch correction signal for changing a signal (145). is provided for controlling an individual angle of attack for the rotor blade, the device having the following features:
- eine Schnittstelle (136) zum Einlesen eines Rotorblatt-Positionssignals (Ω|), das eine Winkelposition des Rotorblattes bezüglich einer Drehachse (320) des Rotors der Windkraftanlage repräsentiert und/oder Einlesen einer Drehgeschwindigkeit (co) des Rotorblattes um die Drehachse; und - An interface (136) for reading a rotor blade position signal (Ω |), which represents an angular position of the rotor blade with respect to a rotation axis (320) of the rotor of the wind turbine and / or reading a rotational speed (co) of the rotor blade about the axis of rotation; and
- eine Einheit (135, 137) zum Ermitteln des Anstellwinkel-Korrektursignals (ßs,i) für das vorbestimmte Rotorblatt der Windkraftanlage aus einem Speicher (137), wobei das Anstellwinkel-Korrektursignal einen Anstellwinkel- Korrekturfaktor repräsentiert, der bei einer Verwendung eine Korrektur des individuellen Anstellwinkels (ßipci) für das vorbestimmte Rotorblatt bewirkt, so dass eine Wirkung eines Momentes (Mi) auf das vorbestimmte Rotorblatt einer Wirkung eines Momentes (M2, M3) auf zumindest ein weiteres Rotorblatt der Windkraftanlage angeglichen wird und wobei das Ermitteln unter Verwendung des eingelesenen Rotorblatt-Positionssignals und/oder der eingelesenen Drehgeschwindigkeit erfolgt. - A unit (135, 137) for determining the pitch correction signal (ßs, i) for the predetermined rotor blade of the wind turbine from a memory (137), wherein the pitch correction signal represents a Anstellwinkel- correction factor, which in use a correction of the individual angle of attack (βipci) for the predetermined rotor blade is effected, so that an effect of a moment (Mi) on the predetermined rotor blade of an effect of a moment (M 2 , M 3 ) is adjusted to at least one further rotor blade of the wind turbine and wherein the determining using of the read-in rotor blade position signal and / or the read rotational speed takes place.
10. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einem Steuergerät oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Computer program product with program code for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, when the program is executed on a control device or a device.
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