DE102019135628A1 - Method for determining a remaining useful life of a wind turbine and wind turbine - Google Patents

Method for determining a remaining useful life of a wind turbine and wind turbine Download PDF

Info

Publication number
DE102019135628A1
DE102019135628A1 DE102019135628.8A DE102019135628A DE102019135628A1 DE 102019135628 A1 DE102019135628 A1 DE 102019135628A1 DE 102019135628 A DE102019135628 A DE 102019135628A DE 102019135628 A1 DE102019135628 A1 DE 102019135628A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
data
load
wind energy
sensor
energy installation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019135628.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Luis Vera-Tudela
Annette Förster
Robert Erdmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vc Viii Polytech Holding Aps Dk
Original Assignee
fos4X GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by fos4X GmbH filed Critical fos4X GmbH
Priority to DE102019135628.8A priority Critical patent/DE102019135628A1/en
Priority to PCT/EP2020/085671 priority patent/WO2021122347A1/en
Publication of DE102019135628A1 publication Critical patent/DE102019135628A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/82—Forecasts
    • F05B2260/821—Parameter estimation or prediction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/331—Mechanical loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/332—Maximum loads or fatigue criteria
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/804—Optical devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/807—Accelerometers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/808—Strain gauges; Load cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Restnutzungsdauer einer Windenergieanlage (10) offenbart. Das Verfahren umfasst: Erfassen von Belastungsdaten mittels mindestens einem auf der Windenergieanlage (10) angeordneten Lastsensor (11, 12, 13, 14, 15); Erstellen eines Zeitverlaufs aus den erfassten Belastungsdaten; Abschätzen einer Ermüdungsbelastung aus dem Zeitverlauf der erfassten Belastungsdaten mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung (16); Zuordnen der geschätzten Ermüdungsbelastung zu Betriebsbedingungen und/oder einem Status der Windenergieanlage (10); und Bestimmen der Restnutzungsdauer aus den geschätzten Ermüdungsbelastung, deren Zuordnung zu Betriebsbedingungen und/oder dem Status der Windenergieanlage (10) und einem Erwartungswert für die Restnutzungsdauer.

Figure DE102019135628A1_0000
A method for determining a remaining useful life of a wind energy installation (10) is disclosed. The method comprises: acquisition of load data by means of at least one load sensor (11, 12, 13, 14, 15) arranged on the wind energy installation (10); Creating a time course from the recorded stress data; Estimating a fatigue load from the time course of the recorded load data by means of a data processing device (16); Assigning the estimated fatigue load to operating conditions and / or a status of the wind energy installation (10); and determining the remaining useful life from the estimated fatigue load, their assignment to operating conditions and / or the status of the wind energy installation (10) and an expected value for the remaining useful life.
Figure DE102019135628A1_0000

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verfahren zur Bestimmung einer Restnutzungsdauer einer Windenergieanlage sowie auf eine Windenergieanlage. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Windenergieanlage, bei denen die Restnutzungsdauer der Windenergieanlage aus Belastungsdaten und daraus geschätzten Ermüdungsbelastungen der Windenergieanlage bestimmet werden kann.The present disclosure relates to a method for determining a remaining useful life of a wind energy installation and to a wind energy installation. In particular, the invention relates to a method and a wind energy installation in which the remaining useful life of the wind energy installation can be determined from load data and fatigue stresses on the wind energy installation estimated therefrom.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Konservatives Design von Maschinen und deren Aufstellung unter weniger strengen Bedingungen als bei ihrer Konstruktion angenommen, ist in der Industrie praktisch die Norm. Die Lebensdauer von Windkraftanlagen wird bei der Planung festgelegt und im Rahmen von Kaufverträgen garantiert. Dieser Wert wird in Bezug auf die Ermüdungsbelastung auf Systemebene definiert (d.h. ohne Angaben zu den Komponenten). Das Design berücksichtigt Annahmen (Materialeigenschaften, atmosphärische Bedingungen, etc.).Conservative design of machines and their placement under less stringent conditions than assumed when they were constructed is practically the norm in the industry. The service life of wind turbines is determined in the planning and guaranteed within the framework of sales contracts. This value is defined in relation to the fatigue load at the system level (i.e. without information on the components). The design takes into account assumptions (material properties, atmospheric conditions, etc.).

Darüber hinaus gibt es Unsicherheiten bei der Berechnung von Zeitreihen, die mechanische Belastungen darstellen, und bei der Abschätzung von Ermüdungsschäden, bei denen der komplexe und stochastische Charakter der Phänomene in deterministischen Berechnungen vereinfacht wird.In addition, there are uncertainties in the calculation of time series representing mechanical loads and in the estimation of fatigue damage, where the complex and stochastic character of the phenomena is simplified in deterministic calculations.

Andererseits ist bekannt, dass eine Erhebung von Daten von Windenergieanlage einem sinnvollen und sicheren Betrieb der Windenergieanlage bzw. eines Windparks förderlich ist. Ein Beispiel sind Daten zur Messung der Windgeschwindigkeit, die dafür genutzt werden, die Blattwinkelverstellung zu steuern oder, im Falle, dass die Windgeschwindigkeit zu hoch wird, den Rotor bzw. die Anlage abzuschalten, um die Anlage vor Beschädigung zu schützen.On the other hand, it is known that the collection of data from the wind energy installation is beneficial for a meaningful and safe operation of the wind energy installation or a wind park. One example is data for measuring the wind speed, which is used to control the blade angle adjustment or, in the event that the wind speed becomes too high, to switch off the rotor or the system in order to protect the system from damage.

Auf Windenergieanlage können Daten von einer Vielzahl an Sensoren erhoben werden. Diese Sensordaten werden bisher für einfache, lokale Applikationen verwendet und gelöscht oder nicht weiter genutzt. Um bestimmte Applikation auf Windkraftanlagen zu realisieren, (z.B. Eiserkennung, Condition Monitoring, ...), werden z.B. eigene Sensoren installiert. Idealerweise verfügt jede Windenergieanlage über ihren eigenen, kompletten Sensorensatz.Data from a large number of sensors can be collected on the wind turbine. This sensor data has previously been used for simple, local applications and deleted or no longer used. In order to implement certain applications on wind turbines (e.g. ice detection, condition monitoring, ...), e.g. own sensors are installed. Ideally, every wind turbine has its own complete set of sensors.

Es ist daher erstrebenswert, Windenergieanlage und Windparks derart zu verbessern, das Last- oder Ermüdungsmessung für den gesamten Lebenszyklus von Windkraftanlagen verfügbar sind und verwendet werden können.It is therefore desirable to improve wind power plants and wind parks in such a way that load or fatigue measurements are available and can be used for the entire life cycle of wind power plants.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Verfahren zur Bestimmung einer Restnutzungsdauer einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 und eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 10 bereit.Embodiments of the present disclosure provide methods for determining a remaining useful life of a wind energy installation according to claim 1 and a wind energy installation according to claim 10.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Restnutzungsdauer einer Windenergieanlage bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Erfassen von Belastungsdaten mittels mindestens einem auf der Windenergieanlage angeordneten Lastsensor, Erstellen eines Zeitverlaufs aus den erfassten Belastungsdaten, Abschätzen einer Ermüdungsbelastung aus dem Zeitverlauf der erfassten Belastungsdaten mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung, Zuordnen der geschätzten Ermüdungsbelastung zu Betriebsbedingungen und/oder einem Status der Windenergieanlage, und Bestimmen der Restnutzungsdauer aus den geschätzten Ermüdungsbelastung, deren Zuordnung zu Betriebsbedingungen und/oder dem Status der Windenergieanlage und einem Erwartungswert für die Restnutzungsdauer.According to one embodiment of the present disclosure, a method for determining a remaining useful life of a wind energy installation is provided. The method comprises: acquisition of load data by means of at least one load sensor arranged on the wind turbine, creation of a time curve from the acquired load data, estimation of a fatigue load from the time curve of the acquired load data by means of a data processing device, assignment of the estimated fatigue load to operating conditions and / or a status of the wind turbine , and determining the remaining useful life from the estimated fatigue load, their assignment to operating conditions and / or the status of the wind turbine and an expected value for the remaining useful life.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Windenergieanlage bereitgestellt. Die Windenergieanlage umfasst einen Sensor zum Erfassen von Daten, und eine Datenverarbeitungsvorrichtung. Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist eingerichtet zum: Erstellen eines Zeitverlaufs aus den erfassten Belastungsdaten, Abschätzen einer Ermüdungsbelastung aus dem Zeitverlauf der erfassten Belastungsdaten mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung, Zuordnen der geschätzten Ermüdungsbelastung zu Betriebsbedingungen und/oder einem Status der Windenergieanlage, und Bestimmen der Restnutzungsdauer aus den geschätzten Ermüdungsbelastung, deren Zuordnung zu Betriebsbedingungen und/oder dem Status der Windenergieanlage und einem Erwartungswert für die Restnutzungsdauer.According to a further embodiment of the present disclosure, a wind energy installation is provided. The wind energy installation comprises a sensor for capturing data and a data processing device. The data processing device is set up to: create a time profile from the recorded load data, estimate a fatigue load from the time profile of the recorded load data by means of a data processing device, assign the estimated fatigue load to operating conditions and / or a status of the wind turbine, and determine the remaining service life from the estimated fatigue load, their assignment to operating conditions and / or the status of the wind turbine and an expected value for the remaining useful life.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 schematisch beispielhaft einen Windpark mit drei Windkraftanlagen gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen;
  • 2 eine beispielhafte Windkraftanlage gemäß Ausführungsformen;
  • 3 ein Ablaufdiagramm zur Illustration eines beispielhaften Verfahrens zur Bestimmung einer Restnutzungsdauer einer Windenergieanlage gemäß Ausführungsformen;
  • 4 ein beispielhaftes System mit einer Windenergieanlage und einem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst gemäß Ausführungsformen;
  • 5 eine beispielhafte Windkraftanlage im Betrieb gemäß Ausführungsformen; und
  • 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines bestimmten Lebensdauerverbrauchüber einen Zeitverlauf.
Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the description below. In the drawings show:
  • 1 schematically, by way of example, a wind park with three wind turbines according to the embodiments described herein;
  • 2 an exemplary wind turbine in accordance with embodiments;
  • 3 a flowchart to illustrate an exemplary method for determining a remaining useful life of a wind turbine according to embodiments;
  • 4th an exemplary system with a wind turbine and an online-based storage and server service according to embodiments;
  • 5 an exemplary wind turbine in operation according to embodiments; and
  • 6th a diagram to illustrate a specific service life consumption over time.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung näher erläutert. Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung eines oder mehrerer Beispiele von Ausführungsformen. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen, oder ähnliche Merkmale der jeweiligen Ausführungsformen. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform beschrieben werden, können auch in Verbindung mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, und so eine weitere Ausführungsform bilden.Embodiments of the present disclosure are explained in detail below. The drawings serve to illustrate one or more examples of embodiments. In the drawings, the same reference numerals denote the same or similar features of the respective embodiments. Features that are described as part of one embodiment can also be used in connection with another embodiment, and thus form a further embodiment.

Restnutzungsdauern von Windenergieanlagen werden meist konservativ bei Produktion geschätzt (Auslegungsbedingungen). Optimierungen sind für diejenigen Anlagen verfügbar, die in Bezug auf die Auslegungsbedingungen einen Spielraum zu haben scheinen. Einige können als Nachrüstungen bezeichnet werden, wenn sie die Leistung der Windturbine erhöhen. Andere beziehen sich auf Angebote zur Verlängerung der Lebensdauer, wenn es um die weitere Nutzung der Anlage geht, d.h. um eine bessere Abschätzung der verbleibenden Nutzungsdauer von Windenergieanlage. Darüber hinaus gibt es auch Optimierungen, die sich mit Leistungseinbußen befassen, entweder durch Einschränkungen in Bezug auf die Auslegung, z.B. Lärm, Schatten, Belastung, oder durch Probleme bei der Installation und dem Betrieb, z.B. Neigungs- und Gierversatz. In letzter Zeit konzentrieren sich neue Systeme auf die Erstellung von Messgeräten oder die Bereitstellung von Schätzungen für einige Variablen, die historisch nur simuliert wurden, z.B. Lastschätzungen aus SCADA-Daten, Windfeldmessungen mit Lidars oder hubbasierten Anemometern oder Biegemomenten.The remaining useful lives of wind turbines are usually estimated conservatively during production (design conditions). Optimizations are available for those plants that seem to have some leeway with regard to the design conditions. Some can be called retrofits if they increase the power of the wind turbine. Others relate to offers to extend the service life when it comes to the further use of the system, i.e. a better estimate of the remaining service life of the wind energy system. In addition, there are also optimizations that deal with performance degradation, either due to design restrictions, e.g. noise, shade, load, or due to problems with installation and operation, e.g. pitch and yaw offset. Recently, new systems have been concentrating on creating measuring devices or providing estimates for some variables that were historically only simulated, e.g. load estimates from SCADA data, wind field measurements with lidars or stroke-based anemometers, or bending moments.

Jedoch gibt es bisher keine Abschätzung einer Restnutzungsdauer, die während des Betriebs auf Grundlage aktueller Belastungsdaten und einer daraus geschätzten Ermüdungslasten oder Ermüdungsbelastung angepasst wird, wie es die unabhängigen Ansprüche vorschlagen.However, so far there has been no estimate of a remaining useful life that is adjusted during operation on the basis of current load data and a fatigue load or fatigue load estimated therefrom, as suggested by the independent claims.

Die Beurteilung der Ermüdungslasten kann mittels Blattlastmessungen erfolgen, die mit Sensoren durchgeführt werden, die insbesondere in mindestens einem Teil der Windenergieanlage platziert sind, d.h. in mindestens einem Blatt, Antriebsstrang, Turmoberteil, Turmunterteil, Übergangsstück oder Turmboden etc. Mit datengesteuerten, modellbasierten und hybriden Ansätzen können virtuelle Sensoren in allen anderen Positionen etabliert werden. Die Messungen können onshore oder offshore durchgeführt werden. Ermüdungsbelastungen können aus gemessenen Zeitreihen geschätzt werden. Ferner können die Ermüdungsbelastungen den Betriebsbedingungen und dem Zustand der Windenergieanlagen zugeordnet werden.The assessment of the fatigue loads can be carried out by means of blade load measurements, which are carried out with sensors that are placed in at least one part of the wind turbine, i.e. in at least one blade, drive train, tower upper part, tower lower part, transition piece or tower base, etc. With data-controlled, model-based and hybrid approaches virtual sensors can be established in all other positions. The measurements can be carried out onshore or offshore. Fatigue loads can be estimated from measured time series. Furthermore, the fatigue loads can be assigned to the operating conditions and the state of the wind energy plants.

Eine äquivalente (gemessene) Auslegungslasthülle kann auf der Grundlage einer Auswahl repräsentativer Messungen erstellt werden, die der Baustellenklasse entsprechen, für die die Windenergieanlagen ausgelegt ist. Die Standortbedingungen für diese Standortklasse können auf der Grundlage dieses Satzes repräsentativer Messungen zusammengefasst werden. So können die zu erwartenden Lebensdauerbelastungen nicht nur für Einzelanlagen, sondern auch für Windparks und Flotten definiert werden.An equivalent (measured) design load envelope can be created on the basis of a selection of representative measurements that correspond to the construction site class for which the wind energy installation is designed. The site conditions for this site class can be summarized based on this set of representative measurements. In this way, the expected service life loads can be defined not only for individual systems, but also for wind parks and fleets.

Die momentane und saisonale Ermüdungslastansammlung kann geschätzt werden, um das normale Verhalten von Einzelanlagen, Windparks und Flotten zu definieren. Anormales Verhalten kann erkannt werden und als potenzieller Hinweis auf Rissentwicklung (momentane Anomalie) oder Turbinenüberlastung (saisonale Überlastung) kommuniziert werden. Basierend auf den äquivalenten (gemessenen) und erwarteten Lebensdauerbelastungen kann ein Indikator für die verbleibende Nutzungsdauer berechnet und ausgewiesen werden.The instantaneous and seasonal fatigue load accumulation can be estimated to define the normal behavior of single plants, wind farms and fleets. Abnormal behavior can be detected and communicated as a potential indication of crack development (momentary anomaly) or turbine overload (seasonal overload). Based on the equivalent (measured) and expected service life loads, an indicator for the remaining service life can be calculated and shown.

1 zeigt einen Windpark 100 beispielhaft mit drei Windenergieanlagen 10. Die Windenergieanlagen 10 sind, wie in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt, unter einander vernetzt. Die Vernetzung ermöglicht eine Kommunikation, zum Beispiel eine Echtzeit-Kommunikation, zwischen den einzelnen Windenergieanlagen. Die Vernetzung ermöglicht ferner eine gemeinsame Überwachung, Steuerung und/oder Regelung der Windenergieanlagen. Zusätzlich können die Windenergieanlagen auch einzeln überwacht, gesteuert und/oder geregelt werden. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, kann ein Windpark zwei oder mehr Windenergieanlagen, insbesondere fünf oder mehr Windenergieanlagen, wie zum Beispiel zehn oder mehr Windenergieanlagen beinhalten. 1 shows a wind farm 100 for example with three wind turbines 10 . The wind turbines 10 are, as in 1 shown by dashed lines, interlinked. The networking enables communication, for example real-time communication, between the individual wind turbines. The networking also enables joint monitoring, control and / or regulation of the wind energy installations. In addition, the wind energy plants can also be monitored, controlled and / or regulated individually. According to the embodiments described here, a wind park can contain two or more wind energy systems, in particular five or more wind energy systems, such as ten or more wind energy systems.

Die Windenergieanlagen 10, zum Beispiel die Windenergieanlagen aus 1, bilden in ihrer Gesamtheit den Windpark 100. Der Windpark umfasst mindestens zwei Windenergieanlagen, die räumliche mit einem Abstand zueinander angeordnet sind.The wind turbines 10 , for example the wind turbines 1 , together form the wind farm 100 . The wind park comprises at least two wind turbines which are spatially arranged at a distance from one another.

Die 2 zeigt eine beispielhafte Windenergieanlage 10. An der Windenergieanlage 10 gemäß 1 sind beispielhaft mehrere Sensoren 11, 12, 13, 14, 15 angeordnet. Sensor 11 kann beispielsweise ein Windgeschwindigkeitsmesser sein. Die Sensoren 11, 12, 13, 14 und 15 können Daten erfassen. Die Daten können relevant hinsichtlich des Betriebs der Windenergieanlage sein. Ferner kann einen Datenverarbeitungsvorrichtung 16 vorgesehen sein. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 kann die erfassten Daten verarbeiten. Über ein Netzinterface 18 können die verarbeiteten Daten übertragen werden. Insbesondere kann das Netzinterface 18 zum Verbinden der Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Datennetz eingerichtet sein. Das Netzinterface kann eingerichtet sein, um von der Datenverarbeitungsvorrichtung 16 verarbeitete Daten an einen onlinebasierten Speicher- und Serverdienst (Bezugszeichen 20 in 4) zu senden. Insbesondere können die erfassten Belastungsdaten gesendet werden.The 2 shows an exemplary wind turbine 10 . At the wind turbine 10 according to 1 are exemplary several sensors 11 , 12th , 13th , 14th , 15th arranged. sensor 11 can for example be a wind speed meter. The sensors 11 , 12th , 13th , 14th and 15th can collect data. The data can be relevant with regard to the operation of the wind energy installation. Furthermore, a data processing device 16 be provided. The data processing device 16 can process the recorded data. Via a network interface 18th the processed data can be transferred. In particular, the network interface 18th be set up to connect the data processing device to a data network. The network interface can be set up to receive from the data processing device 16 processed data to an online-based storage and server service (reference number 20th in 4th ) to send. In particular, the recorded load data can be sent.

Sensoren 12, 13, 14 und 15 können Sensoren sein, die Messdaten verschiedenster Parameter zum Beispiel eines Rotors, eines Getriebes oder eines Generators an der Windkraftanlage aufnehmen. An einer Windenergieanlage können einer oder mehrere Sensoren 11, 12, 13, 14 und 15 angebracht sein. Folglich soll für die vorliegende Offenbarung, sofern nicht explizit anders angegeben, stets von mindestens einem Sensor bzw. einer Kombination von mehreren Sensoren ausgegangen werden, auch wenn für die einfacherer Adressierung nur „Sensor“ im Singular verwendet wird.Sensors 12th , 13th , 14th and 15th can be sensors that record measurement data of various parameters, for example a rotor, a gearbox or a generator on the wind turbine. One or more sensors can be installed on a wind turbine 11 , 12th , 13th , 14th and 15th to be appropriate. Consequently, unless explicitly stated otherwise, at least one sensor or a combination of several sensors should always be assumed for the present disclosure, even if only “sensor” is used in the singular for simpler addressing.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann also ein Sensor 11, 12, 13, 14, 15 auf der Windenergieanlage angeordnet sein. Der Sensor 11, 12, 13, 14, 15 kann an einem Rotorblatt der Windenergieanlage, an einer Turbine der Windenergieanlage, an einem Getriebe der Windenergieanlage, an einem Turm der Windenergieanlage usw. angeordnet sein oder ein externer Sensor sein. Der Sensor 11, 12, 13, 14, 15 kann ein Lastsensor 11, 12, 13, 14, 15 sein.According to the embodiments described herein, a sensor can 11 , 12th , 13th , 14th , 15th be arranged on the wind turbine. The sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th can be arranged on a rotor blade of the wind energy installation, on a turbine of the wind energy installation, on a transmission of the wind energy installation, on a tower of the wind energy installation, etc., or an external sensor. The sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th can be a load sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th be.

Beispielsweise kann der Sensor 11, 12, 13, 14, 15 ein optischer Sensor sein. Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann der Sensor, 12, 13, 14, 15 ein faseroptischer Sensor sein. Insbesondere kann der Sensor, 12, 13, 14, 15 kann eine faseroptischer Dehnungssensor oder Beschleunigungssensor sein.For example, the sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th be an optical sensor. According to embodiments described herein, the sensor, 12th , 13th , 14th , 15th be a fiber optic sensor. In particular, the sensor, 12th , 13th , 14th , 15th can be a fiber optic strain sensor or acceleration sensor.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann mindestens ein virtueller Sensor an einem Ort der Windenergieanlage 10, an dem kein Sensor angeordnet ist, mittels eines datenbasierte, modellbasierte und/oder hybride Ansatzes, aus den erfassten Belastungsdaten oder einem physikalischen Modell der Windenergieanlage bereitgestellt werden. Dies kann insbesondere den Vorteil bieten, dass die Restnutzungsdauer auf für Anlagen geschätzt oder genauer geschätzt werden kann, die über wenige Sensoren verfügen.According to the embodiments described herein, at least one virtual sensor can be located at a location on the wind energy installation 10 , on which no sensor is arranged, can be provided by means of a data-based, model-based and / or hybrid approach from the recorded load data or a physical model of the wind turbine. This can in particular offer the advantage that the remaining useful life can be estimated or more precisely estimated for systems that have few sensors.

Der Sensor 11, 12, 13, 14, 15 kann mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 16 verbunden sein. Beispielsweise kann der Sensor 11, 12, 13, 14, 15 über eine drahtgebundenen oder eine drahtlose Verbindung mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 16 verbunden sein. Sind der Sensor 11, 12, 13, 14, 15 und die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 auf gegeneinander beweglichen Teilen der Windenergieanlage 10 angeordnet, wie beispielsweise dem Rotor und der Gondel, kann einen drahtlose Verbindung von Vorteil sein. Eine drahtlose Verbindung kann beispielsweise über Funk, insbesondere über einen Bluetooth-Standard oder WLAN-Standard, realisiert werden.The sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th can with the data processing device 16 be connected. For example, the sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th via a wired or wireless connection to the data processing device 16 be connected. Are the sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th and the data processing device 16 on mutually movable parts of the wind turbine 10 arranged, such as the rotor and the nacelle, a wireless connection can be advantageous. A wireless connection can be implemented, for example, via radio, in particular via a Bluetooth standard or WLAN standard.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 kann beispielsweise eine digitale Prozessoreinheit („DPU“) verwenden und/oder sein. Gemäß hierein beschriebener Ausführungsformen können die vom Sensor erfassten Daten Primärdaten sein. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 kann eingerichtet sein, die Primärdaten zu verarbeiten. Dies kann auch automatisch und autonom erfolgen. Insbesondere kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 eingerichtete sein die Primärdaten zu Sekundärdaten zu verarbeiten. Ferner kann das Netzinterface 18 eingerichtet sein, die Sekundärdaten zu senden. In der Praxis kann somit die zu sendende Datenmenge reduziert werden. Gemäß hierein beschriebener Ausführungsformen können die erfassten, verarbeiteten und/oder zu sendenden Daten keine SCADA-Daten sein. In der Praxis kann das System von SCADA-Daten unabhängig sein, auch wenn SCADA-Daten als zusätzliche Informationsquelle einfließen können.The data processing device 16 can, for example, use and / or be a digital processor unit (“DPU”). According to the embodiments described herein, the data acquired by the sensor can be primary data. The data processing device 16 can be set up to process the primary data. This can also be done automatically and autonomously. In particular, the data processing device 16 be set up to process the primary data into secondary data. Furthermore, the network interface 18th be set up to send the secondary data. In practice, the amount of data to be sent can thus be reduced. According to the embodiments described herein, the captured, processed and / or sent data cannot be SCADA data. In practice, the system can be independent of SCADA data, even if SCADA data can be included as an additional source of information.

Alternativ oder zusätzlich kann das Netzinterface 18 eingerichtet sein, die Primärdaten zu senden. Dann kann die Datenverarbeitung in dem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 erfolgen. In der Praxis können so die Rohdaten vorgehalten werden, zum Beispiel für den Fall, dass sich später eine neue Auswertemöglichkeit ergibt.Alternatively or additionally, the network interface 18th be set up to send the primary data. The data processing can then be carried out in the online-based storage and server service 20th respectively. In practice, this allows the raw data to be retained, for example in the event that a new evaluation option arises later.

Gemäß hierein beschriebener Ausführungsformen kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 eingerichtete sein, die erfassten Daten in Echtzeit zu verarbeiten. Ferner kann das Netzinterface 18 eingerichtete sein, die verarbeiteten Daten in Echtzeit zu senden. In der Praxis kann somit eine Echtzeitüberwachung der Windenergieanlage 10 erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich können die verarbeiteten Daten zum Senden downgesampled werden.According to the embodiments described herein, the data processing device 16 be set up to process the recorded data in real time. Furthermore, the network interface 18th be set up to send the processed data in real time. In practice, this enables real-time monitoring of the wind energy installation 10 be achieved. Alternatively or additionally, the processed data can be downsampled for transmission.

Der einfachen Darstellung wegen ist das Netzinterface 18 in 1 als Antenne abgebildet. Das Netzinterface 18 kann jedoch jedes geeignete Netzinterface sein und selbst über eine Logikschaltung oder eine Prozessorschaltung verfügen. Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann das Netzinterface 18 einen Mobilfunkstandard verwenden. Das Netzinterface 18 kann jedoch auch einen kabelgebundenen Standard verwenden, wie eine Telefonleitung oder eine DSL-Leitung.The network interface is for the sake of simplicity 18th in 1 shown as an antenna. The network interface 18th however, it can be any suitable network interface and can itself have a logic circuit or a processor circuit. According to embodiments described herein, the network interface 18th use a cellular standard. The network interface 18th however, it can also use a wired standard, such as a telephone line or DSL line.

Gemäß hierein beschriebener Ausführungsformen kann eine Restnutzungsdauer der Windenergieanlage 10 bestimmt werden. Die 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Illustration eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Bestimmung einer Restnutzungsdauer einer Windenergieanlage gemäß Ausführungsformen.According to the embodiments described here, a remaining useful life of the wind energy installation 10 to be determined. The 3 shows a flow chart to illustrate an exemplary method 300 for determining a remaining useful life of a wind turbine according to embodiments.

Gemäß einem Kasten 310 kann ein Erfassen von Belastungsdaten mittels mindestens einem auf der Windenergieanlage 10 angeordneten Lastsensor 11, 12, 13, 14, 15 erfolgen. Insbesondere kann der Lastsensor 11, 12, 13, 14, 15 ein faseroptischer Sensor sein.According to a box 310 recording of load data by means of at least one on the wind energy installation 10 arranged load sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th respectively. In particular, the load sensor 11 , 12th , 13th , 14th , 15th be a fiber optic sensor.

Gemäß einem Kasten 320 kann ein Erstellen eines Zeitverlaufs aus den erfassten Belastungsdaten erfolgen.According to a box 320 a time curve can be created from the recorded load data.

Gemäß einem Kasten 330 kann ein Abschätzen einer Ermüdungsbelastung aus dem Zeitverlauf der erfassten Belastungsdaten mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung 16 erfolgen.According to a box 330 can estimate a fatigue load from the time course of the recorded load data by means of a data processing device 16 respectively.

Gemäß einem Kasten 340 kann ein Zuordnen der geschätzten Ermüdungsbelastung zu Betriebsbedingungen und/oder einem Status der Windenergieanlage 10 erfolgen.According to a box 340 can be an assignment of the estimated fatigue load to operating conditions and / or a status of the wind turbine 10 respectively.

Gemäß einem Kasten 350 kann ein Bestimmen der Restnutzungsdauer aus den geschätzten Ermüdungsbelastung, deren Zuordnung zu Betriebsbedingungen und/oder dem Status der Windenergieanlage 10 und einem Erwartungswert für die Restnutzungsdauer erfolgen.According to a box 350 For example, the remaining useful life can be determined from the estimated fatigue load, its assignment to operating conditions and / or the status of the wind energy installation 10 and an expected value for the remaining useful life.

Gemäß hierein beschriebener Ausführungsformen kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 eingerichtete sein, dies und auch andere Prozesse oder Operationen der Windenergieanlage 10 durchzuführen. Insbesondere können die Prozesse automatisch und/oder autonom durchgeführt werden. Beispielsweise können die Prozesse ohne Operator, Kalibrierung und/oder Korrekturen durchgeführt werden. Das System kann also als ein Plug-and-Play und/oder Plug-and-Forget eingerichtet werden.According to the embodiments described herein, the data processing device 16 be set up, this and also other processes or operations of the wind turbine 10 perform. In particular, the processes can be carried out automatically and / or autonomously. For example, the processes can be carried out without an operator, calibration and / or corrections. The system can thus be set up as a plug-and-play and / or plug-and-forget.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen können die erfassten Daten mit einer niedrigen Frequenz gespeichert werden.Die kann den Vorteil bieten, dass Last- oder Ermüdungsmessung für den gesamten Lebenszyklus der Windenergieanlag 10 erfasst und gespeichert werden können.According to the embodiments described herein, the recorded data can be stored at a low frequency. The advantage can be that load or fatigue measurement for the entire life cycle of the wind turbine generator 10 can be recorded and saved.

4 zeigt ein System mit einer Windenergieanlage 10 und einem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20, wie beispielsweise einer Cloud, gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen. Die Windenergieanlage kann dabei beispielsweise die Windenergieanlage aus 1 sein. 4th shows a system with a wind turbine 10 and an online-based storage and server service 20th such as a cloud, according to embodiments described herein. The wind energy installation can, for example, include the wind energy installation 1 be.

Wie in 4 gezeigt kann die Windenergieanlage 10 mit dem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 über eine Datenverbindung verbunden sein. Die Datenverbindung kann über das Netzinterface 18 der Windenergieanlage 10 aufgebaut worden sein. Die onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 kann eine entsprechende Schnittstelle zum Aufbau der Datenverbindung aufweisen.As in 4th the wind turbine can be shown 10 with the online-based storage and server service 20th connected via a data connection. The data connection can be made via the network interface 18th the wind turbine 10 have been built. The online-based storage and server service 20th can have a corresponding interface for establishing the data connection.

Gemäß hierein beschriebener Ausführungsformen kann das System ferner ein Endgerät 30 umfassen. Das Endgerät 30 kann eingerichtet sein, Daten von dem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 zu empfangen. Insbesondere kann das Endgerät 30 eingerichtet sein, Daten zu empfangen, die zuvor von der Windenergieanlage 10 an den onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 gesendet wurden. In Praxis können sie Daten von der Windenergieanlage 10 an andere Geräte, insbesondere in Echtzeit, zur Verfügung gestellt werden. Das Endgerät 30 kann beispielsweise die bestimmte Restnutzungsdauer ausgeben.According to embodiments described herein, the system can furthermore be a terminal 30th include. The end device 30th can be set up, data from the online-based storage and server service 20th to recieve. In particular, the terminal 30th be set up to receive data previously from the wind turbine 10 to the online-based storage and server service 20th were sent. In practice, they can get data from the wind turbine 10 to other devices, especially in real time. The end device 30th can for example output the certain remaining useful life.

Das Endgerät 10 kann beispielsweise auch eine andere Windenergieanlage im gleichen oder einem anderen Windpark sein. In Praxis könne so Daten zwischen mehreren Windenergieanlagen ausgetauscht werden. Ferner kann die Windenergieanlage 10 auch Daten von dem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 empfangen. Die Daten können Daten sein, die die Windenergieanlage 10 zuvor selbst hochgeladen hat. Dies können zum Beispiel historische Daten und/oder weiter verarbeitete Daten, die insbesondere im onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 weiterverarbeitet wurden, sein. Zudem kann der onlinebasierte Speicher- und Serverdienst 20 auch andere Daten an die Windenergieanlage 10 senden. Das können die Daten von anderen Windenergieanlagen sein, aber auch Softwareupdates, beispielsweise für die Sensoren 11, 12, 13, 14, 15, der Datenverarbeitungsvorrichtung 16 und/oder das Netzinterface 18. So kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 16 anlagenspezifisch und über den Zeitverlauf aus der Ferne angepasst werden. Ferner können so Erkenntnisse, die in dem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20 entstehen, auf andere Windenergieanlagen übertragen werden.The end device 10 For example, there can also be a different wind energy installation in the same or in a different wind farm. In practice, this allows data to be exchanged between several wind turbines. Furthermore, the wind turbine 10 also data from the online-based storage and server service 20th receive. The data can be data that the wind turbine 10 previously uploaded it yourself. This can be, for example, historical data and / or further processed data, in particular in the online-based storage and server service 20th have been further processed. In addition, the online-based storage and server service 20th also other data to the wind turbine 10 send. This can be the data from other wind turbines, but also software updates, for example for the sensors 11 , 12th , 13th , 14th , 15th , the data processing device 16 and / or the network interface 18th . So can the data processing device 16 system-specific and remotely adapted over the course of time. In addition, findings that are in the online-based storage and server service 20th arise, can be transferred to other wind turbines.

Ferner kann das System 10 eingerichtet sein, um mit einem SCADA-System 40 zu kommunizieren. Beispielsweise kann das System 10, insbesondere der onlinebasierten Speicher- und Serverdienst 20, über einen Schnittstelle, wie eine API („Application-Programming-Interface“), mit dem SCADA-System 40 verbunden sein. Das SCADA-System 40 kann beispielsweise ein 2nd Level SCADA-System sein. In der Praxis kann also nach der Datenübertragung an die Cloud, neben der Bereitstellung der Daten, auch eine Integration der Daten über eine API in eine bestehende Second Level SCADA-Software ermöglicht werden.The system can also 10 be set up to work with a SCADA system 40 to communicate. For example, the system 10 , especially the online-based storage and server service 20th , via an interface such as an API (“Application Programming Interface”) with the SCADA system 40 be connected. The SCADA system 40 can be a 2nd level SCADA system, for example. In practice, after the data transfer to the cloud, in addition to the provision of the data, the data can also be integrated into an existing second level SCADA software via an API.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Verbinden der Datenverarbeitungsvorrichtung 16 mit dem Datennetz aufweisen. Das Verbinden der Datenverarbeitungsvorrichtung 16 mit dem Datennetz kann über ein Netzinterface 18 wie hierin beschrieben erfolgen.According to embodiments described herein, the method can further include connecting the data processing device 16 with the data network. Connecting the data processing device 16 with the data network can be via a network interface 18th as described herein.

5 zeigt eine beispielhafte Windenergieanlage 10 im Betrieb. Wie in 5 ersichtlich, wirkt ein Wind entlang einer breispielhaft dargestellten Windrichtung auf die Windenergieanlage 10 ein. Die Anlage befindet sich also im Betrieb. 5 shows an exemplary wind turbine 10 operational. As in 5 As can be seen, a wind acts on the wind energy installation along a wind direction shown as an example 10 a. The system is therefore in operation.

Die Figure 6 zeigt einen Lebensdauerverbrauch einer Windenergieanlage 10 über die Betriebszeit der Windenergieanlage 10 aufgetragen. Der Lebensdauerverbrauch kann im Kontext der vorliegenden Offenbarung als die Lebenserwartung verstanden werden, die zu einem bestimmten Zeitpunkt bereits verbraucht ist, und/oder zwischen 0% und 100% verlaufen. Der Lebensdauerverbrauch läuft also inverse zur Restnutzungsdauer. Insbesondere kann ein hoher Lebensdauerverbrauch einen niedrige Restnutzungsdauer bedeuten, und anders herum.The Figure 6th shows a service life consumption of a wind turbine 10 over the operating time of the wind turbine 10 applied. The service life consumption can be understood in the context of the present disclosure as the life expectancy that has already been used up at a specific point in time and / or runs between 0% and 100%. The service life consumption is inversely related to the remaining service life. In particular, a high service life consumption can mean a low remaining service life, and vice versa.

Damit kann auch, wie in 6 gezeigt, die Restnutzungsdauer während des Betriebs geschätzt werden. Insbesondere kann sich die Schätzung der Restnutzungsdauer während des Betriebs ändern. So kann beispielsweise bei (saisonalen) Hochlastphasen die geschätzte Restnutzungsdauer nach unten korrigiert werden, wohingegen bei Phasen mit geringer Belastung, die geschätzte Restnutzungsdauer auch (wieder) steigen kann.As in 6th shown, the remaining useful life can be estimated during operation. In particular, the estimate of the remaining useful life can change during operation. For example, in (seasonal) high-load phases, the estimated remaining useful life can be corrected downwards, whereas in phases with low loads, the estimated remaining useful life can also (again) increase.

Die 6 zeigt dazu einen Vergleich der gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen geschätzten Restnutzungsdauer (durchgezogene Linie) mit der werksseitig angegebenen Restnutzungsdauer (gestrichelte Linie). Wie zu erkennen ist, folgt die werksseitig Restnutzungsdauer einem festen vorgegebenen Verlauf, wohingegen die gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen geschätzten Restnutzungsdauer individuell auf auftretenden Lasten und Ermüdungserscheinungen reagiert.The 6th shows a comparison of the remaining useful life estimated according to the embodiments described herein (solid line) with the remaining useful life specified in the factory (dashed line). As can be seen, the remaining service life in the factory follows a fixed, predetermined course, whereas the remaining service life estimated in accordance with the embodiments described herein reacts individually to occurring loads and symptoms of fatigue.

Wie in 6 gezeigt kann beispielsweise eine momentanen und/oder saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation geschätzt werden. Die saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation können die akkumulierten Ermüdungsbelastungen sein, die beispielsweise über eine Saison auftreten. Die saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation kann also eine kurzfrequentige Komponente sein. Die momentanen Ermüdungsbelastungakkumulation können die akkumulierten Ermüdungsbelastungen sein, die beispielsweise über einen kurzen Zeitraum auftreten. Die saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation kann also eine hochfrequentige Komponente sein.As in 6th For example, a momentary and / or seasonal fatigue load accumulation can be estimated. The seasonal fatigue stress accumulation can be the accumulated fatigue stresses that occur over a season, for example. The seasonal fatigue load accumulation can therefore be a short-frequency component. The instantaneous fatigue stress accumulation can be the accumulated fatigue stresses that occur over a short period of time, for example. The seasonal fatigue load accumulation can thus be a high-frequency component.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann ein abnormales Verhalten der Windenergieanlage 10 aus der geschätzten momentanen und/oder saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation bestimmt werden. Beispielsweise kann ein instantane Abnormalität aus der momentanen Ermüdungsbelastungakkumulation bestimmt werden und/oder eine saisonale Abnormalität aus der saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation bestimmt werden. Eine instantane Abnormalität kann beispielsweise eine Rissbildung oder Rissentwicklung sein. Eine saisoanle Abnormalität kann beispielsweise eine Über- /Unterlastsituation sein.According to the embodiments described herein, abnormal behavior of the wind energy installation can occur 10 can be determined from the estimated instantaneous and / or seasonal fatigue load accumulation. For example, an instantaneous abnormality can be determined from the current fatigue load accumulation and / or a seasonal abnormality can be determined from the seasonal fatigue load accumulation. An instantaneous abnormality can be, for example, cracking or cracking. A seasonal abnormality can be, for example, an overload / underload situation.

Gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen kann auch eine Einhüllenden für eine äquivalente oder gemessene Bemessungslast basierend auf einer Auswahl aus den erfassten Belastungsdaten erstellt werden. Die Einhüllende kann auch ein statistische Lastverteilung oder Load Envelope sein. Insbesondere kann die Auswahl der erfassten Belastungsdaten charakteristisch für den Standort der Windenergieanlage 10 sein.According to embodiments described herein, an envelope can also be created for an equivalent or measured design load based on a selection from the recorded load data. The envelope can also be a statistical load distribution or load envelope. In particular, the selection of the recorded load data can be characteristic of the location of the wind energy installation 10 be.

Zusammenfassend kann die vorliegende Offenbarung das zugrunde liegende Problem durch einen oder mehrere der folgenden Faktoren lösen.In summary, the present disclosure can solve the underlying problem through one or more of the following factors.

Die für die Turbinenauslegung verwendeten Ermüdungslasten sind messbar und können mit äquivalenten (gemessenen) Lasten reproduziert werden, die von anderen Standorten rekonstruiert oder aggregiert wurden.The fatigue loads used for turbine design are measurable and can be reproduced with equivalent (measured) loads reconstructed or aggregated from other locations.

Die Erwartete Lebensdauerlasten können auf der Grundlage der statistischen Aggregation von Standortbedingungen rekonstruiert werden, die die Annahme der Standortklasse für die Auslegung von Windenergieanlagen darstellen.The expected lifetime loads can be reconstructed on the basis of the statistical aggregation of site conditions, which represent the assumption of the site class for the design of wind turbines.

Die Statistische Rekonstruktionen von Ermüdungslasten und Auslegungsbedingungen können entweder zur Verbesserung des Turbinendesigns (Feed-back) oder zur Leistungssteigerung (Feed-Forward) verwendet werden.The statistical reconstructions of fatigue loads and design conditions can either be used to improve the turbine design (feedback) or to increase performance (feed-forward).

Die momentane und saisonale Normalbelastungen können verwendet werden, um anormale Belastungen zu erkennen, d.h. Rissentwicklung (momentane) und Über- /Unterlastsituationen (saisonale).The current and seasonal normal loads can be used to identify abnormal loads, i.e. crack development (current) and overload / underload situations (seasonal).

Die Akkumulierte Lasten können zur Bewertung von Windkraftanlagen, Windparks und Flotten verwendet werden, so dass die verbleibende Nutzungsdauer bereitgestellt werden kann.The accumulated loads can be used to evaluate wind turbines, wind farms and fleets so that the remaining service life can be provided.

Auch kann eine weitere wichtige Leistungskennzahl für das Asset Management zur Optimierung zur Verfügung gestellt werden: das beste Verhältnis der Energieproduktion pro Lebenszeitverbrauch.Another important performance indicator for asset management can also be made available for optimization: the best ratio of energy production per lifetime consumption.

Dabei kann die vorliegende Offenbarung einen oder mehrere der folgenden Vorteile bieten:The present disclosure can offer one or more of the following advantages:

Windenergieanlage können auf der Grundlage einer kontinuierlichen Erhöhung der Messungen und nicht auf der Grundlage von Simulationen und Daten einzelner Standorte (Prototypen) konzipiert werden.Wind turbines can be designed on the basis of a continuous increase in measurements and not on the basis of simulations and data from individual locations (prototypes).

Insbesondere mit einem Zähler, der die aktuell angesammelten Ermüdungsbelastungen darstellt, und einem Verweis auf die Konstruktionseinhüllende kann man die verbleibende Nutzungsdauer abschätzen.In particular with a counter that shows the currently accumulated fatigue loads and a reference to the construction envelope, one can estimate the remaining service life.

Das normale Verhalten kann verwendet werden, um eine sofortige Rissbildung zu identifizieren und das Design-Framework (Belastung) mit dem Maintenance-Framework (Fehleranalyse) zu verbinden.The normal behavior can be used to identify an immediate crack formation and to connect the design framework (loading) with the maintenance framework (failure analysis).

Kontinuierliche Messungen ergänzen Optimierungen auf Basis der Energieerzeugung (Retrofit oder Lebensdauerverlängerung).Continuous measurements complement optimizations based on energy generation (retrofit or service life extension).

Die Betreiber von Windenergieanlagen können sich zum Ziel setzen, das Verhältnis der Energieproduktion zum Lebenszyklusverbrauch zu optimieren.The operators of wind turbines can set themselves the goal of optimizing the relationship between energy production and life cycle consumption.

Die kann die vorliegende Offenbarung insbesondere durch eines oder mehrere der folgenden Unterscheidungsmerkmale erreichen:The present disclosure can achieve this in particular through one or more of the following distinguishing features:

Messungen können basierend auf elektrischen Dehnungsmessstreifen oder Näherungssensoren durchgeführt werden. Es können Last- und/oder Ermüdungsmessung für den gesamten Lebenszyklus einer Windenergieanlage durchgeführt werden.Measurements can be made based on electrical strain gauges or proximity sensors. Load and / or fatigue measurements can be carried out for the entire life cycle of a wind turbine.

Der offenbarte Ansatz erfolgt im Rahmen der Zustands- oder Leistungsüberwachung (kontinuierlich) und bedarf keiner zerstörenden Prüfung, wie z.B. für die strukturellen Zustandsüberwachung erforderlich.The approach disclosed takes place within the framework of condition or performance monitoring (continuously) and does not require any destructive testing, as is required, for example, for structural condition monitoring.

Die Belastung kann auf Schätzungen aus anderen Daten durch Modellierung (SCADA, andere Sensoren für Struktureigenschaften oder für Windfeldmessungen, z.B. Lidars, hubbasierte Anemometer) beruhen.The exposure can be based on estimates from other data by modeling (SCADA, other sensors for structural properties or for wind field measurements, e.g. lidars, hub-based anemometers).

Der offenbarte Ansatz kann Messungen der, insbesondere faseroptischen, Sensorik mit Modellierungen (physikalisch, datengetrieben, hybrid) für andere Belastungspositionen in der Turbine kombinieren, um äquivalente Ansätze zu rekonstruieren, die denen des simulationsbasierten Designs von Windkraftanlagen entsprechenThe disclosed approach can combine measurements of the, in particular fiber optic, sensor technology with modeling (physical, data-driven, hybrid) for other load positions in the turbine in order to reconstruct equivalent approaches that correspond to those of the simulation-based design of wind turbines

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die hierin beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen angemessen miteinander kombinierbar sind, und dass einzelne Aspekte dort weggelassen werden können, wo es im Rahmen des fachmännischen Handelns sinnvoll und möglich ist. Abwandlungen und Ergänzungen der hierin beschriebenen Aspekte sind dem Fachmann geläufig.It should be pointed out at this point that the aspects and embodiments described herein can be appropriately combined with one another, and that individual aspects can be omitted where it makes sense and is possible within the scope of professional practice. Modifications and additions to the aspects described herein are familiar to the person skilled in the art.

Claims (13)

Verfahren zur Bestimmung einer Restnutzungsdauer einer Windenergieanlage (10), wobei das Verfahren umfasst: Erfassen von Belastungsdaten mittels mindestens einem auf der Windenergieanlage (10) angeordneten Lastsensor (11, 12, 13, 14, 15), Erstellen eines Zeitverlaufs aus den erfassten Belastungsdaten, Abschätzen einer Ermüdungsbelastung aus dem Zeitverlauf der erfassten Belastungsdaten mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung (16), Zuordnen der geschätzten Ermüdungsbelastung zu Betriebsbedingungen und/oder einem Status der Windenergieanlage (10), und Bestimmen der Restnutzungsdauer aus den geschätzten Ermüdungsbelastung, deren Zuordnung zu Betriebsbedingungen und/oder dem Status der Windenergieanlage (10) und einem Erwartungswert für die Restnutzungsdauer.A method for determining a remaining useful life of a wind energy installation (10), the method comprising: Acquisition of load data by means of at least one load sensor (11, 12, 13, 14, 15) arranged on the wind energy installation (10), Creation of a time course from the recorded load data, Estimating a fatigue load from the time course of the recorded load data by means of a data processing device (16), Assigning the estimated fatigue load to operating conditions and / or a status of the wind energy installation (10), and Determining the remaining useful life from the estimated fatigue load, their assignment to operating conditions and / or the status of the wind energy installation (10) and an expected value for the remaining useful life. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Lastsensor (11, 12, 13, 14, 15) ein faseroptischer Sensor ist.Procedure according to Claim 1 wherein the load sensor (11, 12, 13, 14, 15) is a fiber optic sensor. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Sensor (11, 12, 13, 14, 15) an einem Rotorblatt, einem Antriebsstrang einer Turmspitze, einer Turmbasis oder einem Übergangsstück angeordnet ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the at least one sensor (11, 12, 13, 14, 15) is arranged on a rotor blade, a drive train of a tower tip, a tower base or a transition piece. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: Bereitstellen eines virtuellen Sensor an einem Ort der Windenergieanlage (10), an dem kein Sensor angeordnet ist, mittels eines datenbasierte, modellbasierte und/oder hybride Ansatzes, aus den erfassten Belastungsdaten.Method according to one of the Claims 1 to 3 , further comprising: providing a virtual sensor at a location of the wind energy installation (10) at which no sensor is arranged, by means of a data-based, model-based and / or hybrid approach, from the recorded load data. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Erstellen einer Einhüllenden für eine äquivalente oder gemessene Bemessungslast basierend auf einer Auswahl aus den erfassten Belastungsdaten, wobei die Auswahl der erfassten Belastungsdaten charakteristisch für den Standort der Windenergieanlage (10) ist.Method according to one of the Claims 1 to 4th , further comprising: creating an envelope for an equivalent or measured design load based on a selection from the recorded load data, the selection of the recorded load data being characteristic of the location of the wind energy installation (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: Abschätzen einer momentanen und/oder einer saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation.Method according to one of the Claims 1 to 5 , further comprising: estimating a current and / or a seasonal fatigue load accumulation. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Bestimmen eines abnormalen Verhaltens der Windenergieanlage (10) aus der geschätzten momentanen und/oder saisonalen Ermüdungsbelastungakkumulation.Procedure according to Claim 6 , further comprising: determining an abnormal behavior of the wind turbine (10) from the estimated instantaneous and / or seasonal fatigue load accumulation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erfassten Daten mit einer niedrigen Frequenz gespeichert werden.Method according to one of the Claims 1 to 7th , with the acquired data being stored at a low frequency. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: Senden zumindest eines Teils der erfassten Belastungsdaten an einen onlinebasierten Speicher- und Serverdienst (20) über ein Datennetz.Method according to one of the Claims 1 to 8th , further comprising: sending at least part of the recorded load data to an online-based storage and server service (20) via a data network. Windenergieanlage (10), umfassend: einen Sensor (11, 12, 13, 14, 15) zum Erfassen von Daten; und eine Datenverarbeitungsvorrichtung (16), die eingerichtet ist zum: Erstellen eines Zeitverlaufs aus den erfassten Belastungsdaten, Abschätzen einer Ermüdungsbelastung aus dem Zeitverlauf der erfassten Belastungsdaten mittels einer Datenverarbeitungsvorrichtung (16), Zuordnen der geschätzten Ermüdungsbelastung zu Betriebsbedingungen und/oder einem Status der Windenergieanlage (10), und Bestimmen der Restnutzungsdauer aus den geschätzten Ermüdungsbelastung, deren Zuordnung zu Betriebsbedingungen und/oder dem Status der Windenergieanlage (10) und einem Erwartungswert für die Restnutzungsdauer.Wind energy installation (10), comprising: a sensor (11, 12, 13, 14, 15) for detecting data; and a data processing device (16) which is configured to: Creation of a time course from the recorded load data, Estimating a fatigue load from the time course of the recorded load data by means of a data processing device (16), Assigning the estimated fatigue load to operating conditions and / or a status of the wind energy installation (10), and Determining the remaining useful life from the estimated fatigue load, their assignment to operating conditions and / or the status of the wind energy installation (10) and an expected value for the remaining useful life. Windenergieanlage (10) nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Netzinterface (18) zum Verbinden der Datenverarbeitungsvorrichtung (16) mit einem Datennetz, wobei das Netzinterface eingerichtet ist, um zumindest einen Teil der von der Datenverarbeitungsvorrichtung erfassten Belastungsdaten an einen onlinebasierten Speicher- und Serverdienst (20) zu senden und/oder Daten von dem onlinebasierten Speicher- und Serverdienst (20) zu empfangen.Wind turbine (10) after Claim 10 , further comprising a network interface (18) for connecting the data processing device (16) to a data network, the network interface being set up to send at least part of the load data recorded by the data processing device to an online-based storage and server service (20) and / or To receive data from the online-based storage and server service (20). Windenergieanlage nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Sensor (11, 12, 13, 14, 15) ein faseroptischer Sensor ist.Wind turbine after Claim 10 or 11 wherein the sensor (11, 12, 13, 14, 15) is a fiber optic sensor. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Sensor (11, 12, 13, 14, 15) auf der Windenergieanlage (10) angeordnet ist, insbesondere wobei der Sensor (11, 12, 13, 14, 15) an einem Rotorblatt, einem Antriebsstrang einer Turmspitze, einer Turmbasis oder einem Übergangsstück der Windenergieanlage (10) angeordnet ist.Wind turbine according to one of the Claims 10 to 12th , wherein the sensor (11, 12, 13, 14, 15) is arranged on the wind turbine (10), in particular wherein the sensor (11, 12, 13, 14, 15) on a rotor blade, a drive train of a tower top, a tower base or a transition piece of the wind energy installation (10) is arranged.
DE102019135628.8A 2019-12-20 2019-12-20 Method for determining a remaining useful life of a wind turbine and wind turbine Pending DE102019135628A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019135628.8A DE102019135628A1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Method for determining a remaining useful life of a wind turbine and wind turbine
PCT/EP2020/085671 WO2021122347A1 (en) 2019-12-20 2020-12-11 Method for determining a remaining service life of a wind turbine, and wind turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019135628.8A DE102019135628A1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Method for determining a remaining useful life of a wind turbine and wind turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019135628A1 true DE102019135628A1 (en) 2021-06-24

Family

ID=74095783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019135628.8A Pending DE102019135628A1 (en) 2019-12-20 2019-12-20 Method for determining a remaining useful life of a wind turbine and wind turbine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019135628A1 (en)
WO (1) WO2021122347A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113719431B (en) * 2021-11-03 2022-02-08 浙江中自庆安新能源技术有限公司 Method and system for measuring residual life of fan tower drum
CN116484751B (en) * 2023-06-21 2023-09-05 北京尚文汇通能源科技有限公司 Fatigue life assessment method and device for wind turbine generator components

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008006370A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-30 Prüftechnik Dieter Busch AG Method and device for monitoring a machine
US20140030089A1 (en) * 2012-07-24 2014-01-30 Anders WICKSTRÖM Wind turbine lifetime estimator
DE102015011761B4 (en) * 2015-09-15 2018-05-09 Jörn GmbH Wind energy plant with at least one elastically deformable component and method for determining the beginning of a wear-related component remaining service life in a wind energy plant
US10760551B2 (en) * 2015-12-31 2020-09-01 Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. Computer storage medium, computer program product, method for monitoring fault of wind power generator set, and device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7322794B2 (en) * 2003-02-03 2008-01-29 General Electric Company Method and apparatus for condition-based monitoring of wind turbine components
DE102012108776A1 (en) * 2012-09-18 2014-03-20 Technische Universität München Method and device for monitoring operating states of rotor blades
US9822762B2 (en) * 2013-12-12 2017-11-21 General Electric Company System and method for operating a wind turbine
JP6553399B2 (en) * 2015-05-14 2019-07-31 株式会社日立製作所 Calculation system, wind power generation system, or calculation method of remaining life or fatigue damage of windmill
WO2017163562A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 株式会社日立製作所 Remaining service life evaluating device and method, and wind power electricity generating system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008006370A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-30 Prüftechnik Dieter Busch AG Method and device for monitoring a machine
US20140030089A1 (en) * 2012-07-24 2014-01-30 Anders WICKSTRÖM Wind turbine lifetime estimator
DE102015011761B4 (en) * 2015-09-15 2018-05-09 Jörn GmbH Wind energy plant with at least one elastically deformable component and method for determining the beginning of a wear-related component remaining service life in a wind energy plant
US10760551B2 (en) * 2015-12-31 2020-09-01 Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. Computer storage medium, computer program product, method for monitoring fault of wind power generator set, and device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021122347A1 (en) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2020506B1 (en) Method for calculating a regulation reserve and wind park
DE102014118146A1 (en) System and method for operating a wind turbine
EP2667023B1 (en) Control of a wind energy system
DE212016000186U1 (en) simulation system
WO2011120729A2 (en) Control device for a wind power plant
WO2021122347A1 (en) Method for determining a remaining service life of a wind turbine, and wind turbine
DE102017203836A1 (en) Method and system for determining an expected life of an electrical equipment
DE102012011210A1 (en) Target value-dependent control of a wind farm
EP2674616B1 (en) Wind power plant control device and system for controlling a wind farm
EP2673503B1 (en) Method for determining lost energy production
EP3987178A1 (en) Method for making an energy yield forecast, and wind farm
EP3947964A1 (en) Method and device for creating and outputting an expected output
DE102007031969A1 (en) Method and device for determining a load of a wind energy plant
EP3715626B1 (en) Method for determining a power curve of a wind turbine and corresponding wind turbine
DE102012011216A1 (en) CONTROL OF A WIND ENERGY SYSTEM
DE102021210569B4 (en) Method for operating a wind turbine in a wind farm and wind farm manager
EP3931443B1 (en) Sensor kit for a wind turbine
WO2016166017A1 (en) Method for determining a remaining service life of a wind turbine
WO2021013487A1 (en) Method for controlling a wind farm, control module for a wind farm, and wind farm
DE102013002662A1 (en) Method for operating wind energy plant of wind farm, involves determining target operation target to limit mechanical load at one of wind energy plants using first degree of wear and second degree of wear of wind energy plants
AT512672A2 (en) Method for determining measuring points in low-voltage networks and network management subsystem for carrying out the method
DE102020105053A1 (en) Method for monitoring the condition of a drive train or tower of a wind energy installation and wind energy installation
EP4226494A1 (en) Method for monitoring one or more electric drives of an electromechanical system
EP3337973A1 (en) Method for operating a wind turbine, wind turbine and computer program product
WO2015189097A1 (en) Control device and method for controlling a building automation system

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: ZACCO LEGAL RECHTSANWALTSGESELLSCHAFT MBH, DE

Representative=s name: MEISSNER BOLTE PATENTANWAELTE RECHTSANWAELTE P, DE

R016 Response to examination communication
R082 Change of representative

Representative=s name: ZACCO LEGAL RECHTSANWALTSGESELLSCHAFT MBH, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: ZACCO LEGAL RECHTSANWALTSGESELLSCHAFT MBH, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: VC VIII POLYTECH HOLDING APS, DK

Free format text: FORMER OWNER: FOS4X GMBH, 81371 MUENCHEN, DE