DE19628073C1 - Verfahren zur Justierung der Blattwinkel einer Windkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Justierung der Blattwinkel der Rotorblätter einer Windkraftanlage.

Die Rotorblätter üblicher Windkraftanlagen werden im allgemeinen mit einer Nullmarkierung an der Blattwurzel auf einen bestimmten Einstellwinkel ausgerichtet. Tole­ ranzen in der Verwindung, gegebenenfalls sogar Alte­ rungsprozesse, führen dann zu einer Differenz der Blatt­ winkel im Betrieb.

Diese Differenz kann eine aerodynamische Unsymmetrie er­ geben, die die Betriebsfestigkeitslasten einer Wind­ kraftanlage unnötig erhöht und dynamisch eine Anregung einer Schwingung mit der Rotordrehzahl bewirkt. Dies ist unerwünscht.

Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, die auftretenden unsymmetrischen Belastungen zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des gelten­ den Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vor­ teilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Insbesondere ist vorteilhaft für den Fall, daß die Anla­ ge eine Einzelblattverstellung besitzt, folgendes Ver­ fahren zur automatischen Symmetrierung zu verwenden:
Bei gleichmäßigem, also insbesondere bei mäßig starkem Wind registriert der Betriebsführungsrechner alle Lei­ stungsmaxima, die sich aus der natürlichen Windscherung ergeben und korreliert diese zur Rotorposition. Für je­ des Blatt werden die Maxima summiert. Nach einer vorbe­ stimmten Zeit wird dann durch Vergleich festgestellt, ob eines oder mehrere der Rotorblätter im Mittelungszeit­ raum überdurchschnittliche Leistungsmaxima erzeugt ha­ ben. Sofern dies der Fall ist, werden die entsprechenden Korrekturen am Blattwinkel vorgenommen. Beispielsweise wird dieses eine Blatt um einen vorgewählten Minimal­ schritt zurückgestellt, woraufhin die Messung erneut be­ ginnt.

Falls das Maximum sich vergrößert, wird ein beispiels­ weise doppelter Weg in die andere Richtung beschritten, falls in erwünschter Weise sich das Maximum verringert hat, wird so lange weitergestellt, bis eine gleichmäßige Ausbeute aller Rotorblätter erreicht wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich, statt einer Ver­ stellung eines Rotors, der ein Maximum aufweist, die an­ deren beiden Rotoren entsprechend zu verstellen. Durch die Verstellung jeweils nur eines Rotors ist es jedoch einfacher, die tatsächlichen Auswirkungen der Verstel­ lung zu überprüfen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfol­ gender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels anhand der beigefügten Zeichnung.

Dabei zeigt:

Fig. 1 die sich tatsächlich ergebende Zuordnung der Leistungsmaxima zu den einzelnen Rotorpositio­ nen anhand eines beispielsweise über einen Zeitraum von mehreren Umdrehungen erfassenden Zeitbereiches anhand einer Kurve der Lei­ stungsabgabe,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, bei der die Lei­ stungsbeiträge, die jedem Rotorblatt zugeord­ net sind, aufsummiert sind, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der mathemati­ schen Weiterbehandlung der Leistungsbeiträge, die jedem Rotorblatt zugeordnet sind.

Sobald ein Rotorblatt nach oben steht, d. h. möglichst weit von dem die Luftbewegung bremsenden Boden entfernt ist, wird sich ein kleines lokales Maximum im Leistungs­ verlauf ergeben. Diese Maxima werden nun bei nicht ju­ stierten Anlagen für unterschiedliche Blätter des Rotors meist leider unterschiedliche Amplituden haben, d. h. die Blätter liefern leicht unterschiedliche Leistungsbeiträ­ ge.

Durch zeitliche Mittelung für einen längeren Bereich von ca. zehn Minuten oder einer Stunde ergeben sich durch Integralbildung über jeweils einen Bereich, in dem das fragliche Rotorblatt nach oben steht, die beispielsweise in Fig. 2 dargestellten Säulendiagramme mit unterschied­ lichen Höhen für die Leistungskomponenten jeweils eines Rotorblattes.

Durch Auswertung der Differenzen der sich in diesem Säu­ lendiagramm ergebenden Werte können Blattwinkelkorrektu­ ren errechnet werden, die zu einer Verstellung des Kor­ rekturwinkels führen, so daß anschließend eine neue Mes­ sung vorgenommen werden kann. Ein selbstlernendes oder rekursives System läßt sich mit geeigneter Elektronik leicht herstellen.

Einem ersten zeitaufgelösten Messen der Leistungsabgabe der Windkraftanlage schließt sich also eine (zunächst beliebige) Zuordnung der auf dem Leistungsverlauf auf­ tretenden zeitlichen Abschnitte zu den Leistungsbeiträ­ gen der einzelnen Rotorblätter an.

Daraufhin werden die einzelnen Blätter des Rotors zur Minimierung der aufgetretenen Differenzen der Leistungs­ beiträge zur Minimierung aerodynamischer Unwuchten nach dem Ergebnis justiert, das nach dem Aufsummieren der Zeitabschnitte auf dem Leistungsverlauf über jeweils ei­ nen Winkelbereich zu den Rotorblättern und Differenzbil­ dung ermittelt wird. Zu diesem Zweck werden die zur Sym­ metrie notwendigen Verstellwinkel aus den Leistungsdif­ ferenzen von der Betriebsführung errechnet.

Schwankende Windverhältnisse (Böen) während des Summati­ onszeitraums werden durch eine Mittelung über einen Be­ reich von. ca. 10 min-1 h mitberücksichtigt.

Das Einstellen der Blätter kann mit einem willkürlichen Verstellen eines Rotorblattes in eine erste Richtung (Rückstellung) begonnen werden, woraufhin der zugeordne­ te Leistungsbeitrag mit dem bisherigen Wert verglichen wird, zur Bestimmung ob die Differenz größer geworden ist und in eine andere Richtung gedreht werden muß, oder ob bessere Abstimmung erreicht ist. Alternativ kann auch durch erneutes zeitaufgelöstes Messen der zugeordneten Leistungsbeiträge bestimmt werden, ob die Differenz grö­ ßer geworden ist und in eine andere Richtung gedreht werden muß, oder ob bessere Abstimmung erreicht ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Justierung der Blattwinkel der Rotor­ blätter einer Windkraftanlage, gekennzeichnet durch

• a) zeitaufgelöstes Messen der Leistungsabgabe der Windkraftanlage,
• b) Zuordnung der auf dem Leistungsverlauf über die Zeit auftretenden zeitlichen Abschnitte zu den Lei­ stungsbeiträgen der einzelnen Rotorblätter,
• c) Einstellung einzelner Blätter des Rotors zur Mini­ mierung der aufgetretenen Differenzen der Lei­ stungsbeiträge zur Minimierung aerodynamischer Un­ wuchten.

2. Verfahren zur Justierung der Blattwinkel der Rotor­ blätter einer Windkraftanlage nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch den auf den obigen Schritt b) folgenden Schritt

• - Aufsummieren einer Vielzahl von Leistungswerten über jeweils einen Winkelbereich, in dem ein zu­ geordnetes Rotorblatt annähernd vertikal nach oben steht, um damit eine Leistungsmittelung über schwankende Windverhältnisse während des Summati­ onszeitraums durchzuführen.

3. Verfahren zur Justierung der Blattwinkel der Rotor­ blätter einer Windkraftanlage nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) des Einstellens der Blätter mit einem will­ kürlichen Verstellen eines Rotorblattes in eine erste Richtung beginnt, woraufhin der zugeordnete Leistungs­ beitrag mit dem bisherigen Wert verglichen wird, zur Bestimmung, ob die Differenz größer geworden ist und in eine andere Richtung gedreht werden muß, oder ob eine bessere Abstimmung erreicht ist.

4. Verfahren zur Justierung der Blattwinkel der Rotor­ blätter einer Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) des Einstel­ lens der Blätter mit einem willkürlichen Verstellen ei­ nes Rotorblattes in eine erste Richtung beginnt, wor­ aufhin durch erneutes zeitaufgelöstes Messen der zu­ geordneten Leistungsbeiträge bestimmt wird, ob die Dif­ ferenz größer geworden ist und in eine andere Richtung gedreht werden muß, oder ob bessere Abstimmung erreicht ist.