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Die Erfindung betrifft Windenergieanlagen mit verstellbaren Rotorblättern. Allgemein weisen Windenergieanlagen einen Rotor mit einer Rotornabe und Rotorblättern auf. Die Rotorblätter sind an der drehbaren Rotornabe angeordnet. Bei einer Windenergieanlage mit verstellbaren Rotorblättern sind die Rotorblätter um ihre Längsachse drehbar an der Rotornabe angeordnet. Die Position des Rotorblatts bei dieser Drehung wird durch den sog. Anstellwinkel beschrieben. Der Anstellwinkel der Rotorblätter wird auch Pitch genannt.
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Demnach ist der Anstellwinkel der Rotorblätter zum Wind durch die drehbare Anordnung der Rotorblätter variierbar, derart dass die durch die kinetische Windenergie auf die Rotorblätter ausgeübte Kraft durch Verstellen der Rotorblätter im Normalbetrieb der Windenergieanlage regelbar und/oder steuerbar ist. Die Blattverstelleinrichtung weist dazu mindestens einen jedem Rotorblatt zugeordneten Verstellmotor auf, der als Aktuator für die Drehung der Rotorblätter um ihre Längsachse dient.
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Gemäß dem Stand der Technik sind für diese Verstellmotoren Gleichstrommotoren oder Wechselstrommotoren, wie z.B. Synchronmotoren und Asynchronmotoren, vorgesehen, wobei jeder Wechselstrommotor durch wenigstens einen Stromrichter, insbesondere einen Wechselrichter, angesteuert und/oder gespeist wird. Gleichstrommotoren haben den Vorteil, dass sie üblicherweise leichter ansteuerbar sind als Wechselstrommotoren. Demgegenüber haben Wechselstrommotoren jedoch den Vorteil, dass sie in der Regel günstiger sind und bei gleicher Leistung eine geringere Baugröße aufweisen. Ferner weisen Wechselstrommotoren auch einen geringeren Verschleiß als Gleichstrommotoren auf.
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Ferner sind die bekannten Blattverstelleinrichtungen für einen Notbetrieb der Windenergieanlage vorbereitet, sodass die Rotorblätter im Falle eines Defekts oder Fehlers in beliebigen überwachten Komponenten der Windenergieanlage in eine vordefinierte Stellung, z.B. die sog. Fahnenstellung, gedreht werden können. In der vordefinierten Stellung, z.B. der Fahnenstellung, nehmen die Rotorblätter keine oder im Wesentlichen keine Energie mehr aus dem Wind auf. Vielmehr wird der sich drehende Rotor durch den Luftwiderstand aerodynamisch gebremst. Eine derartige Stellung im Notbetrieb dient demnach, um eine unkontrollierte Beschleunigung der Drehbewegung des Rotors im Fehlerfall zu verhindern.
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Im Falle, dass die Blattverstelleinrichtung Gleichstrommotoren aufweist – um die Rotorblätter in verschiedene Anstellwinkel zu verfahren oder zu verdrehen – werden die Gleichstrommotoren im Notbetrieb lediglich mit einer Notenergieversorgung verbunden und durch einen Endschalter bei Erreichen des vordefinierten Anstellwinkels bzw. der vordefinierten Position wieder von der Energieversorgung getrennt. Demnach ist ein sehr geringer Schaltungsaufwand notwendig, um ein zuverlässiges Verfahren der Rotorblätter im Fehlerfall in die Fahnenstellung zu gewährleisten.
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Werden hingegen Wechselstrommotoren eingesetzt, um die Rotorblätter zu verstellen, so ist zumindest ein Stromrichter zur Ansteuerung eines Wechselstrommotors nötig. Demnach muss im Notbetrieb der Stromrichter einen Wechselstrom für den Wechselstrommotor erzeugen. Hierbei ist jedoch bekannt, dass Stromrichter eine relativ hohe Ausfallwahrscheinlichkeit haben und daher der Einsatz von Wechselstrommotoren gerade für einen Notbetrieb, bei dem eine hohe Zuverlässigkeit eines Notsystems vorausgesetzt wird, nachteilhaft ist.
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Demnach ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Blattverstelleinrichtung zu finden, bei der vergleichsweise wartungsarme, kleine Motoren eingesetzt werden können und bei der eine hohe Ausfallsicherheit, insbesondere im Notfallbetrieb, gewährleistet ist, um die Rotorblätter zuverlässig in eine vordefinierte Position, z.B. die Fahnenstellung zu überführen.
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Die Erfindung umfasst daher eine Blattverstelleinrichtung für eine Windenergieanlage mit mindestens einem Rotorblatt und mindestens einem Wechselstrommotor zum Verstellen des Rotorblatts der Windenergieanlage. Ferner weist die Blattverstelleinrichtung mindestens einen Stromrichter auf, um im Normalbetrieb der Windenergieanlage die Drehzahl und/oder die Drehrichtung des mindestens einen Wechselstrommotors mit mindestens einem oder mehreren vom Stromrichter ausgebbaren Wechselsignalen zu steuern und/oder zu regeln. Beispielsweise ist der Stromrichter ein Wechselrichter.
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Ein Stromrichter ist eine Vorrichtung, die eine Umwandlung eines elektrischen Stroms, der einen Zeitverlauf, mit z.B. einer Amplitude und einer Frequenz, aufweist in einen elektrischen Strom mit vergleichsweise geändertem Zeitverlauf, z.B. einer anderen Amplitude und einer anderen Frequenz, umwandelt.
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Ein Wechselsignal ein elektrisches Signal mit einem transienten, also instationären, zeitlichen Strom- und/oder Spannungsverlauf, der insbesondere im Wechsel einen oder mehrere Zeitbereiche mit positiven und einen oder mehrere Zeitbereiche mit negativen Strom- und/oder Spannungswerten aufweist. Das Wechselsignal verläuft demnach im Wechsel zwischen positiven und negativen Amplituden. Ein Wechselsignal ist demnach z.B. ein Sinussignal, ein Rechtecksignal, ein Dreiecksignal oder eine Kombination der genannten Signale.
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Wenn vorliegend von einem Signal oder Wechselsignal gesprochen wird, ist damit insbesondere ein dreiphasiges Wechselsignal gemeint, das zur Ansteuerung bzw. zum Betreiben eines Wechselstrommotors ausgebildet ist.
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Ferner weist die Blattverstelleinrichtung neben dem mindestens einen Stromrichter mindestens einen Signalgenerator auf, der eingerichtet ist, in einem Notbetrieb der Windenergieanlage die Drehzahl und/oder die Drehrichtung mit einem ausgebbaren Wechselsignal zu steuern und/oder zu regeln.
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Ein Signalgenerator ist eine Vorrichtung, die eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom mit einem vorbestimmten Zeitverlauf erzeugt.
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Demnach weist die Blattverstelleinrichtung also mindestens einen Wechselstrommotor auf. Die Drehzahl und/oder Drehrichtung des oder jedes der Wechselstrommotoren ist einerseits mit mindestens einem Stromrichter im Normalbetrieb sowie mit einem Signalgenerator im Notbetrieb steuerbar und/oder regelbar.
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Im Falle eines Notbetriebs der Windenergieanlage ist es somit möglich, das oder die Rotorblätter einer Windenergieanlage in eine vordefinierte Position, z.B. die Fahnenstellung, mit dem Wechselstrommotor zu überführen, ohne dass hierfür ein Stromrichter betrieben werden muss. Demnach stellt die vergleichsweise hohe Ausfallwahrscheinlichkeit von Stromrichtern keinen Nachteil für den Einsatz eines Wechselstrommotors zur Blattverstellung dar. Die Blattverstellung der Rotorblätter in die Fahnenstellung im Notbetrieb ist damit mit einer hohen Ausfallsicherheit auch bei der Verwendung eines gegenüber einem Gleichstrommotor vorteilhaften Wechselstrommotors gewährleistet.
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In einer ersten Ausführungsform ist das vom Stromrichter ausgebbare Wechselsignal variierbar. D.h. die Frequenz, die Pulsweite und/oder der Tastgrad des Wechselsignals, das z.B. ein Sinussignal, ein Rechtecksignal, ein Dreiecksignal oder eine Überlagerung dieser Signale ist, ist mit einer Steuerung und/oder Regelung im oder am Stromrichter variierbar. Die Steuerung und/oder Regelung des Wechselsignals erfolgt z.B. mittels einer Regelvorrichtung der Windenergieanlage, die die Abgabeleistung der Windenergieanlage regelt und/oder steuert.
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Demgegenüber ist das vom Signalgenerator ausgebbare Wechselsignal vorherbestimmt und nicht, insbesondere im Betrieb der Windenergieanlage, variierbar. Insbesondere ist das Wechselsignal ein vorprogrammiertes Wechselsignal, wie ein Sinussignal, ein Rechtecksignal, ein Dreiecksignal oder eine Überlagerung dieser Signale mit einer vorbestimmten Frequenz, einer vorbestimmten Pulsweite und/oder einem vorbestimmten Tastgrad.
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Demnach sind z.B. die Blattverstellgeschwindigkeit, die Blattverstellrichtung und/oder die Beschleunigung der Blattverstellbewegung der Rotorblätter im Normalbetrieb variierbar, sodass z.B. schnelle oder langsame Drehungen der Rotorblätter während des Normalbetriebs möglich sind. Hierdurch werden die Standzeiten der beweglichen Teile bei der Blattverstellung zudem erhöht. Im Notbetrieb wird hingegen auf diese Variierbarkeit der Blattverstellgeschwindigkeit und der Blattverstellrichtung wegen des vordefinierten bzw. vorbestimmten Wechselsignals zu Gunsten eines besonders einfachen Signalgenerators verzichtet. Die Ausfallsicherheit des Signalgenerators wird durch eine besonders einfache Schaltung des Signalgenerators demnach weiter erhöht.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Erfindung auch eine Blattverstelleinrichtung für ein Rotorblatt eines Rotors einer Windenergieanlage, die mindestens einen Wechselstrommotor zum Verstellen des Rotorblatts aufweist. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform ist die Blattverstelleinrichtung in einem Normalbetrieb und im Notbetrieb betreibbar, wobei die Drehzahl und/oder die Drehrichtung des Wechselstrommotors im Notbetrieb sowie im Normalbetrieb durch ein von einem Signalgenerator ausgebbares Wechselsignal steuerbar und/oder regulierbar ist.
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Es wurde demnach erkannt, dass es auch möglich ist, komplett auf einen Stromrichter zu verzichten und die gesamte Blattverstellung mit einem Signalgenerator statt einem Stromrichter zu steuern oder zu regulieren. Hierbei wird zugunsten eines sichereren Betriebs der Blattverstelleinrichtung mit nur sehr geringer Ausfallwahrscheinlichkeit auf die hohe Flexibilität eines Stromrichters verzichtet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Signalgenerator ein integrierter Schaltkreis. Dieser integrierte Schaltkreis ist gemäß einer ersten vorteilhaften weiteren Ausführungsform programmierbar, sodass ein vordefiniertes Wechselsignal zur Ausgabe im Notbetrieb mit einer Software vorprogrammierbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das vordefinierte Wechselsignal durch eine feste Verdrahtung der Bauelemente des integrierten Schaltkreises vorherbestimmt.
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Integrierte Schaltkreise weisen eine hohe Ausfallsicherheit auf, sodass ein Überführen der Rotorblätter in die Fahnenstellung im Notbetrieb mit einer hohen Ausfallsicherheit gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Signalgenerator ein vorprogrammierter FPGA. FPGAs sind günstig in der Anschaffung, da sie in hoher Stückzahl produziert werden, und weisen eine hohe Ausfallsicherheit auf. Es ist Standard-Software verfügbar, um das ausgebbare Wechselsignal für den Wechselstrommotor in einfacher und günstiger Weise vorzuprogrammieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Blattverstelleinrichtung einen Umschalter auf, der eingerichtet ist, zwischen der Steuerung des Wechselstrommotors mittels des Wechselsignals des Stromrichters und der Steuerung des Wechselstrommotors mittels des Wechselsignals des Signalgenerators umzuschalten.
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Der Umschalter ist von einem Signal, das im Notfall den Notbetrieb anzeigt, ansteuerbar, sodass auf einfache Weise beim Übergang vom Normalbetrieb in den Notbetrieb oder umgekehrt mit dem Umschalter der Signalgenerator oder der Stromrichter verbindbar ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Umschalter zusammen mit dem Signalgenerator in einem FPGA realisiert. Der FPGA weist gemäß der Ausführungsform Eingänge für das Ausgangssignal des Umrichters und das Signal auf, dass den Not- oder Normalbetrieb anzeigt. Der Ausgang weist dann ein Wechelsignal für den Wechselstrommotor auf, das entweder im Normalbetrieb vom Umrichter durchgeschleift wird oder im Notbetrieb im FPGA erzeugt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Blattverstelleinrichtung mindestens einen Versorgungstransistor, insbesondere mit mindestens einem Bipolartransistor oder mindestens einem IGBT auf, der vom Signalgenerator im Notbetrieb angesteuert wird und den Wechselstrommotor mit einer Spannung und/oder einem Strom einer Spannungs- und/oder Stromquelle, die ebenfalls mit dem Versorgungstransistor verbunden ist, versorgt.
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Hierbei ist der Wert der Spannung und/oder des Stroms am Ausgang des Versorgungstransistors, mit dem der Wechselstrommotor betrieben wird, abhängig von dem Wechselsignal mit dem der Versorgungstransistor, also z.B. die Bipolartransistoren oder die IGBTs, angesteuert wird.
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Durch eine derartige Ansteuerung erfolgt eine Verstärkung des vom Signalgenerator ausgegebenen Wechselsignals in einfacher Weise, um den Wechselstrommotor mit einem dem Wechselsignal im zeitlichen Verlauf im Wesentlichen gleichen oder ähnlichen Wechselsignal zu versorgen.
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Wenn hier von einem Versorgungstransistor gesprochen wird, so ist hiermit ein Versorgungstransistor zur Verstärkung eines dreiphasigen Wechselsignals gemeint. Demnach weist ein Versorgungstransistor zumindest drei Steuereingänge und drei Leistungsausgänge auf.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform wird nur im Notbetrieb das Wechselsignal des Signalgenerators vom Versorgungstransistor zum Betreiben des Wechselstrommotors verstärkt. Das Wechselsignal vom Stromrichter im Normalbetrieb weist demnach Eigenschaften auf, um ohne Verstärkung direkt den Wechselstrommotor anzutreiben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Wechselsignal des Signalgenerators ein Steuersignal mit einer geringen Leistung während das Wechselsignal des Stromrichters ein Leistungssignal mit einer hohen Leistung ist, die zum Betreiben des Wechselstrommotors angepasst ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen der Stromrichter sowie der Signalgenerator jeweils an ihren Ausgängen ein Wechselsignal mit geringer Leistung auf, sodass Stromrichter und Signalgenerator jeweils ein Steuersignal erzeugen. Nach dieser Ausführungsform dient der Versorgungstransistor im Normalbetrieb zur Verstärkung des Wechselsignals des Stromrichters und im Notbetrieb zur Verstärkung des Wechselsignals des Signalgenerators.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Spannungs- und/oder Stromquelle, die zur Versorgung des Wechselstrommotors mit dem Versorgungstransistor verbunden ist und den Signalgenerator mit einer Versorgungsspannung zumindest im Notbetrieb versorgt, ein Superkondensator, insbesondere eine sog. Ultracap.
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Superkondensatoren weisen den Vorteil auf, dass sie eine ausreichende Menge an Energie zur Versorgung der Wechselstrommotoren zur Blattverstellung aufweisen und daher die benötigte Energie zur Verstellung der Rotorblätter im Notbetrieb zur Verfügung stellen können, sodass ein Verstellen der Rotorblätter in die Fahnenstellung sicher im Notbetrieb erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Blattverstelleinrichtung mindestens einen Endschalter auf, der eingerichtet ist, bei seiner Betätigung, also z.B. einer Überführung von einer ersten Ruheposition in eine zweite aktivierte Position, eine vordefinierte Position des Rotorblatts zu signalisieren. Diese vordefinierte Position ist insbesondere eine Endposition oder Fahnenstellung der Rotorblätter, die im Notbetrieb als "sichere" Position eingenommen werden soll.
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Ferner ist die Blattverstelleinrichtung eingerichtet, die Ansteuerung des Wechselstrommotors bei Betätigung des Endschalters, also bei Erreichen der vordefinierten Position, zu unterbrechen und/oder abzuschalten. Hierzu ist gemäß einer Ausführungsform ein Schalter zwischen dem Versorgungstransistor und dem Wechselstrommotor und/oder dem Signalgenerator und dem Versorgungstransistor ein weiterer Schalter vorgesehen, der bei Betätigung des Endschalters die entsprechende Verbindung unterbricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei Betätigung des Endschalters, also wenn das Rotorblatt die vordefinierte Position erreicht, einfach die Spannungsversorgung zwischen der Spannungs- und/oder Stromquelle und dem IGBT und/oder dem Signalgenerator, insbesondere durch einen Schalter, unterbrochen.
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Demnach ist durch den Endschalter gewährleistet, dass das Rotorblatt, welches im Notbetrieb verstellt wird, sicher in der Fahnenstellung angehalten wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Blattverstelleinrichtung mindestens einen Ersatztransistor für den Versorgungstransistor auf. Der Ersatztransistor dient im Fehlerfall des Versorgungstransistors zur Versorgung des Wechselstrommotors. Der Ersatztransistor weist wie der Versorgungstransistor z.B. mindestens einen Bipolartransistor oder einen IGBT auf.
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Demnach dient – wie bereits der Versorgungstransistor – auch ein Ersatztransistor zur Verstärkung eines dreiphasigen Wechselsignals. Insbesondere sind Vorsorgungs- und Ersatztransistoren baugleich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Blattverstelleinrichtung mehrere Versorgungstransistoren zur Versorgung mehrerer Wechselstrommotoren und mindestens einen Ersatztransistoren auf. Ferner weist die Blattverstelleinrichtung wenigstens ein Schaltmittel, insbesondere eine Schaltmatrix, auf, die derart mit den Versorgungs- und Ersatztransistoren verbunden ist, sodass jeder Versorgungstransistor durch mindestens einen der Ersatztransistoren durch Umschalten des Schaltmittels funktional zu ersetzen ist. Vorteil dieses Schaltmittels ist die Möglichkeit des Vorsehens bzw. Vorhaltens einer geringeren Anzahl an Ersatztransistoren im Verhältnis zur Anzahl der Versorgungstransistoren. Somit reduzieren sich auch die Einbaufläche und die Kosten, die für die Ersatztransistoren vorzusehen sind.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Blattverstelleinrichtung eine Überwachungseinrichtung auf, wobei die Überwachungseinrichtung eingerichtet ist, den Ausgang des Stromrichters und/oder des Signalgenerators und/oder den Ein- und/oder Ausgang des Versorgungstransistors mit dem Eingang des Wechselstrommotors zu vergleichen und im Falle einer Abweichung der verglichenen Signale, insbesondere oberhalb eines vordefinierten Schwellenwerts, mittels des Schaltmittels einen Versorgungstransistor funktional durch einen Ersatztransistor zu ersetzen.
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Das funktionale Ersetzen bedeutet insbesondere, dass durch ein oder mehrere Schaltmittel die Verbindungen zum Versorgungstransistor zu einem Ersatztransistor weitergeleitet werden, also elektrisch mit dem Ersatztransistor verbunden werden. Insbesondere werden die Verbindungen mit dem defekten Versorgungstransistor, der für die Abweichung des verglichenen Signals verantwortlich ist, unterbrochen.
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Dank der Überwachungseinrichtung ist daher das Feststellen und Ersetzen eines Versorgungstransistors durch einen Ersatztransistor auf einfache Art und Weise möglich, sodass eine Blattverstellung im Notbetrieb sicher erfolgen kann.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage mit einem Rotor und mindestens einem Rotorblatt sowie einer Blattverstelleinrichtung gemäß einer der genannten Ausführungsformen.
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Zudem umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Verstellen mindestens eines der Rotorblätter einer Windenergieanlage, insbesondere mit einem Ausführungsbeispiel der genannten Blattverstelleinrichtung. Das Verfahren umfasst einen Verstellschritt im Normalbetrieb und einen Verstellschritt im Notbetrieb. Beiden Schritten ist gemeinsam, dass mit einem Wechselstrommotor ein Rotorblatt verstellt wird. Hierzu wird im Verstellschritt im Normalbetrieb die Drehzahl und/oder die Drehrichtung des Wechselstrommotors durch ein von einem Stromrichter ausgebbares Wechselsignal gesteuert und/oder geregelt und im Verstellschritt im Notbetrieb die Drehzahl und/oder die Drehrichtung des Wechselstrommotors durch ein vom Signalgenerator ausgebbares Wechselsignal gesteuert und/oder geregelt.
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Ferner weist das Verfahren gemäß einer Ausführungsform einen Umschaltschritt auf, bei dem mit einem Umschalter zwischen der Steuerung des Wechselstrommotors mittels eines Wechselsignals des Stromrichters und der Steuerung des Wechselstrommotors mittels eines Signals des Signalgenerators umgeschaltet wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verfahren einen Endschaltschritt auf, bei dem, insbesondere im Notbetrieb der Verstellschritt unterbrochen wird, sobald der Endschalter betätigt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Überwachungsschritt, bei dem das Signal am Ausgang des Stromrichters und/oder des Signalgenerators, am Ein- und/oder Ausgang des Versorgungstransistors und/oder am Eingang des Wechselstrommotors miteinander verglichen wird und im Falle einer Abweichung, insbesondere mittels einer Schalteinrichtung ein Versorgungstransistor durch einen Ersatztransistor in einem Ersetzungsschritt ersetzt wird.
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Zudem umfasst die Erfindung die Verwendung eines integrierten Schaltkreises, insbesondere eines vorprogrammierten FPGAs, zur Wechselsignalerzeugung für die Steuerung der Drehzahl und/oder Drehrichtung eines Wechselstrommotors einer Blattverstelleinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, insbesondere nach einer der genannten Ausführungsformen, beim Verstellen der Rotorblätter im Notbetrieb.
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Die Erfindung wird nachfolgend exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Windenergieanlage,
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2 eine Blattverstelleinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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3 eine Überwachungseinrichtung einer Blattverstelleinrichtung und
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4 eine Schaltmatrix gemäß einem Ausführungsbeispiel der Blattverstelleinrichtung.
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1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
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2 zeigt eine Blattverstelleinrichtung 10 für eine Windenergieanlage 100. Mit der Blattverstelleinrichtung 10 lassen sich die Rotorblätter 108 um ihre Längsachse drehen. Die Blattverstelleinrichtung 10 weist einen Wechselstrommotor 12 auf.
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Ferner weist die Blattverstelleinrichtung 10 einen Stromrichter 14 auf. Der Stromrichter 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Wechselrichter 14, der auch Umrichter oder Wechselstromumrichter genannt wird. Der Wechselrichters 14 erzeugt aus einer Versorgungsspannung ein Wechselsignal. Das Wechselsignal wird am Ausgang 16 des Wechselrichters 14 ausgegeben.
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Das Wechselsignal dient zur Regelung und/oder Steuerung des Wechselstrommotors 12. Hierzu wird das Wechselsignal vom Ausgang 16 des Wechselrichters 14 im Normalbetrieb der Windenergieanlage 100 zu einem Versorgungstransistor 18 weitergeleitet. Der Versorgungstransistor 18 ist mit einer Spannungsquelle 20 verbunden. Der Versorgungstransistor 18 weist einen Steuereingang 22 auf, wobei in Abhängigkeit des Signals am Steuereingang 22 am Ausgang 24 des Versorgungstransistors eine Spannung und/oder ein Strom ausgegeben wird.
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Demnach wird also mit dem Versorgungstransistor 18 und der daran angeschlossenen Spannungsquelle 20 in Abhängigkeit des Wechselsignals am Steuereingang 22 eine Wechselspannung zur Versorgung des Wechselstrommotors 12 am Ausgang 24 des Versorgungstransistors 18 zur Verfügung gestellt.
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In der 2 ist der Normalbetrieb der Blattverstelleinrichtung 10 dargestellt. Insbesondere ein Umschalter 26 sowie ein weiterer Schalter 28 sind derart geschaltet, dass der Ausgang 16 des Wechselrichters 14 mit dem Steuereingang 22 des Versorgungstransistors 18 verbunden ist.
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Ferner ist jedoch auch ein Notbetrieb der Blattverstelleinrichtung 10 vorgesehen. Der Notbetrieb wird z.B. dann von der Blattverstelleinrichtung 10 ausgeführt, wenn ein Signal hierfür vom sog. Sicherheitskreis 30 der Windenergieanlage 100 ausgegeben wird. Der Sicherheitskreis 30 ist mit einer Vielzahl der Komponenten einer Windenergieanlage 100 verbunden und detektiert verschiedenste Ereignisse, bei deren Vorkommen die Windenergieanlagen 100 in einen vordefinierten sicheren Betriebsmodus überführt werden muss.
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Ein vordefinierter sicherer Betriebsmodus der Windenergieanlage 100 zeichnet sich z.B. durch das Verfahren der Rotorblätter 108 in eine vordefinierte Position, insbesondere die Fahnenstellung, aus. Hierzu ist gemäß dem Ausführungsbeispiel der Blattverstelleinrichtung 10 der Umschalter 26 vorgesehen, der demnach vom Sicherheitskreis 30 geschaltet wird.
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Der Umschalter 26 verbindet im Notbetrieb einen Signalgenerator 32 mit dem Steuereingang 22 des Versorgungstransistors 18. Der Signalgenerator 32 liefert an seinem Ausgang ein vordefiniertes Wechselsignal, das mit dem Versorgungstransistor 18 verstärkt wird. Somit wird am Ausgang 24 des Versorgungstransistors 18 eine Spannung zum Betreiben des Wechselstrommotors 12 zur Verfügung gestellt.
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Ferner weist die Blattverstelleinrichtung 10 mindestens einen Endschalter 34 auf, der ein Signal zum Schalten des weiteren Schalters 28 ausgibt, sobald das vom Endschalter überwachte Rotorblatt 108 eine vordefinierte Position, insbesondere die Fahnenstellung, erreicht. Wird diese vordefinierte Position erreicht, so trennt der vom Endschalter 34 angesteuerte weitere Schalter 28 den Ausgang des Signalgenerators 32 vom Steuereingang 22 des Versorgungstransistors 18. Der Wechselstrommotor 12 wird dann nicht mehr mit einer Wechselspannung versorgt und stoppt.
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Der Signalgenerator 32, der Umschalter 26 sowie der weitere Schalter 28 sind vorteilhafterweise mit einem FPGA 36 realisiert. Zur Versorgung des FPGAs 36 ist dieser ebenfalls mit der Spannungsquelle 20 verbunden. Die Spannungsquelle 20 ist als Energiespeicher ausgeführt und wird im Normalbetrieb der Windenergieanlage 100 bzw. der Blattverstelleinrichtung 10 von einer zur Verfügung stehenden Spannung, z.B. von einem Spannungsversorgungsnetz, geladen und dient daher mit seiner gespeicherten Energie auch im Notbetrieb zur Versorgung des Wechselstrommotors 12.
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Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Spannungsquelle 20 als Superkondensator, insbesondere als Supercap, ausgebildet.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Blattverstelleinrichtung 10, wobei hier nur die Verbindungsleitung zwischen dem FPGA 36 und dem Wechselstrommotor 12 dargestellt sind. Die elektrische Verbindung zwischen dem FPGA 36 und dem Wechselstrommotor 12 erfolgt hier – wie zuvor in 2 – über einen Versorgungstransistor 18a unabhängig davon, ob die Blattverstelleinrichtung 10 sich im Notbetrieb oder im Normalbetrieb befindet.
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Ferner ist eine Überwachungseinrichtung 38 dargestellt, die die Wechselsignale am Steuereingang 22 des Wechselrichters 18a sowie an seinem Ausgang 24a vergleicht. Der Vergleich erfolgt, indem eine Spannungsmessung mittel der Verbindungsleitungen 40a und 40b am Steuereingang 22a und am Ausgang 24a des Versorgungstransistors 18a von der Überwachungseinrichtung erfolgt und die gemessenen Spannungen verglichen werden.
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Beträgt die Spannungsabweichung einen Wert, der oberhalb eines vordefinierten Schwellenwerts liegt, was z.B. der Fall ist, wenn der Versorgungstransistor 18a defekt ist und an seinem Ausgang eine konstante Spannung ausgibt, obwohl am Eingang 22a ein Wechselspannungssignal anliegt, so schaltet die Überwachungseinrichtung 38 die beiden Schalter 40a und 40b, um den FPGA 36 über den Ersatztransistor 42 mit dem Wechselstrommotor 12 zu verbinden.
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Ein zum Versorgungstransistor 18a redundanter Ersatztransistor 42 wird somit vorgesehen, um im Falle eines Ausfalls des Versorgungstransistors 18a dafür zu sorgen, dass die Blattverstelleinrichtung 10 ein Überführen des Rotorblatts 108 in eine vordefinierte Stellung im Notbetrieb sicher vornehmen kann.
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4 zeigt eine Blattverstelleinrichtung 10 mit zwei FPGAs 36 und zwei Wechselstrommotoren 12. Die Ausgänge der FPGAs 36 sowie die Eingänge der Wechselstrommotoren 12 werden mit einer Überwachungseinrichtung 38 überwacht. Die Überwachungseinrichtung 38 ist hier zur besseren Übersicht nicht dargestellt. Im Falle, dass ein einem FPGA 36 zugeordneter Wechselstrommotor 12 an seinem Eingang ein Versorgungssignal empfängt, das sich vom Ausgang des zugeordneten FPGAs 36 um einen Betrag oberhalb eines vordefinierten Schwellenwerts unterscheidet, so wird dies von der Überwachungseinrichtung 38 als Fehler gewertet und eine Schaltmatrix 44 angesteuert. Die Schaltmatrix 44 verbindet dann den Ausgang des FPGAs 36 mit dem Eingang 12 des Motors über einen anderen, als den zuvor für die Verbindung vorgesehenen Versorgungstransistor 18a, 18b, nämlich mit einem Ersatztransistor 42. Vorteilhafterweise muss demnach nur ein Ersatztransistor 42 für zwei Versorgungstransistoren 18a, 18b vorgesehen sein.
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Mit den genannten Ausführungsbeispielen ist somit im Normalbetrieb eine dynamische Verstellbarkeit der Rotorblätter 108 um ihre Längsachse mit einem Stromrichter 14 und einem Wechselstrommotor 12 sowie ein definiertes Verdrehen der Rotorblätter 108 in eine vordefinierte Position mit einer hohen Ausfallsicherheit möglich.