WO2002079646A1 - Verfahren zur überwachung einer windenergieanlage - Google Patents

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WO2002079646A1
WO2002079646A1 PCT/EP2002/001572 EP0201572W WO02079646A1 WO 2002079646 A1 WO2002079646 A1 WO 2002079646A1 EP 0201572 W EP0201572 W EP 0201572W WO 02079646 A1 WO02079646 A1 WO 02079646A1
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Aloys Wobben
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Aloys Wobben
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    • F03D—WIND MOTORS
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    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • 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
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring wind turbines, in particular acoustic monitoring being carried out.
  • the operating data are queried and analyzed by a service center or a remote monitoring center.
  • problems that arise can be identified early on the one hand, and on the other hand, the operating data can provide important information on the yield and wind data for the development department. An analysis of this data by the development department can lead to improvements in the wind turbine.
  • the following parameters are regularly monitored by sensors: wind speed, wind direction, air density, speed per minute (average and extreme values), temperatures, currents, voltages, switching pulse, lightning strikes (event counter), etc.
  • An analysis of the parameters received by the remote monitoring center can lead to an improvement of the on-site service, since the remote monitoring center can give the on-site service precise information regarding the sources of errors.
  • the invention is therefore based on the problem of improving monitoring of wind energy plants.
  • the advantages achieved by the invention consist in particular in that an improved early fault detection can be carried out to avoid consequential damage. This can lead to the detection of loose screw connections, electrical faults in the generator area, the inverter or transformer, and wear or ice build-up on the rotor blades at an early stage, for example.
  • a reference noise spectrum of a plant or parts thereof can also be recorded. and saved.
  • the operating noise spectrum can be recorded continuously or repeatedly during operation and compared with the stored reference spectrum, and deviations between these two spectra can be recorded.
  • a reference noise spectrum of a wind power plant instead of recording a reference noise spectrum of a wind power plant, a reference noise spectrum of a wind power plant that has already been stored can also be used.
  • the detected deviations between the operating and reference noise spectrum are transmitted to a remote monitoring center in order to be analyzed centrally.
  • the original noises recorded by a sound pickup which have caused the deviation between the operating and the reference spectrum, can also be transmitted to the remote monitoring center so that the operating personnel of the center can check the noises themselves by listening.
  • the wind energy installation may be switched off.
  • a typical reference noise spectrum or reference noise profile of the wind turbine for specific operating ranges such as, for example, partial load or nominal load is recorded in a test operation of a wind turbine and stored in a data memory.
  • an already stored reference noise spectrum instead of recording a special reference noise spectrum of the system.
  • Several locations of sound recorders in the wind turbine are possible to record the noise spectrum. borrowed. For example, the rotor blades, the generator or the drive train and the electronics can be monitored.
  • a sound pick-up is attached to the outside of the tower, for example, to monitor the generator and the drive train, a sound pick-up is installed in the nacelle, and to monitor the electronics, a sound pick-up is installed in the tower base or in the transformer station.
  • the installation positions of the sound pickups should not be changed between the recording of the reference noise spectrum and the operating noise spectrum.
  • the respective sound (for example as a frequency spectrum from 0.1 Hz to 30 KHz) is picked up as a function of the operating point or working range, for example from 0 KW to the nominal power. This operating sound is compared with the reference noise spectrum and evaluated.
  • the working area or the operating area of the wind energy installation is first determined in order to compare the operating noise spectrum of the respective area with the corresponding reference noise spectrum. If deviations occur that exceed a predetermined threshold value, an error message is issued which is reported to the remote monitoring center and, if appropriate, a manual (by the center) or automatic shutdown of the wind power installation.
  • an error message is transmitted to a remote monitoring center, as described above.
  • a precise analysis of the error message or the deviations can be carried out in the remote monitoring center.
  • the operator of the remote monitoring center can react quickly to an error message if necessary and transmit this error message to the maintenance personnel on site. In this way, early error detection can take place in good time and such errors can be quickly remedied by the maintenance staff. Furthermore, consequential damage can be avoided.
  • Such an improvement in the maintenance and servicing of the wind energy installation can increase the average availability of the installation and thus the economy of the installation.
  • the original sound recorded by a sound pickup which caused the deviation between the operating and the reference spectrum, can be transmitted to the remote monitoring center. There, the operating personnel can listen to the sounds in question in a more differentiated manner and, if necessary, take measures. Such an approach is desirable because the human ear is more sensitive and selective to certain sounds than a signal processing device.
  • noise patterns can be formed from the original noises (audio signals) and an acoustic database can be built from these patterns.
  • a signal processing device compares the recorded noises from a wind energy installation with the stored noise patterns and already makes a preselection of the possible causes of the error.
  • the recorded audio signals can be digitized and converted into noise patterns and then digitally processed.
  • the operating personnel of the remote monitoring center can thus listen to the noise and already have possible causes of errors suggested by the signal processing device at hand. This procedure can improve and relieve the workload for the operating personnel of the remote monitoring center and make the monitoring more efficient.
  • a camera optical pickup
  • This camera requires a suspension.
  • This suspension can e.g. B. be a telescopic arm that is movable / pivoted in a suitable manner.
  • the camera can in turn also be pivotably attached to this telescopic arm, so that there are several degrees of freedom.
  • the camera can be attached to a rail running in the longitudinal direction of the gondola.
  • the camera itself can of course be pivoted.
  • a particularly advantageous solution is to arrange the camera on a circular or elliptical rail.
  • the guide rail for the camera runs so that not only front views of the facilities in the nacelle, e.g. As generators, can be recorded with the camera, but the camera is z. B. can be moved via a control cabinet and even allows a view of this cabinet (e.g. with transporting cabinet walls).
  • the camera can be easily and inexpensively attached to a central location in the nacelle with a predetermined orientation. Or the camera is fixed at this point, but pivotable about an (e.g. vertical) axis. With a sufficient opening angle of the lens, the camera allows a panoramic view of the nacelle - with the exception of an area outside the opening angle on the floor or ceiling of the nacelle. This restriction could be at least partially eliminated in a fixed camera by a second degree of freedom (pivotable about a horizontal axis).
  • interchangeable objects or interchangeable optics can be provided for the camera.
  • teleobjects can be used for fixed installation in order to be able to capture (relatively) distant details.
  • a wide-angle lens allows an overview of the gondola to be obtained.
  • infrared optics can be used to detect thermal situations.
  • these optics or lenses can be replaced by maintenance personnel on site if, for. B. a service center would like to obtain certain optical / thermal information. In a particularly convenient embodiment, this change can be carried out remotely from a control center.
  • a camera can be provided in the nacelle. Accordingly, this camera can record the part of the ring generator facing it, but of course not the part of the generator that faces away (on the rotor hub side) and details in the rotor hub itself, the blade attachment, etc. For this purpose, a further camera can be provided in the region of the rotor hub.
  • a further camera can be provided in the area of the tower base or in the area of the transformer in order to be able to obtain a visual impression there as well. This possibility of visualization can go so far as to detect certain optical displays, which may be intended for maintenance personnel, or counter readings displayed in the system independently of remote monitoring of the system.
  • light is required to capture an image if an image is to be taken in the range of visible light.
  • This light can come from light sources that are used to illuminate the system, for. B. are provided for maintenance work anyway.
  • this light can also or additionally come from separate light source (s), which are intended to improve the illumination.
  • s separate light source
  • These light source (s) can be arranged separately from the camera and switched on and off and moved simultaneously with the camera. Alternatively, these light source (s) can also be mechanically connected to the camera and through the Alignment in the direction of view of the camera always illuminate the area in front of the camera.
  • the light source (s) and / or camera (s) can each be controlled individually or together by remote control or controlled by an automatic system. If, for example, a sound event occurs that can be clearly identified and points to a specific event, then after the sound event has been recorded, the camera (s) and / or light source (s) can be switched on and brought into predetermined positions. In this way, a search for the sound source / disturbance can be omitted and the camera (s) and light source (s) are aligned as quickly as possible.
  • Alignment can take place on the one hand on the basis of specified coordinate information, which is generated either as absolute values or as relative values to the current camera position.
  • the alignment can also be carried out in such a way that when the position of the fault is detected, this z. B. is marked by a light source and the camera automatically aligns it and, if necessary, additional light source (s) can be activated.
  • a directional microphone which are either arranged at reference positions and oriented in predetermined directions, or which are coupled to the camera and cause the camera to pivot until the detected one Sound reached a maximum value. With a sufficiently small opening angle of the directional microphone, the camera is then aimed at the sound source.
  • the different signals of the individual microphones must be recorded and evaluated.
  • the direction of the sound source can then be determined from this, as with a bearing.
  • the recorded sound event can trigger automatic control that automatically controls the camera (s) and light source (s) into the (hopefully) correct position.
  • automatic image / sound recording and / or transmission for example to a monitoring center, can also be carried out.
  • the recorded sound event can, however, also only be used for signaling in the monitoring center in order to indicate the occurrence of a fault;
  • the camera is then controlled from the monitoring center, and of course all of the control processes previously carried out by an automatic system can also be carried out by manual remote control from the center.
  • Acoustic data from a directional microphone
  • optical data from a camera
  • combinations thereof or other data can in turn be used for orientation in manual control. Accordingly, if there is a clear sound event, this can also be transmitted to the monitoring center and evaluated there.
  • the operator can then be given the required camera or light source orientation.
  • the operator can then control the camera (s) and light source ⁇ ) based on these specifications.
  • the operator can also control the camera (s) and light source (s) online using (in real time) transmitted visual or acoustic data.
  • the idea of making the images available on the Internet, e.g. B. for the operator of the system is a variant of the invention.
  • the prioritization of the data to be transmitted could play a role here, e.g. B. operating data and / or telecontrol data always have priority over such image and / or sound data.
  • An arrangement of the monitoring device in the area of the nacelle can lead to random camera viewing directions due to changing wind directions, the main wind direction, of course, again forming a preferred direction.
  • the camera can also be attached in a direction deviating from this main wind direction, and thus change the direction of view accordingly when the gondola changes azimuth position.
  • the camera can also be designed to be pivotable (with the gondola), so that a viewer can change the viewing direction.
  • a camera e.g. B. installed in a wind farm on one of the turbines, allows on the one hand a pan across the entire wind farm and on the other hand when the weather is clear and the landscape is clear.
  • the camera position can be shown on a map.
  • the current viewing direction of the camera and the range of vision can be specified on the map and the current camera image can be displayed in a window.
  • the invention also offers the possibility of obtaining a visual impression of this in nature if a distance is plotted in a certain direction on a map.
  • the camera that forms the optical pickup can thus be moved or swiveled within the nacelle of a wind energy installation (i.e. the part of the wind energy installation in which the generator is usually housed) in such a way that the respective location to be recorded is illuminated or illuminated.
  • the camera itself can also record the sound pickup, that is to say the microphone, so that a compact unit is then created with which the monitoring of the wind energy installation or its interior can be carried out.
  • the illuminants assigned to the respective optical pickup can either be permanently switched on or can also preferably be switched on by remote control, and always when the pickup is made with the optical pickup. All images of the optical pickup can also be created by means of an appropriate device, e.g. B. a modem, can be sent to a central office, where central monitoring of several systems is then carried out.
  • an appropriate device e.g. B. a modem
  • the illuminants - as described above also a microphone - are attached to the camera itself, the illuminant can always be swiveled / moved together with the camera and sufficient illumination of the recording location is guaranteed;
  • the light sources can also be pivoted separately if this is necessary.
  • the above-described sound pickup is a directional microphone, the main direction of the sound generated can be determined by means of such a pickup. If this is carried out by means of a control device, a control signal for the optical pickup can be derived therefrom, so that the optical pickup is aligned with the main location of the sound generation.
  • optical pick-up it is also possible to equip the optical pick-up as a so-called "Web-Cam" so that the operator of the wind turbine (or other Internet users) can always get an idea of his own system or its interior and always knows whether the system is still working.
  • optical sensor is positioned on the nacelle or on the tower, it is also possible to observe the surroundings of the wind turbine, which can be very advantageous, for example, for traffic monitoring or for fire monitoring (infrared sensors are particularly recommended).
  • FIG. 1 shows in principle the cross section through a nacelle of a wind energy installation with a nacelle housing 1 as well as a rotor 2 and a generator 3 coupled to the rotor and a tower 4 of the wind energy installation.
  • Two cameras 5 and 6, which are essentially aligned with the generator, are accommodated as optical pickups within the nacelle.
  • the cameras can be moved along a rail, but can also be pivoted, and other views of the nacelle can also be recorded with the cameras, in particular also parts of the rotor or the rotor hub. It is possible for the cameras shown in FIG. 1 to also visually monitor the generator, in particular its fixed and moving parts, with regard to their function.
  • the cameras can also record microphones for sound recording, or the microphones are arranged at locations similar to the cameras, so that the sound can be recorded within the nacelle.
  • FIG. 2 shows another construction of a wind turbine nacelle, the rotor 2 being connected to the generator 3 via a gear 7.
  • the Gondola housed cameras 5 or 6 it is therefore possible to visually monitor both the generator and the transmission.
  • a microphone sound pickup is accommodated in the nacelle (or more of it), acoustic monitoring of the aforementioned parts of the wind energy installation is also possible, in particular acoustic monitoring of the transmission and the generator.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Windenergieanlagen, wobei insbesondere eine akustische Überwachung durchgeführt wird. Zur weiteren Verbesserung der Wartung, der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit einer Windenergieanlage ist es wünschenswert, weitere Parameter der Windenergieanlage zu überwachen. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Überwachung von Windenergieanlagen zu verbessem. Verfahren zur Überwachung einer Windenergieanlage, wobei im Innern der Windenergieanlage bevorzugt dort, wo elektrische oder mechanische Einheiten zum Einsatz kommen, mittels eines Schallaufnehmers der dort entstehende Schall aufgenommen wird, wobei ferner ein optischer Aufnehmer, z. B. eine Kamera, vorgesehen ist, die auf den art entstehenden Schalls gerichtet oder ausrichtbar ist.

Description

Verfahren zur Überwachung einer Windenergieanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Windenergieanlagen, wobei insbesondere eine akustische Überwachung durchgeführt wird.
Für eine effektive Nutzung von Windenergieanlagen ist es vorteilhaft, die Regelung und die Betriebsführung einer Windenergieanlage derart auszuführen, daß ein vollautomatischer Betrieb der Anlage sichergestellt ist. Jede andere Verfahrensweise, die ein manuelles Eingreifen im normalen Betriebsverlauf erfordert, ist aus wirtschaftlichen Überlegungen unakzeptabel. Zur weiteren Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Anlage sollte die Regelung derart erfolgen, daß in jedem Betriebszustand ein möglichst hoher Energiewandlungsgrad erzielt wird. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Regelung und bei der Betriebsführung einer Windenergieanlage ist die Betriebssicherheit. Technische Störungen und umweltbedingte Ge- fahrenzustände müssen erkannt und die vorhandenen Sicherheitsschaltungen ausgelöst werden. Ferner kann ein Regelungssystem zur Verminderung der mechanischen Belastung der Windenergieanlage beitragen.
Bei der Überwachung von Windenergieanlagen ist es ebenfalls wünschenswert, daß eine Fernanalyse durchgeführt werden kann. Dies hat den Vorteil, daß die Erfassung der jeweiligen Betriebsdaten zentral erfolgen kann. Eine derartige Fernüberwachung kann zu einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Anlage sowie zu einer Erhöhung der durchschnittlichen Verfügbarkeit der Anlage führen. Dabei werden beispielsweise die Betriebsdaten von einer Service-Zentrale bzw. einer Fernüberwachungszentrale abgefragt und analysiert. Durch eine Analyse der eingegangenen Parameter können zum einen auftretende Probleme frühzeitig erkannt werden und zum anderen können die Betriebsdaten wichtige Hinweise auf die Ertrags- und Winddaten für die Entwicklungsabteilung liefern. Eine Analyse dieser Daten durch die Entwicklungsabteilung kann zu Verbesserungen an der Windenergieanlage führen.
Bei einer bekannten Windenergieanlage werden beispielsweise regelmäßig folgende Parameter sensorisch überwacht: Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Luftdichte, Drehzahl pro Minute (Mittel- und Extremwerte), Temperaturen, Ströme, Spannungen, Schaltpuls, Blitzeinschläge (Ereigniszähler), etc.
Eine Analyse der eingegangen Parameter durch die Femüberwachungszentrale kann zu einer Verbesserung des Vorort-Services führen, da die Fernüberwachungszentrale dem Vorort-Service genaue Hinweise bezüglich der Fehlerquellen geben kann.
Zur weiteren Verbesserung der Wartung, der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit einer Windenergieanlage ist es wünschenswert, weitere Parameter der Windenergieanlage zu überwachen. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Überwachung von Windenergieanlagen zu verbessern.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren mit dem Merkmal nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine verbesserte Fehlerfrüherkennung zur Vermeidung von Folgeschäden durchgeführt werden kann. Dies kann beispielsweise zur Erkennung von losen Schraubenverbindungen, von elektrischen Fehlern im Generatorbereich, beim Wechselrichter oder beim Transformator und von Verschleiß oder Eisansatz an den Rotorblättern im Frühstadium führen.
Zur akustischen Überwachung von Windenergieanlagen kann erfindungsgemäß auch ein Referenz-Geräuschspektrum einer Anlage oder Teile davon aufgenom- men und gespeichert werden. Das Betriebs-Geräuschspektrum kann während des Betriebes kontinuierlich oder wiederkehrend aufgenommen und mit dem gespeicherten Referenzspektrum verglichen und Abweichungen zwischen diesen beiden Spektren können erfaßt werden. Anstatt ein Referenz-Geräuschspektrum einer Windenergieanlage aufzunehmen, kann auch auf ein bereits gespeichertes Referenzgeräuschspektrum einer Windkraftanlage zurückgegriffen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die erfaßten Abweichungen zwischen dem Betriebs- und Referenz-Geräuschspektrum an eine Fernüberwachungszentrale übermittelt, um zentral analysiert zu werden.
Vorteilhafterweise können ebenso die ursprünglichen, von einem Schallaufnehmer aufgenommenen Geräusche, die die Abweichung zwischen dem Betriebs- und dem Referenzspektrum hervorgerufen haben, an die Fernüberwachungszentrale übermittelt, damit das Bedienpersonal der Zentrale die Geräusche durch Hören selbst überprüfen kann.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, aus den ursprünglichen Geräuschen ein Geräuschmuster zu bilden und wiederum aus diesen Geräuschmustern eine akustische Datenbank aufzubauen.
Sind die Abweichungen zwischen dem Betriebs- und dem Referenzspektrum größer als ein vorgegebener Schwellwert, so wird die Windenergieanlage gegebenenfalls abgeschaltet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Erfindungsgemäß wird bei einem Probebetrieb einer Windenergieanlage jeweils ein typisches Referenz-Geräuschspektrum bzw. Referenz-Geräuschprofil der Windenergieanlage für bestimmte Betriebsbereiche wie beispielsweise Teillast oder Nennlast aufgezeichnet und in einem Datenspeicher gespeichert. Bei baugleichen Windenergieanlagen ist es ebenfalls möglich, ein bereits gespeichertes ReferenzGeräuschspektrum zu verwenden, anstatt ein spezielles Referenz-Geräuschspektrum der Anlage aufzunehmen. Zur Aufnahme des Geräuschspektrums sind mehrere Aufstellorte von Schallaufnehmern in der Windenergieanlage mög- lieh. Beispielsweise können die Rotorblätter, der Generator bzw. der Antriebsstrang und die Elektronik überwacht werden. Zur Überwachung der Rotorblätter wird ein Schallaufnehmer beispielsweise außen am Turm, zur Überwachung des Generators und des Antriebsstranges wird ein Schallaufnehmer in der Gondel und zur Überwachung der Elektronik wird ein Schallaufnehmer im Turmfuß bzw. in der Trafostation angebracht. Die Aufstellpositionen der Schallaufnehmer sollten zwischen der Aufnahme des Referenz-Geräuschspektrums und des Betriebs- Geräuschspektrums nicht verändert werden.
Beim Betrieb der Windenergieanlage wird der jeweilige Schall (beispielsweise als Frequenzspektrum von 0,1 Hz bis 30 KHz) in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt bzw. Arbeitsbereich wie beispielsweise von 0 KW bis zur Nennleistung aufgenommen. Dieser Betriebsschall wird mit dem Referenz-Geräuschspektrum verglichen und ausgewertet.
Bei der Erfassung des Betriebs-Geräuschspektrums wird zuerst der Arbeitsbereich bzw. der Betriebsbereich der Windenergieanlage bestimmt, um das Betriebs-Ge- räuschspektrum des jeweiligen Bereiches mit dem entsprechenden Referenz-Geräuschspektrum zu vergleichen. Treten dabei Abweichungen auf, die einen vorbestimmten Schwellwert überschreiten, erfolgt eine Fehlermeldung, die zur Fernüberwachungszentrale gemeldet wird, und gegebenenfalls ein manuelles (durch die Zentrale) oder automatisches Abschalten der Windenergieanlage.
Bei der Erfassung einer den Schwellwert überschreitenden Abweichung zwischen dem Betriebs- und dem Referenz-Geräuschspektrum wird, wie vorstehend beschrieben, eine Fehlermeldung an eine Fernüberwachungszentrale übermittelt. In der Fernüberwachungszentrale kann eine genaue Analyse der Fehlermeldung bzw. der Abweichungen erfolgen. Das Bedienpersonal der Fernüberwachungszentrale kann gegebenenfalls schnell auf eine Fehlermeldung reagieren und diese Fehlermeldung an das Wartungspersonal vor Ort übermitteln. So kann eine Fehlerfrüherkennung rechtzeitig erfolgen und derartige Fehler können durch das Wartungspersonal schnell behoben werden. Des weiteren können dadurch Folgeschäden vermieden werden. Durch eine derartige Verbesserung der Wartung und Instandhaltung der Windenergieanlage kann die durchschnittliche Verfügbarkeit der Anlage und somit die Wirtschaftlichkeit der Anlage erhöht werden. Zur Verbesserung der Fehlerdiagnose kann das durch einen Schallaufnehmer aufgenommene ursprüngliche Geräusch, das die Abweichung zwischen dem Betriebs- und dem Referenzspektrum verursacht hat, an die Fernüberwachungszentrale übermittelt werden. Dort kann sich das Bedienpersonal die in Frage kommenden Geräusche differenzierter anhören und gegebenenfalls Maßnahmen ergreifen. Eine derartige Vorgehensweise ist wünschenswert, da das menschliche Ohr empfindlicher und selektiver auf bestimmte Geräusche reagiert als eine Signalverarbeitungseinrichtung.
Zur Entlastung des Bedienpersonals der Fernüberwachungszentrale können aus den ursprünglichen Geräuschen (Audiosignalen) Geräuschmuster gebildet sowie aus diesen Mustern eine akustische Datenbank aufgebaut werden. Eine Signalverarbeitungseinrichtung vergleicht die aufgenommenen Geräusche einer Windenergieanlage mit den gespeicherten Geräuschmustern und trifft bereits eine Vorauswahl der möglichen Fehlerursachen. Beispielsweise können die aufgenommenen Audiosignale digitalisiert und in Geräuschmuster umgewandelt und dann digital weiterverarbeitet werden. Das Bedienpersonal der Fernüberwachungszentrale kann sich somit das Geräusch anhören und hat dabei bereits mögliche, von der Signalverarbeitungseinrichtung vorgeschlagene Fehlerursachen zur Hand. Diese Vorgehensweise kann zu einer Verbesserung und Entlastung des Arbeitsplatzes für das Bedienpersonal der Fernüberwachungszentrale führen und die Überwachung effizienter gestalten.
Außerdem ist es möglich, durch Aufbau einer Datenbank, in der alle Abweichungen zwischen dem Betriebs- und dem Referenz-Geräuschspektrum zeitlich gespeichert sind, Erkenntnisse über die Ursache und den zeitlichen Verlauf eines Fehlers zu gewinnen. Außerdem können die Daten dieser Datenbank mit Daten der anderen Betriebsparameter wie beispielsweise Windgeschwindigkeit, Temperatur, Strom, Spannung, etc. verglichen werden. Aus dem Vergleich dieser Daten kann möglicherweise eine Korrelation bei der Fehlerentwicklung gefunden werden. Derartige Hinweise wären für die Entwicklungsabteilung sehr wertvoll, da diese Erkenntnisse bei der Entwicklung neuer Anlagen und bei der Weiterentwicklung bestehender Anlagen eingebracht werden können. Es kann eine Kamera (optischer Aufnehmer) in der Gondel vorgesehen sein. Diese Kamera benötigt eine Aufhängung. Diese Aufhängung kann z. B. ein Teleskoparm sein, der in geeigneter Weise verfahrbar/schwenkbar ist. Natürlich kann auch die Kamera an diesem Teleskoparm wiederum verschwenkbar angebracht sein, so dass sich mehrere Freiheitsgrade ergeben.
Alternativ kann die Kamera an einer in Längsrichtung der Gondel verlaufenden Schiene verfahrbar angebracht sein. Auch hier kann die Kamera selbst natürlich wieder schwenkbar angelenkt sein.
Eine besonders vorteilhafte Lösung ist eine Anordnung der Kamera an einer kreisrund oder elliptisch geformten Schiene. Oder die Führungsschiene für die Kamera verläuft so, dass nicht nur Vorderansichten der in der Gondel vorhandenen Einrichtungen, z. B. Generatoren, mit der Kamera aufgezeichnet werden können, sondern die Kamera ist über eine entsprechend ausgebildete Führungsschiene z. B. über einen Schaltschrank verfahrbar und erlaubt sogar einen Blick in diesen Schrank (z. B. bei transporentenen Schrankwänden).
Natürlich ist solch ein System unter Umständen aufwändig. Im Gegensatz dazu kann eine einfache und wenig aufwändige Befestigung der Kamera an einer zentralen Stelle in der Gondel mit einer fest vorgegebenen Ausrichtung erfolgen. Oder die Kamera wird an dieser Stelle ortsfest, jedoch um eine (z. B. vertikale) Achse schwenkbar angebracht. Bei einem ausreichenden Öffnungswinkel des Objektivs erlaubt die Kamera durchaus einen Rundblick durch die Gondel - mit Ausnahme eines außerhalb des Öffnungswinkels liegenden Bereiches am Boden bzw. an der Decke der Gondel. Diese Einschränkung ließe sich bei einer ortsfesten Kamera durch einen zweiten Freiheitsgrad (schwenkbar um eine horizontale Achse) wenigstens teilweise beheben.
In einer weiteren Variante der Erfindung können für die Kamera Wechselobjekte bzw. Wechseloptiken vorgesehen sein. So können je nach Anwendungsfall Teleobjekte bei ortsfester Montage eingesetzt werden, um (relativ) weit entfernte Einzelheiten erfassen zu können. Ein Weitwinkelobjektiv erlaubt, einen Überblick über die Gondel zu gewinnen. Weiterhin kann z.B. eine Infrarot-Optik eingesetzt werden, um thermische Situationen zu erfassen. Diese Optiken bzw. Objektive können in einer einfachen Ausführungsform von Wartungspersonal vor Ort ausgewechselt werden, wenn z. B. eine Servicezentrale bestimmte optische/thermische Informationen gewinnen möchte. In einer besonders komfortablen Ausführungsform kann dieser Wechsel ferngesteuert von einer Zentrale aus erfolgen.
Entsprechend den örtlichen bzw. anlagentechnischen Gegebenheiten können natürlich auch mehrere Kameras vorgesehen sein. So kann z. B. eine Kamera in der Gondel vorgesehen sein. Diese Kamera kann demnach den ihr zugewandten Teil des Ringgenerators erfassen, jedoch natürlich nicht den abgewandten (rotor- nabenseitigen) Teil des Generators sowie Einzelheiten in der Rotornabe selbst, der Blattbefestigung, etc. Hierzu kann eine weitere Kamera im Bereich der Rotornabe vorgesehen sein.
Noch eine weitere Kamera kann im Bereich des Turmfußes bzw. im Bereich des Transformators vorgesehen sein, um auch dort einen visuellen Eindruck gewinnen zu können. Diese Möglichkeit einer Visualisierung kann soweit gehen, bestimmte optische Anzeigen, die vielleicht für Wartungspersonal vorgesehen sind, oder in der Anlage angezeigte Zählerstände unabhängig von einer Fernüberwachung der Anlage zu erfassen.
Natürlich ist zur Erfassung eines Bildes Licht erforderlich, sofern eben ein Bild im Bereich des sichtbaren Lichtes aufgenommen werden soll. Dieses Licht kann einerseits von Lichtquellen kommen, die zur Ausleuchtung der Anlage z. B. bei Wartungsarbeiten ohnehin vorgesehen sind. Andererseits kann dieses Licht auch oder zusätzlich von separate(n) Lichtquelle(n) kommen, welche die Ausleuchtung verbessern sollen. Zur Ausleuchtung des Gondelinneren kann aber auch vorgesehen sein, einen Teil der Gondel mit einem transparenten Gehäuse zu versehen, so dass natürliches Licht in die Gondel einfallen kann und somit die Gondel tagsüber ausleuchtet.
Diese Lichtquelle(n) können getrennt von der Kamera angeordnet und simultan mit der Kamera ein- und ausgeschaltet und verfahren werden. Alternativ können diese Lichtquelle(n) auch mechanisch mit der Kamera verbunden sein und durch die Ausrichtung in Blickrichtung der Kamera stets den Bereich vor der Kamera ausleuchten.
Wiederum alternativ können Lichtquelle(n) und/oder Kamera(s) jeweils einzeln oder auch gemeinsam fernbedient oder durch eine Automatik gesteuert werden. Tritt beispielsweise ein Schallereignis auf, das eindeutig zu identifizieren ist und auf ein bestimmtes Ereignis hinweist, so können nach der Erfassung dieses Schallereignisses Kamera(s) und/oder Lichtquelle(n) eingeschaltet und in vorbestimmte Positionen gebracht werden. Auf diese Weise kann ein Suchen der Schallquelle/- Störung entfallen und die Kamera(s) und Lichtquelle(n) sind schnellstmöglich darauf ausgerichtet.
Die Ausrichtung kann einerseits auf Grund festgelegter Koordinatenangaben erfolgen, die entweder als Absolutwerte oder als Relativwerte zu der aktuellen Kameraposition erzeugt werden. Andererseits kann die Ausrichtung auch derart erfolgen, dass bei erkannter Position der Störung diese z. B. durch eine Lichtquelle markiert wird und die Kamera sich selbsttätig darauf ausrichtet und bei Bedarf zusätzliche Lichtquelle(n) aktiviert werden.
So kann z. B. analog zu einer Anzeige von Störungen elektronischer Baugruppen in komplexen Geräten, die durch eine aktive LED auf der Baugruppe erfolgen kann, eine Lichtquelle an der gestörten Komponente der Anlage eingeschaltet werden. Die Kamera kann sich dann auf Grund unterschiedlicher Helligkeitswerte, gerade bei im Übrigen noch dunkler Anlage, auf diese Position ausrichten.
Eine weitere Möglichkeit der Kamera- bzw. Scheinwerferausrichtung ergibt sich mittels Richtmikrofon(en), die entweder an Referenzpositionen angeordnet und in vorgegebenen Richtungen ausgerichtet sind, oder die mit der Kamera gekoppelt sind und so lange eine Schwenkbewegung der Kamera herbeiführen, bis der er- fasste Schall einen Maximalwert erreicht. Bei hinreichend kleinem Öffnungswinkel des Richtmikrofons ist die Kamera dann auf die Schallquelle ausgerichtet.
Bei Richtmikrofonen an Referenzpositionen müssen die unterschiedlichen Signale der einzelnen Mikrofone erfasst und ausgewertet werden. Daraus kann dann wie bei einer Peilung die Richtung der Schallquelle ermittelt werden. Demnach kann also das erfasste Schallereignis eine Steuerungsautomatik auslösen, die Kamera(s) und Lichtquelle(n) automatisch in die (hoffentlich) richtige Position steuert. Natürlich kann auch eine automatische Bild/Ton-Aufzeichnung und/oder Übertragung, z.B.zu einer Überwachungszentrale, durchgeführt werden.
Das erfasste Schallereignis kann aber auch nur zur Signalisierung in der Überwachungszentrale verwendet werden, um das Auftreten einer Störung anzuzeigen; Die Steuerung der Kamera erfolgt dann von der Überwachungszentrale aus, und alle vorstehend durch eine Automatik ausgeführten Steuerungsvorgänge können natürlich auch durch eine manuelle Fernsteuerung aus der Zentrale vorgenommen werden.
Zur Orientierung bei einer manuellen Steuerung können wiederum akustische Daten (von einem Richtmikrofon), optische Daten (von einer Kamera) oder Kombinationen davon oder andere Daten verwendet werden. Demnach kann bei einem eindeutigen Schallereignis dieses auch zur Überwachungszentrale übertragen und dort ausgewertet werden.
Erfolgt die Auswertung z. B. auf der Basis eines vorhandenen Referenzdaten-Bestandes, kann dem Bediener sodann die erforderliche Kamera- bzw. Lichtquellen- Ausrichtung angegeben werden. Der Bediener kann dann Kamera(s) und Lichtquelle^) an Hand dieser Vorgaben steuern. Natürlich kann der Bediener Kame- ra(s) und Lichtquelle(n) auch online an Hand von (in Echtzeit) übertragenen visuellen bzw. akustischen Daten steuern.
Auch der Gedanke der Bereitstellung der Bilder im Internet, z. B. für den Betreiber der Anlage, ist eine Variante der Erfindung. Hier könnte die Priorisierung der zu übertragenden Daten eine Rolle spielen, indem z. B. Betriebsdaten und/oder Fernwirkdaten stets einen Vorrang vor derartigen Bild- und/oder Schalldaten haben. Eine Anordnung der Überwachungseinrichtung im Bereich der Gondel kann durch wechselnde Windrichtungen zu zufälligen Kamerablickrichtungen führen, wobei die Hauptwindrichtung natürlich wiederum eine Vorzugsrichtung bildet. Die Kamera kann aber einerseits auch in einer von dieser Hauptwindrichtung abweichenden Richtung angebracht sein, und damit bei sich verändernder Azimutposition der Gondel entsprechend die Blickrichtung ändern.
Andererseits kann die Kamera jedoch auch (mit der Gondel) verschwenkbar ausgeführt werden, so dass ein Betrachter die Blickrichtung verändern kann. Eine solche Kamera, z. B. in einem Windpark auf einer der Anlagen installiert, gestattet einerseits einen Schwenk über den gesamten Windpark und andererseits bei schönem Wetter und klarer Sicht über die Landschaft.
Kombiniert man nun eine solche Kamera noch mit einem Sichtweitenmessgerät, kann z.B. die Kameraposition in einer Karte eingeblendet werden. Zusätzlich kann in der Karte die aktuelle Blickrichtung der Kamera sowie die Sichtweite angegeben werden und in einem Fenster kann das aktuelle Kamerabild dargestellt werden.
Hieraus ergeben sich sehr attraktive Internet-Angebote, die neben einem rein optischen Reiz durchaus auch Lerneffekte vermitteln können. So bietet die Erfindung auch die Möglichkeit, wenn auf einer Karte eine Entfernung in einer bestimmten Himmelsrichtung abgetragen wird, einen visuellen Eindruck davon in der Natur zu erhalten.
Weitere Anwendungen könnten z. B. Feuerüberwachungen oder andere Kontrollmöglichkeiten wie z. B. eine Überwachung des Verkehrsaufkommens auf einer Autobahn o. ä. sein. Ist die Kameraposition entlang des Turmes in der Höhe veränderbar, ergeben sich durch veränderbare Höhen weitere Anwendungsmöglichkeiten. Zusammengefasst kann also die Kamera, die den optischen Aufnehmer bildet, innerhalb der Gondel einer Windenergienanlage (also des Teils der Windenergieanlage, in der üblicherweise der Generator untergebracht ist), verfahren oder so verschwenkt werden, das der jeweilige aufzunehmende Ort an- oder ausgeleuchtet wird.
Wenn insbesondere Temperaturerhöhungen festgestellt werden sollen, kann der optische Aufnehmer auch als Infrarot-Aufnehmer (Infrarot-Kamera) ausgestaltet sein, so dass dann auch ohne Ausleuchtung thermisch kritische Teile der Windenergieanlage überwacht werden können.
Selbstverständlich kann auch die Kamera selbst den Schallaufnehmer, also das Mikrofon, aufnehmen, so dass dann eine kompakte Einheit geschaffen wird, mit der die Überwachung der Windenergieanlage bzw. dessen Inneren durchgeführt werden kann.
Es ist auch möglich, die Kamera im Bereich des Turmfußes unterzubringen, um beispielsweise dort Anlagenteile, wie Wechselrichter oder Transformator zu überwachen.
Die dem jeweiligen optischen Aufnehmer zugeordneten Leuchtmittel können entweder ständig angeschaltet sein oder auch bevorzugt mittels Fernbedienung eingeschaltet werden und zwar immer dann, wenn die Aufnahme mit dem optischen Aufnehmer erfolgt. Sämtliche Bilder des optischen Aufnehmers können auch mittels entsprechender Einrichtung, z. B. eines Modems, an eine Zentrale geschickt werden, wo dann eine zentrale Überwachung von mehreren Anlagen erfolgt.
Sind die Leuchtmittel - wie vorbeschrieben auch ein Mikrofon - an der Kamera selbst angebracht, ist das Leuchtmittel stets mit der Kamera zusammen verschwenkbar/verfahrbar und eine ausreichende Ausleuchtung des Aufnahmeortes gewährleistet;
Im Übrigen können. aber die Leuchtquellen auch separat verschwenkbar sein, falls dies erforderlich ist. Ist der vorbeschriebene Schallaufnehmer ein Richtmikrofon, kann mittels eines solchen Aufnehmers die Hauptrichtung entstehenden Schalls festgestellt werden. Wird dieses mittels einer Steuereinrichtung vorgenommen, kann hieraus ein Steuersignal für den optischen Aufnehmer abgeleitet werden, so dass der optische Aufnehmer auf den Hauptort der Schallerzeugung ausgerichtet wird.
Es ist auch möglich, den optischen Aufnehmer als sog. "Web-Cam" auszustatten, so dass der Betreiber der Windenergieanlage (oder andere Internet-Nutzer) sich stets ein Bild von seiner eigenen Anlage bzw. dessen Inneren machen kann und ständig weiß, ob die Anlage noch funktioniert.
Ist ein weiterer optischer Aufnehmer auf der Gondel oder am Turm positioniert, ist es auch möglich, eine Beobachtung der Umgebung der Windenergieanlage durchzuführen, was beispielsweise für die Verkehrsbeobachtung oder auch zur Feuerbeobachtung (dann sind insbesondere Infrarot-Aufnehmer zu empfehlen) sehr vorteilhaft sein kann.
Fig. 1 zeigt im Prinzip den Querschnitt durch eine Gondel einer Windenergieanlage mit einem Gondelgehäuse 1 sowie einen Rotor 2 und einen mit dem Rotor gekoppelten Generator 3 und einen Turm 4 der Windenergieanlage. Innerhalb der Gondel sind als optische Aufnehmer zwei Kameras 5 und 6 untergebracht, die im Wesentlichen auf den Generator ausgerichtet sind. Die Kameras sind entlang einer Schiene verfahrbar, jedoch auch verschwenkbar und mit den Kameras können auch noch andere Ansichten der Gondel aufgenommen werden, insbesondere auch Teile des Rotors bzw. der Rotornabe. Den in Fig. 1 dargestellten Kameras ist es möglich, insbesondere den Generator, also dessen feste und bewegliche Teile hinsichtlich ihrer Funktion auch optisch zu überwachen.
Selbstverständlich können die Kameras auch Mikrofone zur Schallaufnahme aufnehmen oder die Mikrofone sind an ähnlichen Stellen wie die Kameras angeordnet, so dass der Schall innerhalb der Gondel hiermit aufgenommen werden kann.
Fig. 2 zeigt einen anderen Aufbau einer Windenergieanlagen-Gondel, wobei der Rotor 2 mit dem Generator 3 über ein Getriebe 7 verbunden ist. Mittels der in der Gondel untergebrachten Kameras 5 oder 6 ist es mithin möglich, sowohl den Generator als auch das Getriebe optisch zu überwachen.
Ist ein Mikrofon-Schallaufnehmer in der Gondel untergebracht (oder mehrere hiervon), ist auch die akustische Überwachung der vorgenannten Teile der Windenergieanlage möglich, insbesondere die akustische Überwachung des Getriebes und des Generators.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Überwachung einer Windenergieanlage, wobei im Innern der Windenergieanlage bevorzugt dort, wo elektrische oder mechanische Einheiten zum Einsatz kommen, mittels eines Schallaufnehmers der dort entstehende Schall aufgenommen wird, wobei ferner ein optischer Aufnehmer, z. B. eine Kamera, vorgesehen ist, die auf den Ort entstehenden Schalls gerichtet oder ausrichtbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der optische Aufnehmer verfahrbar und/oder verschwenkbar und/oder so auf einen gewünschten Zielort einstellbar ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Aufnehmer auf einer Schiene fahrbar angeordnet ist und die Schiene bevorzugt einen geschlossenen Ring bildet, welcher kreisrund oder elliptisch ist und insbesondere mit der Kamera eine Innenansicht der gesamten Gondel der Windenergieanlage erstellt werden kann.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Aufnehmer ein Infrarot-Aufnehmer ist, mittels dessen bestimmte Teile der Innenanlage der Windenergieanlage auf eine Erwärmung beobachtbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Inneren der Windenergieanlage Leuchtmittel vorgesehen sind, die eingeschaltet sind oder bevorzugt mittels Fernwirkung eingeschaltet werden können, wenn der optische Aufnehmer aktiviert wird, wobei die Leuchtmittel bevorzugt in der Nähe des optischen Aufnehmers angeordnet sind und den Ort, auf den der Aufnehmer gerichtet ist, ausleuchten.
6. Verfahren zur Überwachung einer Windenergieanlage nach einem der vorherigen Ansprüche mit Schritten:
Aufnehmen eines Referenz-Geräuschspektrums einer Windenergieanlage und/oder Teile davon an zumindest einer bestimmten Stelle der Anlage, Speichern dieses Referenzspektrums in einer Speichereinrichtung,
Aufnehmen des Betriebs-Geräuschspektrums während des Betriebs an der/den bestimmten Stelle/n der Anlage,
Vergleichen des aufgenommenen Betriebs-Geräuschspektrums mit dem gespeicherten Referenzspektrum, und
Erfassen von Abweichungen zwischen dem Betriebs-Geräuschspektrum und dem Referenzspektrum.
7. Verfahren zur Überwachung einer Windenergieanlage nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten:
Speichern eines Referenz-Geräuschspektrums einer Windkraftanlage und/- oder Teile davon in einer Speichereinrichtung,
Aufnehmen des Betriebs-Geräuschspektrums während des Betriebs an der/den bestimmten Stelle/n der Anlage,
Vergleichen des aufgenommen Betriebs-Geräuschspektrums mit dem gespeicherten Referenzspektrum, und
Erfassen von Abweichungen zwischen dem Betriebs-Geräuschspektrum und dem Referenzspektrum.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Betriebs- Geräuschspektrum kontinuierlich oder wiederkehrend während des Betriebs an der/den bestimmten Stelle/n der Anlage aufgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erfassten Abweichungen zwischen dem Betriebs-Geräuschspektrum und dem Referenzspektrum an eine Fernüberwachungszentrale übermittelt werden.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ursprünglichen Geräusche, die die Abweichungen zwischen dem Betriebs- und dem Referenzspektrum verursacht haben, an die Fernüberwachungszentrale übermittelt werden.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei aus den ursprünglichen Geräuschen Geräuschmuster gebildet und daraus eine akustische Datenbank aufgebaut werden.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Windenergieanlage abgeschaltet wird, wenn die Abweichungen zwischen Betriebsspektrum und Referenzspektrum einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten.
13. Windenergieanlage mit wenigstens einem Schallaufnehmer an zumin- destens einer bestimmten Stelle der Anlage zum Aufnehmen eines Geräusches der Anlage und/oder eines Geräuschspektrums der Anlage sowie einem optischen Aufnehmer, vorzugsweise einer Kamera, die in der Nähe des Schallaufnehmers angeordnet ist und die auf den Ort, an dem Schall entsteht, ausgerichtet und/oder ausrichtbar ist.
14. Windenergieanlage nach einem der vorherigen Ansprüche mit zumindest einem Schallaufnehmer an zumindest einer bestimmten Stelle der Anlage zum einmaligen Aufnehmen des Referenz-Geräuschspektrums und zum kontinuierlichen Aufnehmen des Betriebs-Geräuschspektrums der Windenergieanlage und/oder Teile davon, einer Speichereinrichtung zum Speichern des Referenzspektrums der Anlage, und einer Datenverarbeitungseinrichtung zum Vergleichen des aufgenommenen Betriebs-Geräuschspektrums mit dem gespeicherten Referenzspektrum und zum Erfassen von Abweichungen zwischen dem Betriebs- Geräuschspektrum und dem Referenzspektrum, wobei die Windenergieanlage gegebenenfalls abgeschaltet wird, wenn die Abweichungen zwischen Betriebsspektrum und Referenzspektrum einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten.
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