Auswertung und Vergleich von Schwingungsmessdaten einer Forschungswindturbine auf Basis optischer und konventioneller Messtechniken

Abstract

Resonanzprobleme in modernen Windkraftanlagen erfordern aufgrund der zunehmenden strukturellen Flexibilität eine genaue Analyse des dynamischen Gesamtverhaltens. Dafür kann die Operationelle Modalanalyse (OMA) genutzt werden, die natürliche Anregungsquellen verwendet, um die modalen Parameter - Eigenfrequenz, Dämpfungsgrad und Eigenvektor - zu bestimmen. Die vorliegende Arbeit überprüft und vergleicht das Potenzial von vorhandenen Schwingungsmessdaten unterschiedlicher Messtechniken zur Durchführung der OMA bei Windkraftanlagen. Weiterhin wird die Qualität der unterschiedlichen Verfahren zur stochastischen Systemidentifikation miteinander verglichen. Die Grundlage für diese Auswertung ist eine bereits durchgeführte Messkampagne an einer 600 kW Forschungswindturbine. Das Ergebnis zeigt, dass sich insbesondere die Daten des optischen Messsystems BladeVision dazu eignen, die modalen Parameter mit dem Zeitbereichsverfahren Stochastic Subspace Identification (SSI) abzuschätzen. Das BladeVision nutzt verbaute Reflektoren entlang der Spannweite im Inneren jedes Blattes, um die Verformung anhand von Kameras in der Blattwurzel zu erfassen. Insgesamt werden 13 Schwingungsformen in einem Frequenzbereich von 0 - 15 Hz bestimmt. Durch eine automatisierte Filterung der Datensätze mit vorgegebenen Randbedingungen wird zusätzlich der Einfluss der Umgebungstemperatur und der Windgeschwindigkeit auf die Eigenfrequenzen und Dämpfungsgrade untersucht.